电流与温度对金属间化合物厚度变化的影响

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：如图10.6所示，三个试验温度下金属间化合物的生长有几个相同的特点。由试验结果可知，180℃时金属间化合物的生长速度要大于150℃时的速度，而在120℃时的生长速度总是最小的，这表明金属间化合物的生长速度随温度升高而增大。

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图10.5　在温度180℃、电流密度3.2×104 A/cm 2下通电一段时间后阳极和阴极处金属间化合物的厚度变化

（a）0 h阳极；（b）0 h阴极；（c）10 h阳极；（d）10 h阴极；（e）21 h阳极；（f）21 h阴极；（g）87 h阳极；（h）87 h阴极

图10.6（a）~（c）所示分别为在180℃、150℃和120℃温度下施加不同电流密度后所得的金属间化合物厚度的变化趋势。图示的厚度为Cu3Sn和Cu6 Sn5的总厚度。所得试验数据包括在4×103 A/cm2、2×104 A/cm2、3×104 A/cm2和4×104 A/cm2电流密度下通电后在阳极和阴极处生长的金属间化合物的厚度。图10.6以无电流时的数据作为参考点，描述了厚度的平方（Δx）2与时间的函数关系。图10.6中，实心的符号代表阳极数据，空心的符号代表阴极数据，实心星形符号则代表无电流情况下的数据或热老化时的数据。

如图10.6所示，三个试验温度下金属间化合物的生长有几个相同的特点。第一，阳极处金属间化合物的生长与时间呈抛物线函数关系，即厚度的平方（Δx）2与时间呈线性关系。第二，阳极处根据厚度数据所绘函数曲线均在无电流施加的函数曲线之上，而阴极根据金属间化合物厚度数据所绘函数曲线则均在无电流情况的函数曲线之下。因此阳极处金属间化合物的生长比无电流时快，而阴极处金属间化合物的生长比无电流时慢。换句话说，由于极化效应，电流加快了阳极处金属间化合物的生长，却阻碍了阴极处金属间化合物的生长。第三，阳极处金属间化合物在高电流密度下的生长速率要远大于无电流时的情况，且随着电流密度的增大，阳极处金属间化合物的生长更快。在相同通电时间下，施加最大电流密度（4×104 A/cm2）的试验试样生成的金属间化合物最厚，而施加最小电流密度（4×103 A/cm2）的试验试样生成的金属间化合物最薄，仅仅比无电流情况下的金属间化合物厚一点。第四，阴极处金属间化合物的厚度并未改变太多，金属间化合物厚度保持着初始厚度（大约2.5μm）或更薄。在本章下一节中，我们会讨论动态平衡下的这种行为。在阴极处所发生的情况，也会因为长时间施加电流所产生的孔洞变得更为复杂。

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图10.6　在不同温度下施加不同电流密度后测量所得的金属间化合物厚度的变化趋势

（a）180℃；（b）150℃；（c）120℃

我们也研究了在4×104 A/cm2、3×104 A/cm2、2×104 A/cm2和0.4×104 A/cm2恒定电流密度加载时，不同温度下金属间化合物在阳极处的生长情况。由试验结果可知，180℃时金属间化合物的生长速度要大于150℃时的速度，而在120℃时的生长速度总是最小的，这表明金属间化合物的生长速度随温度升高而增大。由函数曲线关系图中的ln（D）对1/（kT）的斜率可知，总体金属间化合物的生长激活能为1.03 eV，这与之前参考文献[6]中所报道的数据0.94 eV很接近。

电流与温度对金属间化合物厚度变化的影响

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