由于铜是金属间化合物生长过程中的主要扩散元素，电流可以增强铜在金属间化合物中的扩散。金属间化合物的这种生长行为只出现在局部区域中，且比它的溶解速率要小得多。阴极侧，化学作用力使金属间化合物生长，而电学作用力则使金属间化合物溶解，这两种作用力在整个电迁移过程中相互竞争。在上述两节中，我们讨论了电迁移对阳极和阴极处金属间化合物形成的极化效应。......
2023-06-20
阳极和阴极金属间化合物的电流生长过程
【摘要】：图10.5所示为在温度180℃、电流密度3.2×104 A/cm2条件下分别通电0 h、10 h、21 h和87 h后得到的阳极与阴极区域的SEM照片，其结果显示了阳极和阴极处金属间化合物厚度的变化。为便于比较，我们将所得的图像并排摆放，阳极在左，阴极在右，并用箭头在SEM照片中标识出金属间化合物的厚度。在阴极处，金属间化合物的生长速度比阳极处要慢得多。因此在阴极处金属间化合物的厚度变化分析过程中，孔洞的形成使分析过程变得更加复杂。
图10.5所示为在温度180℃、电流密度3.2×104 A/cm2条件下分别通电0 h、10 h、21 h和87 h后得到的阳极与阴极区域的SEM照片，其结果显示了阳极和阴极处金属间化合物厚度的变化。为便于比较，我们将所得的图像并排摆放，阳极在左，阴极在右，并用箭头在SEM照片中标识出金属间化合物的厚度。
图10.5显示出阴极与阳极之间的主要差异是极化效应，即从阴极流出并流向阳极的电子流流向。照片外的长箭头表示电子流动方向。无论有无施加电流，阴极处和阳极处均生成了Cu3 Sn和Cu6 Sn5。如图10.5（a）与图10.5（b）所示，在电迁移最初阶段，阴极处与阳极处焊料/铜的界面处均形成了相同的笋钉状Cu6Sn5金属间化合物，而在施加电流10 h后，它们均转变成了层状结构，如图10.5（c）与图10.5（d）所示。
通过观察图10.5左侧的阳极照片可知，在电流作用下，Cu3Sn层和Cu6Sn5层均随通电加载时间持续生长，且总厚度在87 h后达到10μm，堪比在不施加电流且相同温度条件下热老化200 h所达到的厚度。Cu6 Sn5和铜之间的Cu3Sn相颜色更深，如图10.5（g）所示。如照片中的短箭头所示，阳极处金属间化合物的总厚度总是远大于阴极处金属间化合物的总厚度。与未加载电流下热老化的情况相比，施加电流时阳极的Cu3 Sn/铜界面处产生的柯肯达尔孔洞较少。
通过观察图10.5右侧的阴极照片，很难直接描述阴极处金属间化合物厚度的变化。在阴极处，金属间化合物的生长速度比阳极处要慢得多。如图10.5（f）与图10.5（h）中箭头所示，在施加电流21 h后，孔洞开始出现在邻近焊料/金属间化合物界面处的焊料中，而在通电87 h后，孔洞则会越长越大。在孔洞长大后，由于Cu6 Sn5转变成Cu3 Sn（颜色较深相），金属间化合物看起来变得更厚，如图10.5（h）所示。因此在阴极处金属间化合物的厚度变化分析过程中，孔洞的形成使分析过程变得更加复杂。
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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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