在200℃的润湿反应中，仅需要几分钟就能形成几微米厚的金属间化合物，但在170℃的固态老化过程中，则需要1 000 h。特别是对于170℃下的固态老化，假设Cu原子通过金属间化合物的扩散激活能为0.8 eV/atom，则Cu的扩散系数约为10-9 cm2/cm。因此，在200℃的润湿反应和170℃的固态老化之间，Cu原子扩散系数存在4个数量级的差异。显然，笋钉状的形貌强烈影响其生长动力学。......
2023-06-20
润湿反应和固态老化的形貌探究
【摘要】：在SnPb共晶焊料与Ni间的润湿反应中，以及在大多数Sn基无铅焊料与Cu之间的润湿反应中，也可观察到笋钉状金属间化合物形貌。在图2.23、和所示的固态老化金属间化合物的形貌中，由于试样在老化前经过了两次润湿，故老化前Cu6Sn5一定具有笋钉状形貌。目前已发现笋钉状形貌在润湿反应中稳定存在，但在固态反应中不稳定。
在二元体扩散偶中的固态界面反应的经典分析中，假定所有平衡态的金属间化合物同时以层状形貌生成。每一层的生长动力学可以是扩散控制也可以是界面反应控制。对于在足够高的温度下具有足够厚度的体扩散接头来说，所有的金属间化合物共存，且遵从扩散控制的生长，因此，各层厚度之比与每层中互扩散系数的平方根之比成正比[21-22]。由于在多层结构中平直界面的运动并不能造成能量的改变，因此该分析没有考虑表面和界面能。
图2.25 在125℃、150℃和170℃老化500 h，1 000 h和1 500 h后测得的金属间化合物厚度
（a）125℃；（b）150℃；（c）170℃
在SnPb共晶焊料和Cu间的润湿反应中，Cu6Sn5呈现笋钉状形貌，且笋钉状金属间化合物的生长动力学依赖时间t1/3，因此它不服从扩散控制或界面反应控制的动力学。在SnPb共晶焊料与Ni间的润湿反应中，以及在大多数Sn基无铅焊料与Cu之间的润湿反应中，也可观察到笋钉状金属间化合物形貌。随时间增大，笋钉状金属间化合物尺寸逐渐增大，但数量越来越少，这表明笋钉状金属间化合物晶粒之间是一种非守恒的熟化反应。
在图2.23（b）、（c）和（d）所示的固态老化金属间化合物的形貌中，由于试样在老化前经过了两次润湿，故老化前Cu6Sn5一定具有笋钉状形貌。然而，在固态老化过程中，Cu6 Sn5则从笋钉状形貌变成了层状形貌。为什么在固态反应中Cu6 Sn5金属间化合物不能保持笋钉状形貌生长呢？更重要的是，为什么形貌的变化会显著改变其生长动力学呢？目前已发现笋钉状形貌在润湿反应中稳定存在，但在固态反应中不稳定。形貌稳定性的问题将在5.2节中讨论。笋钉状形貌表明，与层状生长不同，笋钉状金属间化合物晶粒本身不是其自身生长的扩散障碍。
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-15
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2023-06-18
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2023-06-15
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