自然形成的锡须形态研究

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：图6.1所示为锡铜共晶镀层上较长锡须的一张放大的SEM照片，该图中的锡须是长直状的，且其表面为沟槽状。图6.2所示为由聚焦离子束制得的锡铜焊料与铜界面处的高倍率照片。对于锡须生长而言，锡铜共晶焊料与纯锡焊料镀层之间最大的区别在于在晶界处是否存在Cu6Sn5析出相。图6.3垂直于晶须长度方向的锡须横截面TEM照片及[0 0 1]方向的电子衍射花样

图6.1（a）所示为锡铜共晶镀层上较长锡须的一张放大的SEM照片，该图中的锡须是长直状的，且其表面为沟槽状。锡的晶体结构是体心四方型，其晶格常数为a＝0.583 11 nm和c＝0.318 17 nm。目前已研究发现锡须生长的方向，有的沿晶须长度的轴向，但大多数为晶体结构的c轴方向，同时我们也发现了沿其他方向的晶须生长，如沿[1 0 0]或[3 1 1]晶向。

pagenumber_ebook=122,pagenumber_book=108

图6.1　晶须照片

（a）锡铜共晶镀层上较长晶须的SEM放大照片；（b）纯锡或哑光锡镀层表面上的短直状或小丘状晶须

如图6.1（b）所示，我们可在纯锡或哑光锡镀层表面上观察到短直状或小丘状的晶须生长。在图6.1（b）中，晶须的表面是多面体状的。除了形貌学上的差异外，晶须在纯锡镀层上的生长速率比在锡铜镀层上的生长速率慢得多，其生长方向也更加随机。

在比较了锡铜共晶焊料与纯锡上形成的晶须后，我们发现锡铜共晶焊料中的铜元素似乎可以加快锡须的生长。虽然锡铜共晶焊料的成分由原子质量分数为98.7%的锡和原子质量分数为1.3%的铜组成，但少量的铜元素似乎对锡铜共晶镀层上的锡须生长产生了巨大作用。

图6.2（a）所示为一张由锡铜焊料镀层包覆的引线框架引脚的SEM横截面照片，铜引线框架的长方形核心被大约15μm厚的锡铜镀层所包围。图6.2（b）所示为由聚焦离子束制得的锡铜焊料与铜界面处的高倍率照片。从中，我们可看到在铜与锡铜焊料之间存在着一层形状不规则的Cu6 Sn5化合物，但在该界面处没有检测到Cu3 Sn的存在。更为重要的是，锡铜焊料的晶界处存在着Cu6Sn5的析出相。位于晶界处的Cu6 Sn5析出相是锡铜焊料中应力产生的源头，它为锡须的自发生长提供了驱动力。下面，我们会对应力产生这一重要问题进行详细阐述。

图6.2（c）所示为一张由聚焦离子束制得的、铜制引线框架上哑光锡镀层的SEM横截面照片。虽然在铜与锡之间仍可观察到Cu6Sn5化合物的存在，但锡的晶界处Cu6 Sn5的析出物要少得多。锡镀层的晶粒尺寸为几微米。对于锡须生长而言，锡铜共晶焊料与纯锡焊料镀层之间最大的区别在于在晶界处是否存在Cu6Sn5析出相。

pagenumber_ebook=123,pagenumber_book=109