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
金属间化合物的发展历程
【摘要】：金属间化合物却不存在这样的问题。在700℃以上的高温下，大多数金属间化合物会更硬，强度甚至会升高。可以说，在高温下方现出金属间化合物的英雄本色。金属间化合物具有这种特殊的性能，与其内部原子结构有关。金属间化合物的应用极大地促进了高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促使新一代元器件的不断出现。
金属间化合物的成分可以在一定范围内偏离化学计量而仍保持其结构的稳定性，在合金相图上表现为有序固溶体。金属间化合物的长程有序超点阵结构保持很强的金属键及共价键结合，使其具有许多特殊的物理、化学性能和力学性能，如特殊的电学性能、磁学性能和高温性能等，是一种很有发展前景的新型高温结构材料。
金属间化合物的研究始于20世纪30年代，目前用于结构材料的金属间化合物主要集中于Ni-Al、Ti-Al和Fe-Al三大合金系。Ni-Al和Ti-Al系金属间化合物高温性能优异，但价格昂贵，主要用于航空航天等领域。与Ni-Al和Ti-Al系金属间化合物相比，Fe-Al系金属间化合物除具有高强度、耐蚀等优点外，还具有成本低和密度小等优势，具有广阔的应用前景。
钢铁材料加热后会逐渐变红、变软（直至熔化成钢液）。高温是大多数金属的大敌，金属在高温下会失去原有的强度，变得“不堪一击”。金属间化合物却不存在这样的问题。在700℃以上的高温下，大多数金属间化合物会更硬，强度甚至会升高。可以说，在高温下方现出金属间化合物的英雄本色。
金属间化合物具有这种特殊的性能，与其内部原子结构有关。所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列具有高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。
但是，伴随着金属间化合物的高温强度而来的是其较大的室温脆性。20世纪30年代金属间化合物刚被发现时，它们的室温延性大多数为零，一折就断。因此，许多人预言，金属间化合物作为一种大块材料是没有实用价值的。
20世纪80年代中期，美国科学家们在金属间化合物室温脆性研究上取得了突破性进展。他们往金属间化合物中加入少量的硼，可使它的室温伸长率提高到50%，与纯铝的延性相当。这一重要发现及其所蕴含的发展前景，吸引各国材料科学家展开了对金属间化合物的深入研究，使其开始以一种崭新的面貌在新材料领域登台亮相。
近20年来，人们开始重视对金属间化合物的开发应用，这是材料领域一个重要的转变，也是今后材料发展的重要方向之一。金属间化合物由于它的特殊晶体结构，使其具有其他固溶体材料所没有的性能。特别是固溶体材料通常随着温度的升高而强度降低，但某些金属间化合物的强度在一定范围内反而随着温度的上升而升高，这就使它有可能成为新型高温结构材料的基础。另外，金属间化合物还有一些性能指标是固溶体材料的数倍乃至二三十倍。
目前，除了作为高温结构材料外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等相继问世。金属间化合物的应用极大地促进了高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促使新一代元器件的不断出现。
金属间化合物这一“高温材料”最大的用武之地是在航空航天领域。例如，密度小、熔点高、高温性能好的钛铝金属间化合物等就具有极为诱人的应用前景。
有关先进难焊材料的连接的文章
- 详细阅读
-
电流与温度对金属间化合物厚度变化的影响详细阅读
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。......
2023-06-20
-
电迁移对金属间化合物生长的竞争影响详细阅读
然而，在电迁移中应当考虑在阴极、阳极处的金属间化合物间跨越焊料接头的相互作用。为充分理解伴随有阴、阳极间金属间化合物的相互作用时电迁移对金属间化合物竞争性生长的影响，就不能忽略阴极处金属间化合物向焊料的溶解，且必须考虑阳极处金属间化合物的析出。我们有可能可利用这样的试样探究清楚电迁移对三层金属间化合物间竞争性生长的影响。......
2023-06-20
-
阳极和阴极金属间化合物的电流生长过程详细阅读
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。......
2023-06-20
-
钛合金和钛铝金属间化合物的扩散连接优化方案详细阅读
由于Cu基钎料和Ni基钎料容易和Ti发生反应形成金属间化合物，一般不作中间层或钎料使用。图2-3-23 超塑性成形扩散连接接头质量与压力及时间的关系图2-3-24 钛合金的晶粒度对连接时间和压力的影响2.Ti3Al金属间化合物的扩散连接Ti3Al具有良好的高温性能，与镍基高温合金相比可减轻重量40%。因此，在进行Ti3Al的扩散连接时，应尽量降低Ra值。Ti3Al合金的超塑成形扩散连接温度范围通常在1273K左右，所需的连接时间根据连接温度而定。......
2023-06-26
-
电迁移加速Cu-Sn金属间化合物溶解问题详细阅读
电迁移会加剧倒装芯片焊料接头两侧化学反应的相互作用。在阴极侧，电迁移将溶解UBM层和Cu-Sn金属间化合物中的Cu，同时将溶解的Cu原子输送到阳极，并在阳极处形成Cu-Sn金属间化合物。图4.4所示为电迁移前的照片，从中可观察到TiW、Cu3 Sn和高Pb焊料接头的基体。在无电流加载的热老化测试时发现，Cu3 Sn可以和高Pb焊料基体稳定存在。......
2023-06-20
-
笋钉状金属间化合物的润湿反应及形貌稳定性详细阅读
正如第3章所述，熔融焊料与Cu薄膜的润湿反应中，形貌改变会导致金属间化合物发生“剥落”。只有确保润湿反应时笋钉状金属间化合物形貌是稳定的，对熟化过程的动力学分析才有意义[4]。实际上，当反应温度较低时，仅会形成其中的一种金属间化合物。在SnPb共晶焊料与Cu的润湿反应中，Cu6Sn5形貌为笋钉状，而非层片状，且只要Cu尚未反应完全，这种笋钉状形貌就能稳定存在。......
2023-06-20
-
芯片直接贴装中界面金属间化合物剥落问题的优化详细阅读
较厚的Cu UBM层或Cu柱凸点可经受住多次回流且不会发生金属间化合物的剥落。由于无铅焊料中Sn的原子组分非常高，因此使用这些无铅焊料会产生更加严重的金属间化合物剥落的问题。图1.13所示为芯片（底部）与基板（顶部）互连的焊料接头的横截面SEM照片，从中可观察到焊料的两个界面处形成的笋钉状界面金属间化合物。换句话说，金属间化合物已经从芯片剥离并转移到......
2023-06-20
相关推荐