固體物理化學(xué)鍵與晶體形成結(jié)構(gòu)振動(dòng)和熱性質(zhì)電子

強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)界面金屬間化合物生長(zhǎng)的影響隨著低溫超導(dǎo)技術(shù)的日趨成熟,新型的直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備研制成功,目前已被廣泛地應(yīng)用到了科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,形成了一些具有廣闊發(fā)展前景的交叉學(xué)科"強(qiáng)磁場(chǎng)材料科學(xué)就是在這樣的背景下逐漸形成的"強(qiáng)磁場(chǎng)能夠?qū)⒋髲?qiáng)度的磁化能量無(wú)接觸地輸入到材料中,改變材料的熱力學(xué)狀態(tài),并對(duì)材料產(chǎn)生力的作用,從而對(duì)材料的凝固等相變過(guò)程,組織的形態(tài)分布和微結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生巨大的影響因此,強(qiáng)磁場(chǎng)的應(yīng)用為新材料開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域,有廣闊的發(fā)展前景。.Duringagingof190Co,thegrowthratesofSn一3Ag一0.5C川Cu:Sn一3.SAgN/1and WihthtedeveloPmentofsPuereonduetingmaterials,newstyleequiPmentshtatenad s1.TheIMClayerthie肋essesofSn一3Ag一0.SC/JtCusolderjointswithOT:3TnadSTkinetic"rIMel盯e:duringagingwithdierfrnethihgma助 eldsall"bey:x一了而.The2.TheIMClyaerhtieessesofSn3.SAgN/1solderjoinisunderSTdaversehihge IMClyaerWithSTdaversehihgmangeticfield15ehnnaeed.Byealeulation,thegro節(jié)八h 隨著低溫超導(dǎo)技術(shù)的日趨成熟,新型的直流穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備研制成功,強(qiáng)磁場(chǎng)不僅可以從宏觀上控制材料的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程:而且還可以將高強(qiáng)度的能量無(wú)接觸地傳遞到物質(zhì)的原子尺度,改變?cè)拥呐帕?匹配和遷移等行為,因此強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)程中不同物質(zhì)之間的反應(yīng)及相關(guān)原子的擴(kuò)散行為將會(huì)有明顯差異據(jù)此本文實(shí)驗(yàn)研究了不同強(qiáng)磁場(chǎng)條件下S-n3Ag一.0SCu/Cu!sn3.SAgN/i!Sn一.07cll加效過(guò)程中其界面金屬間化合物的生長(zhǎng)行為及元素原子擴(kuò)散現(xiàn)象,研究結(jié)果表明1.sn3Ag0.5ccu焊點(diǎn),oT!3T及ST不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下時(shí)效過(guò)程中其IMcx二了而關(guān)系"由生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線斜率可得界面金屬間化合物層的生長(zhǎng)速率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加"通過(guò)計(jì)算,ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)與Sn3Ag0.5CcuIMC的生長(zhǎng)激活能分別為.Sn3.SAgN/i,ST面化合物的生長(zhǎng)速率也隨著時(shí)效溫度的升高而增加"與無(wú)磁場(chǎng)條件相比,ST反向強(qiáng)磁ns一,SAg加i焊點(diǎn)在各時(shí)效溫度下時(shí)效過(guò)程中其界面金屬間化合物層的生長(zhǎng)速率較大"通過(guò)計(jì)算可得,ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下其界面金屬間化合物層的生長(zhǎng)29.slKJ/mol48.22KJm/01"3.8T正!190eSn3AgO.SCCu焊點(diǎn)!Sn焊點(diǎn)及Sn一.07Cu加i焊點(diǎn)界面金屬間化合物層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線表明:件Sn3AgO.CSCuSnO,7CNiEDX分析結(jié)果表明:鳳:1.2.11..221,2.3要用于高效!節(jié)能等新技術(shù)工藝的開(kāi)發(fā)"拉的磁場(chǎng)1.2.4這種由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的高強(qiáng)度直流磁場(chǎng),是目前新材料和材料改性研究的重要手段,同時(shí)也是目前研究的熱點(diǎn)之一一般可起到強(qiáng)磁場(chǎng)取向!控制液態(tài)金屬流動(dòng)!影響材料相變過(guò)程等作用如利用這種強(qiáng)磁場(chǎng)可提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度;作為電磁制動(dòng)抑制連鑄控制材料在結(jié)晶凝固過(guò)程中晶體生長(zhǎng)的形態(tài)!大小!分布!,開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的新材料等等"1.3強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置是開(kāi)展強(qiáng)磁場(chǎng)下實(shí)驗(yàn)的最基本條件"20T以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝行費(fèi)用也很高"ZOT以上的穩(wěn)態(tài)磁體的強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中心僅分布在主要的工業(yè)大國(guó)"世界上第一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)于1%O年建于的MTI"隨后,歐洲的英國(guó)!荷蘭!法國(guó)和德國(guó)以及東歐和相繼在70年代建立了強(qiáng)磁場(chǎng)"的強(qiáng)磁場(chǎng)建于80年代初"磁場(chǎng)水平由60年代的ZOT,提高到80年代的鳳:2.2.3正向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下界面IMC生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)比 2.2.4正向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下界面IMC生長(zhǎng)激活能的比 2.2.5磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)Sn一3Ag一O.SC留Cu界面IMC生長(zhǎng)的影 2.6磁場(chǎng)方向?qū)n一3Ag一0.5C記Cu界面IMC生長(zhǎng)的影 2.3本章小結(jié)..,-二 3.強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)Sn一3.SAgNli及Sn一O.7Ct認(rèn)Ni界面IMC生長(zhǎng)的影響 3.1實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法3.1實(shí)驗(yàn)材料的 3. 3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3.2.1焊后Sn一3.SAg入i界面化合物的顯微結(jié)構(gòu) 3..22反向強(qiáng)磁場(chǎng)下Sn一3.SAg入i焊點(diǎn)在不同溫度下時(shí)效時(shí)掃描電鏡分3.2.3ns3.SAg閃iIMC3.4Sn3.SAgiIMc 3.2.5Sn3.SAgN/iSn0.7CuiIMC生長(zhǎng)的影響3.3本章小結(jié),.,,.,.,,二 4.分析與討論 4.1強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)界面IMC生長(zhǎng)激活能的影響 4.2磁場(chǎng)強(qiáng)度影響界面IMC生長(zhǎng)的微觀分 4.3磁場(chǎng)方向影響界面IMC生長(zhǎng)的初步分析 4.1磁場(chǎng)方向?qū)缑鍵MC的元素分布的影 4.3.2不同磁場(chǎng)方向下界面IMC的表面形貌分析 4.4強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力的影響 5.全文總 參考文 攻讀期間學(xué) 致謝 使 _l:摘 1.緒論 1.1引 1.2磁場(chǎng)的 交流磁場(chǎng)...........................................................................................,,,.1.2.3特殊磁 1.2.4穩(wěn)恒強(qiáng)磁 1.3強(qiáng)磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備及發(fā)生技術(shù)的研究進(jìn)展1.4強(qiáng)磁場(chǎng)效應(yīng) 1.1弓!一 1..42強(qiáng)磁場(chǎng)物理1.3強(qiáng)磁場(chǎng)生物學(xué)效應(yīng) 1.5強(qiáng)磁場(chǎng)在材料科學(xué)中的應(yīng)用 強(qiáng)磁場(chǎng)下的熱處理1.5.4強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)流體流動(dòng)的影 1.5.5強(qiáng)磁場(chǎng)中材料的其它研 1.1.6本文研究的目的和內(nèi) 2.強(qiáng)磁場(chǎng)下Sn一3Ag 一O.SC 川Cu 界面IMC 生長(zhǎng)行為研 2.實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方 2.實(shí)驗(yàn)材料的 時(shí)效處理 ,,2.4X射線衍射試樣 2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2.未時(shí)效焊接接頭掃描電鏡分 2.正向強(qiáng)磁場(chǎng)下不同溫度時(shí)效過(guò)程中焊接接頭掃描電鏡分 風(fēng): 一一今一 stive口一一一.卜~ybrrrldmsgnet之之之之之}}}}}}}2毯)MVVV.污f妞.al嘩嘆一了了一一一一一一 {{{}}}廠--一}----一下三畜落落}}}}}}}}0于 洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲八了才匕月_8一-一-一/寸廠廠 八一一一一一產(chǎn)產(chǎn)///rrr拓一-一_甲 `au"k5Pl.叫婦"a易.1.1.1.MfMn有很大的不同,M"Mf1"一左右因而,磁場(chǎng)對(duì)非鐵磁性材料的作用一直以來(lái)都忽略了物質(zhì)就其磁性可以分為三類:第一類是鐵磁質(zhì),如鐵!鉆!鎳等;x高達(dá)l1護(hù)數(shù)量級(jí)第二類是順磁質(zhì),如氮!氧!;x031護(hù)數(shù)量級(jí)第三類是抗磁質(zhì),如銅!水!氫等物質(zhì),這類物質(zhì)的磁化率x<0[51"不同磁性的物質(zhì)在不均勻的具有梯度的磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用鐵磁質(zhì)在磁場(chǎng)中受到很強(qiáng)的磁力吸引作用,順磁質(zhì)在磁場(chǎng)中受力很弱,受力方向在磁場(chǎng)強(qiáng)度增加的方向;而抗磁質(zhì)在磁場(chǎng)中受力也很弱,但受力方向在磁場(chǎng)減弱的方向etl"一般情況下我們?cè)谥惺褂玫拇艌?chǎng)其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為零點(diǎn)零幾拉,通物質(zhì)沒(méi)有表現(xiàn)出磁性是由于物質(zhì)所處空間的磁場(chǎng)不夠大"但是,得到應(yīng)用,非鐵磁性材料在磁場(chǎng)中的研究受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注"受,90年代初,決定在Florida建立新的國(guó)家強(qiáng)磁,

4050T"雖有一些6T一12T的超導(dǎo)磁體分散在各地,但尚未形成一個(gè)性的強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中心,10T以上穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)下的系統(tǒng)的科學(xué)研究工作尚屬空白"為滿足國(guó)內(nèi)強(qiáng)磁場(chǎng)研究工作的需要,早在1984年中國(guó)數(shù)理學(xué)部就組織論證,決策在等離子體物理建立以20T穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置為主體的強(qiáng)磁場(chǎng)"該裝置于1992年建成并投入運(yùn)行"與此同時(shí),相繼建成了多個(gè)能滿足不同物理實(shí)驗(yàn)!場(chǎng)強(qiáng)在15T有電磁鐵磁體和超導(dǎo)磁體的混合磁體三種1所示[3]"常態(tài)的導(dǎo)電線圈中獲得強(qiáng)磁場(chǎng)必須通入大強(qiáng)度的電流,不可避免的產(chǎn)生大量的焦,又需要提供足夠強(qiáng)度的冷卻,所以電磁鐵磁體的體積龐大!結(jié)構(gòu)復(fù)雜!能耗驚人而效率低下使用超導(dǎo)材料就可避免線圈發(fā)熱問(wèn)題,因此超導(dǎo)強(qiáng)磁體的電磁轉(zhuǎn)換效率很高,具有輕便!經(jīng)濟(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)為了獲得更強(qiáng)的磁場(chǎng),需要將超導(dǎo)強(qiáng)磁體和電磁鐵強(qiáng)磁體組合在一起制成混合磁體混合磁體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,建造和使用的成本較高超導(dǎo)強(qiáng)磁體經(jīng)濟(jì)實(shí)用,成為強(qiáng)磁場(chǎng)材料科學(xué)研究的首選設(shè)備川"ST以上的磁場(chǎng),同時(shí)也包括采用脈沖技術(shù)!者混合磁體技術(shù)或者功率電磁鐵技術(shù)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng),也不排除探討宇宙中黑洞T的極限磁場(chǎng)但從時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)的角度考慮,ST以上的磁場(chǎng)目前還只有依靠超導(dǎo)技術(shù)超導(dǎo)技術(shù)是人類二十世紀(jì)的一項(xiàng)偉大發(fā)明,它帶給人類無(wú)限的美好遐想,如風(fēng)馳電掣的超導(dǎo)列車!高效的超導(dǎo)電機(jī)!無(wú)損耗的超導(dǎo)輸電等等,將成為改善人類生活和生存環(huán)境的有力工具獲得大空間的超強(qiáng)磁場(chǎng)(ST以上IOT"鳳:帶電粒子像電子!根本性變化因此,研究強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程!表面催化過(guò)程!材料特別是磁性材料的生成過(guò)程!生物效應(yīng)以及液晶的生成過(guò)程等的影響,有可能取得新的發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生交叉學(xué)科的新課題強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用于材料科學(xué)為新的功能材料的開(kāi)發(fā)另辟新徑,在國(guó)外備受重視,在國(guó)內(nèi)也開(kāi)始有所要求蘊(yùn)藏著不可估量的應(yīng)用前景才一引起科技界乃至各國(guó)的高度重視"因此,強(qiáng)磁場(chǎng)的物理!化學(xué)等研究,學(xué)和技術(shù)上的意義,通過(guò)這一研究,不僅有助于將當(dāng)代的基礎(chǔ)性研究向更次開(kāi)拓,1.大部分生物材料都是非磁性的,構(gòu)成的70%一90%的水以及幾乎所有的脂肪物常情況下所沒(méi)有的現(xiàn)象"ST的強(qiáng)磁場(chǎng)中,就會(huì)出現(xiàn)一種稱為望成為腦功能研究和康復(fù)的新方法:核磁成像技術(shù)(M咫)己成為醫(yī)學(xué)診斷的有1.51.材料是現(xiàn)代人類物質(zhì)文明的基礎(chǔ),它支撐著其它新技術(shù)的發(fā)展,.M為磁矩;H為磁場(chǎng)強(qiáng)度;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;料"位真空磁導(dǎo)率;x為磁化率"—我們可以想象,當(dāng)B值增加1護(hù)時(shí),F將增加1護(hù)倍;設(shè)B值在通常情況下為1-在強(qiáng)磁場(chǎng)條件下為達(dá)到1OT,比通常情況下高出1000倍"通過(guò)上述我們可以看出非磁性物質(zhì)磁化率較低可以通過(guò)提高磁感應(yīng)強(qiáng)度而得到彌補(bǔ),因此在高強(qiáng)度磁場(chǎng)條件下任鐵磁性物質(zhì)都將受到很大的磁化力作用"八十年代初,熟超導(dǎo)直流強(qiáng)磁場(chǎng)的廣泛應(yīng)用成為可能"九十年代初,系列顯著的強(qiáng)磁現(xiàn)象,如均恒強(qiáng)磁場(chǎng)使具有磁各向異性的非鐵磁性材料取向v[]!1.強(qiáng)磁場(chǎng)作為一種條件,不同于物理學(xué)的其他一些較昂貴的,如和同步,強(qiáng)磁場(chǎng)的應(yīng)用是改變一個(gè)系統(tǒng)的物理狀態(tài),即改變角動(dòng)量(自旋和帶電粒子的軌道運(yùn)動(dòng)另外,低溫也能導(dǎo)致新的物理狀態(tài),如超導(dǎo)電性和相變,但強(qiáng)磁場(chǎng)比低溫更為有效強(qiáng)磁場(chǎng)可以產(chǎn)生新的物理環(huán)境,并導(dǎo)致新的特性,特性在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)是不存在的"強(qiáng)磁場(chǎng)可以在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的情況下改變動(dòng)量空間的對(duì)稱性,結(jié)構(gòu)以及元激發(fā)及其互作用等研究是非常重要的固體復(fù)雜的面結(jié)構(gòu)正是利用強(qiáng)場(chǎng)使得電子和空穴在特定方向上的自由運(yùn)動(dòng)從而導(dǎo)致磁化和磁阻的振蕩這一原理而得以證實(shí)的固體中的面結(jié)構(gòu)及特征研究一直是凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域中的前沿課題當(dāng)今凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)研究的許多重大熱點(diǎn)都離不開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)這一條件,甚至很多是以強(qiáng)磁場(chǎng)下的研究作為基礎(chǔ)如波色凝聚只發(fā)生在動(dòng)量空間,要在實(shí)空間中觀察到此現(xiàn)象必需在非均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)中刁.得以可能又如高溫超導(dǎo)的機(jī)理問(wèn)題!量子霍爾效應(yīng)研究!納米材料和介觀物體中的物理問(wèn)題!巨磁阻效應(yīng)的物理起因!有機(jī)鐵磁性的結(jié)構(gòu)和來(lái)源!l:.1.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入,強(qiáng)磁場(chǎng)作為條件揭示物質(zhì)內(nèi)部自由度的有效,利用強(qiáng)磁場(chǎng)研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)和過(guò)程機(jī)制開(kāi)展強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程!生物過(guò)程等影響的研究是國(guó)際上前沿課題之一川"近年來(lái),隨著超導(dǎo)材料加工和超低溫冷卻技術(shù)的進(jìn)步,更加廣泛,以此條件作為研究進(jìn)行科學(xué)研究的范圍不斷擴(kuò)大,而且日趨普遍"從材料學(xué)的角度,由于強(qiáng)磁場(chǎng)下電磁力的作用范圍可達(dá)原子尺度,強(qiáng)磁場(chǎng)中也可表現(xiàn)出一系列顯著的現(xiàn)象,磁性材料為主擴(kuò)大到整個(gè)材料領(lǐng)域,是磁場(chǎng)應(yīng)用的一個(gè)重大突破"有關(guān)強(qiáng)磁場(chǎng)在材料科學(xué)中應(yīng)用的理論和實(shí)驗(yàn)研究迅速增多,目前己在結(jié)晶凝固!粉末冶金!電析燒結(jié)!絡(luò)隨著強(qiáng)磁場(chǎng)下材料改性和新材料研究的廣泛關(guān)注,開(kāi)展強(qiáng)磁場(chǎng)下金屬間化合的生長(zhǎng)研究變得越來(lái)越重要"面對(duì)于無(wú)磁場(chǎng)條件下電子封裝互連中所形成的界面金屬間化合物的研究表明:界面金屬間化合物層的生長(zhǎng)是固相擴(kuò)散中的反應(yīng)擴(kuò)散問(wèn)題,受原子擴(kuò)散和物質(zhì)在界面的化學(xué)反應(yīng)控制由于強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)和原子擴(kuò)散均有顯著作用,因此強(qiáng)磁場(chǎng)溫度場(chǎng)作用下界面金屬間化合物層生長(zhǎng)規(guī)律與普通溫度場(chǎng)相比可能會(huì)有明顯的差異,揭示這個(gè)差異將有利于開(kāi)拓強(qiáng)磁場(chǎng)研究的新領(lǐng)域,并為新材料和新化合物提供依據(jù)"1.2.001TO.IT之間,IT就可稱為強(qiáng)磁場(chǎng)"用"1.2所示"力 磁聲波(Mnetie^eostiewave(縱波Aven波(AIvenwave(橫波J一"e/50ng!re-抑制對(duì)流(suppressionofeonveetion),,I司態(tài)現(xiàn)象ohenomen助1.no4址磁化力(Cstalalignment(MganetiZation{固相相變(phasetarnsofrmationin50id)o(Cyrstalorientat固相相變(phasetransofrmationin廠ngialqU組書1.2穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)在材料加工過(guò)程中的應(yīng)用[ll].鳳:1,5.21959年就有人提出在磁場(chǎng)的作用下,用來(lái)改善金屬材料力學(xué)性能的熱處理方法,俗稱磁場(chǎng)熱處理,I-21"磁場(chǎng)熱處理有磁場(chǎng)退火,磁場(chǎng)加熱淬火,磁場(chǎng)淬火與磁場(chǎng)磁場(chǎng)能使晶粒明顯細(xì)化并且使試樣組織均勻度提高〔.3]"利用強(qiáng)磁場(chǎng)可顯著增加和Lindross在研究強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)冷軋Amroc鐵再結(jié)晶行為的影響,晶代表當(dāng)屬馬氏體相變"在鋼的奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變研究中,同與此同時(shí),馬氏體轉(zhuǎn)變Ms點(diǎn)也隨之升高并且隨著兩相自由能差的增加,其轉(zhuǎn)變動(dòng)力也增力口"所以磁場(chǎng)可以顯著提高馬氏體轉(zhuǎn)mhsnyet等研究者在;-Nei一C轉(zhuǎn)變過(guò)程中引入磁場(chǎng),發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)可以顯著加快馬氏體轉(zhuǎn)變〔.6]"Esrtin認(rèn)為脈沖磁場(chǎng)可以氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)或稍高于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)促進(jìn)變溫馬氏體轉(zhuǎn)變[.]"也有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[l8]:磁場(chǎng)在馬氏體到奧氏體的逆轉(zhuǎn)變過(guò)程中可以顯著降低馬氏體的分解速率等人還針對(duì)晶體取向奧氏體磁性對(duì)磁誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究對(duì)于擴(kuò)散型相變,研究較多的是磁場(chǎng)對(duì)鋼的奧氏體膚素體轉(zhuǎn)變的影響"磁化強(qiáng)度影響其自由能"在強(qiáng)磁場(chǎng)下的奧氏伽鐵素體轉(zhuǎn)變中,磁場(chǎng)能明顯增加鐵體的轉(zhuǎn)變數(shù)量,并且加快其轉(zhuǎn)變速率1.5.3磁場(chǎng)取向是鐵磁性材料加工過(guò)程中常用的,能夠有效地提高材料的多種磁性能強(qiáng)度很大的磁場(chǎng)能夠使非鐵磁性材料形成取向,明顯改變材料的組織特征和性能1976年,mikcslonKarin等[231象,1981年他又觀察到常規(guī)重力場(chǎng)條件下AlNi!AlCu!Cd一Zn和BiCd合金中7.051.ST磁場(chǎng)中形成規(guī)則排列組織的現(xiàn)象,進(jìn)一步證實(shí)磁場(chǎng)能夠使具有較強(qiáng)磁各向異取向的作用,理論"同年,svaist沖等[24]將Mn含量為.091owt%BiMn2,ST狀態(tài)凝固,BIMn析出相平行磁場(chǎng)方向規(guī)則排列和優(yōu)先長(zhǎng)大現(xiàn)象,性明顯增強(qiáng)"用能夠很快成為現(xiàn)實(shí),這些重要的現(xiàn)象沒(méi)有立即引起重視近年來(lái),隨著低溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步使強(qiáng)磁場(chǎng)的獲得日益方便和廉價(jià),應(yīng)用研究更加廣泛"1987年,Farrel125]Y.BZacu3島_8粒在室溫下與環(huán)氧樹(shù)脂混合,置于.94T強(qiáng)磁場(chǎng)中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)晶體中磁化率最大的c強(qiáng),臨界電流強(qiáng)度提高"另外,126一川將R一Ba一cu0和Bi2212高向"另外,solni等[32]還發(fā)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)有利于提高晶體在磁場(chǎng)中取向程度"除了高溫超導(dǎo)陶瓷材料外,將石墨晶體[33l分散在環(huán)氧樹(shù)脂中!纖維素晶體[34]懸浮于水溶液中,強(qiáng)磁場(chǎng)中,結(jié)果也發(fā)現(xiàn)晶體取向現(xiàn)象,這些具有磁各向異性的抗磁性晶體均以磁化率絕對(duì)值最大的晶軸垂直磁場(chǎng)方向取向"e的液態(tài)銀中取向,Y,BZaCu3O:超導(dǎo)材料的磁各向異性在高溫下仍然足夠大,能高"1996年,Katskui等[38}n一乙烷溶液中的結(jié)晶取向,以及Kcl和BaclZ出過(guò)程"1997年,等[39觀察到Al一Si一Fe合金中三元析出相在強(qiáng)磁場(chǎng)中規(guī)列的現(xiàn)象,將強(qiáng)磁場(chǎng)的應(yīng)用從簡(jiǎn)單的二元合金擴(kuò)大到三元合金的凝固過(guò)程vE可以由下式計(jì)算[35]:vE一粵""v!H"x,v乙(1.3)鳳:v為晶體體積,vx為晶體沿不同軸向的體積磁化率差值,He!為外磁場(chǎng)強(qiáng)度,為真空磁導(dǎo)率"許多研究者[35!37#38]采用類似的估算強(qiáng)磁場(chǎng)中多種材料旋轉(zhuǎn)取的能量差值,結(jié)果均表明這個(gè)能量差明顯大于晶體熱擾動(dòng)的能量"MikelsnoKarklinLv#H二.Vg-#20(1.4)此后,Ferrar等[40]中取向的形成,旋轉(zhuǎn)取向的形成主要在晶體生長(zhǎng)的初始階段,隨著晶體長(zhǎng)大,晶體間的機(jī)械碰撞阻礙晶體取向,并且分析了晶體發(fā)生碰撞的條件,實(shí)際上,液相的粘度和液體中的無(wú)規(guī)則對(duì)流運(yùn)動(dòng)等多種宏觀因素的影響[371"因此,磁另外,在其他材料加工過(guò)也存在磁場(chǎng)取向行為"1989年,Lusnikov等陽(yáng)>將織構(gòu)化的晶體在長(zhǎng)大過(guò)再取向"Mashaashi等[42l在Fe一3.25%si電磁鋼板熱處理IOT強(qiáng)磁場(chǎng),觀察到再結(jié)晶顆粒沿易磁化軸<001>取向程度增強(qiáng),粗大現(xiàn)象"木村恒久等[4,JPoly(ethylene2,6nhalate)(略寫PEN)在附近熱處理,生成的晶體沿c一軸方向排列"作者認(rèn)為存在一個(gè)磁場(chǎng)作用下的結(jié)晶化誘導(dǎo)階段,使PNE晶體在結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)就己經(jīng)有取向"Holofwya剛J將HoBacuoST磁場(chǎng)中固態(tài)燒結(jié),觀察到材料中晶體定向長(zhǎng)大形成大體積織構(gòu)的現(xiàn)象,并認(rèn)為控制,因此相當(dāng)緩慢,該作者及其合作者[.5]HoBacuo1.6T磁場(chǎng)中固相理溫度的提高和磁場(chǎng)中處理時(shí)間的延長(zhǎng)而提高"另外,zn!Bi氣相沉積#6l>,znlBi2212非晶超導(dǎo)材料[.8o.6T磁場(chǎng)中晶化過(guò)程有可能出結(jié)構(gòu)完善!成分均勻的晶體材料;另一方面,體系不同!施加磁場(chǎng)的方動(dòng)"Moerua[63]等在Bi一60Sn合金定向凝固過(guò)施加O.55T軸向磁場(chǎng),所得試樣中1.強(qiáng)磁場(chǎng)中材料的其它研綜上所述,強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)材料的再結(jié)晶!固態(tài)相變以及元素?cái)U(kuò)散均有明顯的影響,的研究也正在興起,v[6]等"5,強(qiáng)磁場(chǎng)在材料科學(xué)中的應(yīng)用研究還處于起步階段,很多物理現(xiàn)象還有待發(fā)現(xiàn);1..繼續(xù)進(jìn)行探索,發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)象.3根據(jù)分析得到的強(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理,將強(qiáng)磁場(chǎng)很好地應(yīng)用到材料的改性之4.1.6間化合物(Intemretallciocmpuond簡(jiǎn)稱IMC)"在電子封裝互連的釬焊過(guò),熔融的量等因素的影響,而且在時(shí)效過(guò),焊點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)會(huì)粗化,界面IMC也會(huì)不斷生長(zhǎng)"焊點(diǎn)的失效部分依賴于IMC層的厚度"對(duì)于時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)研究表明,時(shí)效過(guò)oslde/rCu或Ni接頭界面IMC的總厚度與時(shí)效時(shí)間呈拋物線關(guān)系即xX0二Ktlsolde/rcuNiIMc的生長(zhǎng)受擴(kuò)散機(jī)制控制慢,因此強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)釬焊接頭界面IMC層的生長(zhǎng)規(guī)律與無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC層生長(zhǎng)規(guī)律可能會(huì)有明顯的差異,揭示這個(gè)規(guī)律將有利于開(kāi)拓強(qiáng)磁場(chǎng)研SnAgSnCu系無(wú)鉛釬料"于SnAgSn3.SAg,Sn3AgO.SCu;SnCuSnSn3Ago.scu!Sn3.SAg!Sn一".7Cu無(wú)鉛釬料作為研究對(duì)象,CuNi界IMC層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué),并采用掃描電子顯微鏡(SEM),X射線及能譜(EDX)等方法初步分析了磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)方向?qū)缑鍵MC層生長(zhǎng)影響的主要原因,為強(qiáng)磁場(chǎng)條合成R一Ba一C-uO超導(dǎo)材料時(shí),發(fā)現(xiàn)所得材料除具有織構(gòu)外,還出現(xiàn)大量臺(tái)階型亞結(jié)構(gòu)不同于外延生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中所見(jiàn)的螺旋型生長(zhǎng)類型=5.>"顯著特征[52]這意味著磁場(chǎng)能夠?qū)w的形核過(guò)程產(chǎn)生影響以上結(jié)果表明:料的取向機(jī)制是多樣的,除了旋轉(zhuǎn)取向機(jī)制,還可能存在生長(zhǎng)取向機(jī)制,既具有磁各向異性的晶體在磁場(chǎng)中形成磁優(yōu)先生長(zhǎng)方向,在晶體長(zhǎng)大過(guò)形成織構(gòu)化組織"5.()l大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值對(duì)流一般是由流體內(nèi)高溫區(qū)和低溫區(qū)密度不同引起的[5.]對(duì)流,尤其是湍流的存在,使得熔體中晶體的生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生宏觀的生長(zhǎng)條紋,從而影響晶體的物理和化學(xué)性質(zhì)的均勻性[55]抑制對(duì)流的方法主要是微重力環(huán)境,境的途徑有離心力和磁場(chǎng)磁場(chǎng)抑制對(duì)流的機(jī)理在于,磁場(chǎng)條件下熔體的流動(dòng)引起感應(yīng)電流的存在,這種感應(yīng)電流在磁場(chǎng)下會(huì)受到力的作用,這個(gè)力總是趨向于使對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱,從而可以抑制對(duì)流這種影響流體作用的前提是,流體具有導(dǎo)電性或者流體的磁化率隨溫度的變化而改變,但當(dāng)對(duì)流很微弱時(shí),這種抑制作用就變得非常有限"磁場(chǎng)抑制對(duì)流后,凝固生長(zhǎng)速度增大,從而使得凝固組織中纖維間距人減小磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,磁場(chǎng)對(duì)熔體中的對(duì)流抑制能力越強(qiáng),實(shí)際的生長(zhǎng)速度就越大,纖維組織的間距也就越小;利用強(qiáng)磁場(chǎng)抑制熱對(duì)流可消除半導(dǎo)體單晶中的溶質(zhì)帶[6s],一磁場(chǎng)對(duì)對(duì)流的抑制,使得固液界面前沿的溶質(zhì)傳輸只能以純擴(kuò)散的方式進(jìn)行,因而其長(zhǎng)大能力減小,其纖維的直徑也減小=6.]"Pee等[62〕,磁場(chǎng)還可抑制流體中自然對(duì)流,抑制的程度與外磁場(chǎng)強(qiáng)度!體系幾何形狀以及大小有關(guān),但完全抑制自然對(duì)流非常"2.2.2正向強(qiáng)磁場(chǎng)下不同溫度時(shí)效過(guò)焊接接頭掃描電鏡分2.4為ST120e時(shí)效不同時(shí)間后Sn3Ag0.5CCu焊點(diǎn)靠面處的掃描電鏡"圖中從左到右明顯的三層分別為Cu基板,界面IMC層和釬料基體"EDX分析結(jié)果表明:IMCCuSn化合物,Sn為基,在Sn基上同時(shí)分布著Cu6Sns和Ag3Sn化合物"并且己經(jīng)證明:尺寸較大的且顏色較暗的為Cu6Sns化合物,其形貌一般為塊狀;尺寸較小且顏色較亮的為Ag3Sn化合物,其 時(shí)效處理的Sn一3Ag一0.5c口cu界面IMc般呈鋸齒狀,120e普通溫度下時(shí)效需較長(zhǎng)時(shí)間刁-能轉(zhuǎn)變成IMC的形貌變化很小,50hIMC的形貌仍呈鋸齒狀"此外,觀察圖.24()a至()fIMCIMC層的厚度逐漸增加"ST120e5h0IMCST強(qiáng)磁場(chǎng)條件下界面IMC2.51林m,50h后的界面IMC層的厚

1.70m[69],IMc層的厚度要比無(wú)磁場(chǎng)條件下的界面JZO邵嫩過(guò)程戶強(qiáng)磁場(chǎng)的趣腳雌子界互到-!進(jìn)一步研究強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)時(shí)效過(guò)界面IMC層生長(zhǎng)的影響,在ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3Ag0.5CCu150e190e時(shí)效分析"2.4XX3%I們,o3溶液的燒杯里,KQ218型超水的燒杯里再在超聲波集中,然后將試樣取出用吹風(fēng)機(jī)吹干,即可進(jìn)行X射線衍射分析"XSHIMADZUXRD6000衍射儀"未時(shí)效焊接接頭掃描電鏡分圖2.3為未時(shí)效焊點(diǎn)界面處的掃描電鏡"其中圖(a)為放大600倍的掃描圖(b)為放大2000倍的掃描"圖中明顯的三層從左到右分別為Cu基板!界面層和釬料基體"從圖中可以看出焊后接頭處界面IMC層很薄,其形貌為的鋸齒且由基板向釬料基體中延伸"此外,在釬料基體中還發(fā)現(xiàn)了很多化合物顆粒,EDX分Cu6Sns"因此,未時(shí)效的焊點(diǎn)由以下幾相組成:Sn3AgO.SC2.2JMT0超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置中進(jìn)行強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效處理,強(qiáng)磁1所示該強(qiáng)磁場(chǎng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)為穩(wěn)恒靜磁場(chǎng),0T范圍內(nèi)可調(diào)本磁場(chǎng)條件下時(shí)效時(shí)所加磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為T和ST"強(qiáng)場(chǎng)條件下時(shí)效2所示體到基板為正向,從基板到釬料基體為反向時(shí)效時(shí)將熱電偶放在試樣中心部位進(jìn)行精確控溫"2.1.3將時(shí)效處理后的焊點(diǎn)沿縱界面用環(huán)氧樹(shù)脂冷鑲后,分別經(jīng)1000#砂紙打磨及1.0一.05協(xié)m石拋光膏進(jìn)行拋光,并用甲醇:硝酸:鹽酸二93:5:2析"噴銀的目的是使試樣導(dǎo)電,以便進(jìn)行掃描電鏡分析"采用正OL公司的JsM一型掃描電子顯微鏡對(duì)釬焊接頭組織進(jìn)行分析,成分分析采用LiKIS6587型能譜儀"掃鏡的工作電壓為加KV"因焊接接頭界面處IMC的起伏程度很大,直接測(cè)量IMC層厚度準(zhǔn)確性較差,于是用Q500IW圖像分析儀測(cè)定IMC的面積,然后除以總的長(zhǎng)度,得到IMC的2.]lM-T100.鳳:ns3Ag0.SCu/cuIMCSnAg系無(wú)鉛釬料中,3.04.7%Ag0.51.7%CusnAg63sn37Pb更高的抗拉強(qiáng)度,在這個(gè)范圍的成分,人們發(fā)現(xiàn)Ag的含3.0%提高到更高的水平(4.7%)時(shí)不會(huì)提高抗疲勞強(qiáng)度,CuAg兩者都處于較高劑量時(shí),塑性變壞"因此在這些成分之中,Ag量的合金.3sn3.IA-go.5~1.scu具有最佳的平衡性能一熔化溫度!強(qiáng)度!塑性!勞性能[8e],因此選sn一3Ag一o.scu無(wú)鉛釬料作為研究對(duì)象"的Cu"如在緒論中所述的,SnCu襯底接觸時(shí),在界面會(huì)形成一層界面IMC層,其形成不但受焊接過(guò)溫度!時(shí)間的控制,而且在后期的服役過(guò)其厚度也會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加"焊料C/u界面處所形成的IMC是影響焊點(diǎn)可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素,IMC層會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂韌性和抗低周疲勞能力下降,從而導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性的下降"且由于電子封裝用焊料較低,室溫已達(dá)它們Tm響焊點(diǎn)的可靠性"IMC的生長(zhǎng)及其微觀組織結(jié)構(gòu)十分重要"Sn3Ago.SCCuIMC層的生長(zhǎng)研究已經(jīng)表明:IMc9,IMc由于強(qiáng)磁場(chǎng)可以將高強(qiáng)度的能量無(wú)接觸地傳遞到物質(zhì)的原子尺度,改變?cè)拥呐帕?匹配和遷移等行為[70l,IMc層的生長(zhǎng)將會(huì)有所不同STsg5記Cu界面IMC層的生長(zhǎng)規(guī)律的異同,并探討了不同磁場(chǎng)強(qiáng)度及不同Sn3Ag#o.SCCuIMC層生長(zhǎng)的影響2.實(shí)驗(yàn)中所用原材料均為高純度金屬,sn99.95%,AgCu99.9%"S:nA:gCu=%.:5:30.5的比例配制后放入真空爐500e,34小時(shí)后,smm的釬料合金棒"采用線切割的方法將釬料合金棒切割成中7Zxmm的小圓柱體"Cu基板的純度為1000號(hào)砂紙細(xì)磨后,NaOH155,HCI溶液!并用吹風(fēng)機(jī)吹干"Cu基板接觸的表面涂覆一層中性活性釬劑(RMA)在Cu基板上采用紅外線回流焊進(jìn)行焊接"由于Sn一3Ag一0.SCu的釬料的大約217條件下短"并且從圖.25(a)至()f可以看出ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)下150e時(shí)效過(guò),面IMc層的厚度隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)增加較明顯,且釬料基體中的cu6Slls和Ag3Sn化2.6為ST190e時(shí)效不同時(shí)間后的Sn3Ag0.5CCu焊點(diǎn)描電鏡"從圖可以看出ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下190e時(shí)效至h4后界面IMC就已經(jīng)變得比較平緩"可見(jiàn),強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效溫度越高,IMC由鋸齒狀向大波浪形轉(zhuǎn)變的速度也越快"2.4!2.52.6IMC層的厚度可以發(fā)現(xiàn):IMC層的生長(zhǎng)規(guī)律相同,IMC層的厚度也隨著時(shí)效溫度的升高而增加此外,2.4!2.52.6顆粒,EDXCu6Sns化合物而顏色較淺且尺ASn化合物"小和數(shù)量可以發(fā)現(xiàn):ASn化合物顆粒的大小和數(shù)量隨時(shí)效溫度的升高變化很小,而分布在文獻(xiàn)[69]中己經(jīng):無(wú)磁場(chǎng)條件下sn一3Ag一0.5c記cu焊點(diǎn)在170e時(shí)效至后IMC層內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)空洞和裂紋"分析認(rèn)為無(wú)磁場(chǎng)條件下高溫時(shí)效一定時(shí)間后界面IMC中出現(xiàn)空洞和裂紋的原因是由于時(shí)效溫度越高,原子的能量越大,越易發(fā)生遷移,不同元素原子的擴(kuò)散速率差異越大而造成的"然而,ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下190e時(shí)效過(guò),時(shí)效5h0后界面金屬間化合物都仍然很致密,沒(méi)有出現(xiàn)空2.3IMC在釬焊過(guò),當(dāng)熔融態(tài)的釬料與基體接觸后,在釬料與基體之間會(huì)生成界面IMC層,IMC層起到了基體與釬料之間的連接作用"IMC的形貌!厚度與釬焊的時(shí)間!溫度有關(guān),因此很多研究者研究了釬焊過(guò)界面IMC的形貌與生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)"而電子產(chǎn)品的焊點(diǎn)在服役過(guò),由于載荷!溫度等因素,界面IMC會(huì)長(zhǎng)大,即服役條件下,IMC層的厚度會(huì)增加"IMC本身具有硬而脆的性能,因此過(guò)厚的MC層將對(duì)接頭的穩(wěn)定性有的影響如果使焊點(diǎn)在正常使用條件下效,則需要很長(zhǎng)的時(shí)間,為了縮短試驗(yàn)時(shí)間,采用時(shí)效處理來(lái)模擬研究服役條件下界面強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)界面金屬間化合物生長(zhǎng)的影響IMC的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)"通常,釬料C/u焊接接頭界面IMC在等溫時(shí)效過(guò)的生長(zhǎng)可用以17.]:,,-!",,-,,一,.t為時(shí)效時(shí)間;X()ttoslde/rCuIMC層的厚度;X"為時(shí)效開(kāi)Solde/rCuIMC層的厚度;Q為激活能:A為常數(shù);n為時(shí)間常數(shù)"電鏡 圖.26ST190eSn3Ago.SCu/Cu焊點(diǎn)的掃描電鏡(a)4h(b)911(e)一6一1(d)25h(e)36一1仍sohC/un0.350.7之間,n界面金屬間化合物不同的生長(zhǎng)機(jī)制"實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)表明Sn3Ag一".SCu/Cu焊點(diǎn)在無(wú)條件下時(shí)效過(guò)界面IMc層的生長(zhǎng)與時(shí)效時(shí)間呈拋物線關(guān)系[60],從而證明了無(wú)磁場(chǎng)條件下Sn一3Ag一0.5c川Cu焊點(diǎn)在時(shí)效過(guò)其界面IMC的生長(zhǎng)是由擴(kuò)散機(jī)制控#電鏡(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)36h仍 STPositivehighmganetieeld(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)36h(50h2.52.6STSn3AgO.SCu/Cue時(shí)效不同時(shí)間后的掃描電鏡"由圖.25()a至()f可以看出ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)下150e時(shí)效過(guò)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)界面IMC層的形貌發(fā)生了明顯的變化:時(shí)效至后界面IMc的形貌仍呈鋸齒狀,但到25h時(shí)其形貌己變得相當(dāng)平緩"將此結(jié)果與文獻(xiàn)169}進(jìn)行對(duì)比可以得出:IMC由鋸齒形變?yōu)椴ɡ诵蔚臅r(shí)效時(shí)間比無(wú)磁場(chǎng)不卜卜卜E卜l盯卜卜盯08一D42OR一642八UR一內(nèi) 丹J3勺U八-22內(nèi)-弓-J飛11`a55"u洲"2.7ST.TTqfOacw.*卜.Les.卜30/`-as的.u名"訓(xùn)乙尸舅工">洲祠-工"0刀2.8ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下金屬間化合物相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的關(guān)系曲線2.1sn3.SAgi時(shí)效條件生長(zhǎng)速率(10一.4cmZzs)Sn3Ag0.5CCu34IMC由擴(kuò)散機(jī)制控制的IMC生長(zhǎng)的激活能可用擴(kuò)散為主的關(guān)系式來(lái)計(jì)算:InD_l""n.其中,DIMc層的生長(zhǎng)速率(cmZ/S),D"IMc層的生長(zhǎng)常數(shù)(cmZ/s).QIMC層的生長(zhǎng)激活能,R是理想氣體常數(shù)(8314.kJ/molK..),T是絕對(duì)溫度"可以看出,IDn1/T呈直線關(guān)系,niD"為截矩,Q/R為斜率"IMC層的的生長(zhǎng)激活能可由nID與1T/的曲線斜率得出"圖2.9是ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下與無(wú)磁場(chǎng)條件下nID與1T/的曲線圖"Sn3Ago.SCCu焊點(diǎn)界面處的整IMC層Q17.32kJm/ol51,26kJ/mof"Sn一A3go.CS川Cu焊點(diǎn)界面IMC層的生長(zhǎng)激活能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效激活能STSn3Ago.SCCu120e!150-C時(shí)IMC層的厚度值,IMC層厚度與時(shí)效時(shí)間進(jìn)行關(guān)系曲線擬合,可n二".5,2,7(Sn3Ago.SCuCuCu6Sns化合物,由于Cu3Sn化合物層很薄,且掃描電鏡的分辯率為1om,所以不單獨(dú)考慮Cu3Sn層的厚度,Cu6Sns和cu3Sn二者的厚度作為一個(gè)整體來(lái)計(jì)算界面化合物層的厚出:與無(wú)磁場(chǎng)條件相同[69〕,sn3Ago.sccuST過(guò)其界面IMC層的厚度與時(shí)效時(shí)間均成拋物線關(guān)系,表明Sn一3Ag一O.SC記強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下的時(shí)效過(guò)其界面IMC的生長(zhǎng)均受擴(kuò)散機(jī)制控制"因此強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下Sn一3Ag一0.5C川Cu界面IMC在等溫時(shí)效過(guò)的生長(zhǎng)均其中:X()ttIMC層的厚度,X"IMC層的厚度,t為時(shí)效保溫時(shí)間,D為IMC層生長(zhǎng)速率"根據(jù)(2.2),作強(qiáng)磁場(chǎng)條件下各時(shí)效溫度時(shí)效過(guò)界面IMC層的相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的變化曲線如圖2.8所示"圖中日瀝,DIMc層的生長(zhǎng)速率2,8STIMC的生長(zhǎng)速率"將強(qiáng)磁場(chǎng)及無(wú)磁場(chǎng)條件下呻]IMc層的生長(zhǎng)速率數(shù)值列于表2.1"由表可以看出,與無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC層的生長(zhǎng)規(guī)律一樣,T8正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)其界面IMC層的生長(zhǎng)速率也隨著時(shí)效溫度的升高而增加;但對(duì)相同時(shí)效溫度而言,STIMC層的生長(zhǎng)速率總是比無(wú)磁場(chǎng)條件下的大"說(shuō)明相同時(shí)效溫度下,sn3AgO.SCCuIMC層具有一定的促進(jìn)作用:IMC的相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的變化曲線2.13所示"2.13可以看出,不同磁場(chǎng)強(qiáng)度(OT!3T!ST)時(shí)效過(guò)IMC層的生長(zhǎng)速率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加"mierograPhsofSn3Ag圖2.11ST止同強(qiáng)磁物條件卜Sn一3Ag一O.SC/tlCu焊點(diǎn)時(shí)效時(shí)間掃描電(a)sh(b)13h(egh(d)25h. w.3TST20161412,{z91ng1me`asQJ"ssau國(guó)"a>叫尸-a2.12強(qiáng)磁場(chǎng)條件-_/`臼,a55"u國(guó)"AgngtimeintensityofmnetieeldQ51.26kJ/molq600內(nèi)-0990-3-31/T(K一2.9InDl/TA:#rhenius曲線圖F192.9ArrheniusPlotoftheIMCIergrowtllrate.2.5Sn3Ago.SCCuIMC2.10!2.113T和ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3Ag一O.SCCu焊點(diǎn)在相同后(sh),IMC的形貌都己從未時(shí)效時(shí)的鋸齒形變?yōu)檩^平緩的波浪形"且在兩種磁場(chǎng)強(qiáng)度下,隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),IMC層的厚度均增加"2.10!2.n以看出:時(shí)效相同時(shí)間后,STIMC3T正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的厚"3TSTIMC層的厚度,IMC層的厚度與時(shí)效時(shí)間進(jìn)行關(guān)系曲線擬合,2.12所示"2.12可以看出:3TST強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)Sn一3Ag一o.sc側(cè)Cu焊點(diǎn)界面IMC層的厚度均與時(shí)效時(shí)線關(guān)系,故2.1中的n=0.5,表明Sn一3Ag一o.scu/cu焊點(diǎn)在不同磁場(chǎng)條件下ST)時(shí)效過(guò)其界面IMC的生長(zhǎng)均受擴(kuò)散機(jī)制控制"因此Sn一3Ag一o.SCu/Cu焊面IMC在3T和ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下等溫時(shí)效過(guò)的生長(zhǎng)也符合關(guān)系式2.2"根據(jù)此3T和ST正向磁場(chǎng)條件下界面IMC的相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的變化曲線電鏡(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)36h仍mierograPhsofsn3Ag0.SCuC/L.solderjointgaedat190eofrvarioustimeSTreversehighmganetiefield(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)36h(50h由圖2.14和2.15(a)至()f可看出:正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)隨著時(shí)時(shí)間的延長(zhǎng),IMC層的厚度均逐漸增加;且分布于釬料基體中的顆粒也逐漸粗化"對(duì)比正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下190e時(shí)效過(guò)釬料基體中的靠近界面處的化合物顆粒的大小!IMC的形貌及其厚度可以發(fā)現(xiàn):正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效一定時(shí)間后,靠近時(shí)效較短時(shí)間后(4h)IMC的形貌都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為較平緩的波浪形;但正向強(qiáng)磁場(chǎng)..190,C(l句llO口少`asseu層"q尸掛工"鉀洲尸司工"2.17Fig.2.17TheIMegrowtheuvreofrelativeIMCthieknessversussqtaerrootofagingti

STIMC的形貌由未時(shí)效時(shí)的鋸齒形向IMC的形貌由未時(shí)效時(shí)的鋸齒形向大波浪形轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間比無(wú)磁場(chǎng)條件與無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)規(guī)律相同,強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC層的厚度也與時(shí)效時(shí)間成拋物線關(guān)系,即磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)也受擴(kuò)散機(jī)制控制"與無(wú)磁場(chǎng)條件相比,IMC層的生長(zhǎng)速率明顯加快,IMC層的生長(zhǎng)速率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增加"3,通過(guò)接頭界面IMC層的曲線可得:ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件Sn3Ago.SCu/CuIMC的生長(zhǎng)激活能分別為:17.32kJ/molsl.26kJ/mol,說(shuō)STIMC的生長(zhǎng)激活能"4.T8正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)下190e時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線表明:正向強(qiáng)磁IMC的生長(zhǎng)速率比反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的大"十IMC層的厚度總比相應(yīng)時(shí)效時(shí)間后的反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的大"說(shuō)明正!IMC的生長(zhǎng)有所不同,而且在靠近作不同磁場(chǎng)方向下190e時(shí)效過(guò)Sn一3Ag一O.SCu/Cu焊點(diǎn)界面IMC層的厚度2.16所示,由圖可以看出:正!Sn3Ag焊點(diǎn)在時(shí)效過(guò)其界面IMC層的厚度與時(shí)效時(shí)間均成拋物線關(guān)系,根據(jù)2.2作出IMC2.17所示,圖中直線斜率=K了萬(wàn),IMc層的生長(zhǎng)速度比反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件4444c性00c,勺.鉀U`a55"u名"2.16.人2.6Sn3AgO.SCCuIMC2.14!2.ST正!Sn3AgO.SC/tlCu190e效不同時(shí)間后的掃描電鏡"從圖中可以看到明顯的三層,從下到上依次為Cu基板IMC層和釬料基體"EDXIMCCuSn化合物,.14SEM:nierograPllsofsn3Ag0.SCt,/Cusolderjointagedatl90Coof:#varioL!sti:einSTPositivehigllmagnetieeld(a)4h(b)911(e)1611(d)2511(e)3611(5011:人3.Sn3.SAg用iSnO.7CuN/iIMC在眾多的二元系無(wú)鉛釬料中,SnAg合金焊料因其優(yōu)越的力學(xué)性能和抗氧化性能而用測(cè)試"一些典型成分己有生產(chǎn)應(yīng)用"Sn一Ag二元合金的共晶成分為Sn3.SAg,溫221e,Sn3.SAg得應(yīng)用"221e,SnPb共晶合金(183OC)的要高,且合金的潤(rùn)濕性與sn一Pb相比稍差[74]等已大大限制了它的應(yīng)用"且在研究sn一Ag釬料用于倒凸點(diǎn)制作時(shí)發(fā)現(xiàn),Sn一Ag/Cu界面IMC的迅速生長(zhǎng)將造成用于金屬化的Cu層大耗,形成退潤(rùn)現(xiàn)象,使釬料凸點(diǎn)的可靠性大大下降"snAg釬料的進(jìn)一步應(yīng)用"二元系無(wú)鉛釬料中另一種比較有發(fā)展前景的釬料為Sn一O.7Cu共晶無(wú)鉛釬料Sn一O.7Cu無(wú)鉛釬料的共晶溫度是227e"在波峰焊過(guò),Sn一O.7Cu共晶合金展示SnPb釬料的優(yōu)良潛力以往的研究發(fā)現(xiàn)i和s之間的反應(yīng)速度大大低于u和s之間的反應(yīng)速度5一7"i之間反應(yīng)的研究迅速增多一些研究表明:i是優(yōu)異的焊接阻擋材料,ii反應(yīng)生成的界IMC,i之間的反應(yīng)速度較慢從而起到了很好的擴(kuò)散阻擋作用由于強(qiáng)磁場(chǎng)能將高強(qiáng)度的能量傳到物質(zhì)的原子尺度改變?cè)拥臄U(kuò)散行為因此,i作為擴(kuò)散阻擋層的作用,STAgiIMCSnAgiSn一0.7Cui界面金屬間化合物層生長(zhǎng)的影響3.Sn3.SAg和Sn0.7CuSn:Cu=97.3:0.7500.C,34小時(shí)后,采用不銹鋼模具澆鑄成"snnrn的釬料合金棒"采用線切割的方法將釬料合金棒7xZmm的小圓柱體"Ni99.95%,100#0砂紙細(xì)磨拋光后放在50%HCI水溶液進(jìn)行,然后再用并吹干"將與Ni基板接觸的釬料片一側(cè)表面涂覆一層中性活性釬劑(RMA)后放置在Ni基板上,然后放入DHG電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行釬焊"Sn一3.SAg加i焊點(diǎn)試樣的釬焊溫度為時(shí)間為305;Sn一0.7Cu肘i焊點(diǎn)試樣的釬焊溫度為260C0,釬焊時(shí)間為3.意圖為第二章中.22所示,ST"3.1sn3.SAgi圖3.1為250e下釬焊305后的sn一.3SAg入i橫截面"由圖可以看出,Sn3,ASg加i界面處形成的IMC為層狀結(jié)構(gòu),不同于Sn3.SAgC/u,SnPb/Cu化合形結(jié)構(gòu)根據(jù)傳統(tǒng)的純金屬凝固理論,表面的形貌(層狀或扇形)Jacksno參數(shù)有關(guān)[79,lR兀(3.vHm是摩爾潛熱,R是氣體常數(shù),T,是釬焊溫度,毛是最緊鄰原子數(shù)占界面總原子數(shù)的分?jǐn)?shù),1"Q2為扇形形貌,2為層狀形貌"3.1為不同釬Q的計(jì)算值"Cu6Sns化合物其"2,形貌為扇形;Ni3Sn4化合物其"2,形貌為層狀"3.1.JV-卞IJV,u011J#J八呂,幾!甚,r四陽(yáng)曰,I.J,.7IMCmorPhologyofsn3.SAgN/1solderedat250Co3.2T8反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件.sn3.SAg州i120e時(shí)效不同時(shí)間后掃描:人3.3STSn3.SAgi170e時(shí)效不同時(shí)間后掃描電鏡(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)3611閨sohFig.3.3SEMmierograPhsofsn3.SAgN/1solde:#jointagedat170-Cofrvariot!st大3.1Q102一Ka硯J行IQ產(chǎn)2氣乙l,J211..111氣J內(nèi)J,JSn(l)/Cu(s)Sn37Pb(l)/Cu(s)Sn3.SAg(l)/Cu(s)Ni3S山.2反向強(qiáng)磁場(chǎng)下sn一3.SAg入i焊點(diǎn)在不同溫度下時(shí)效時(shí)掃描電鏡分e時(shí)效不同時(shí)間后的掃描電鏡"圖中從下到上三層分別為Ni基板!界面IMC層和釬料基體"EDXIMCNi3S偽化合物"STIMC層的形貌仍然保持焊后的層狀結(jié)構(gòu),說(shuō)明時(shí)效過(guò)Sn3.SAgiIMC的形貌影響不大"3.2!3.3至()f可以看出:反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下各時(shí)效溫度時(shí)效過(guò)Sn一3.SAgN/i焊點(diǎn)界面IMCIMC層的厚度進(jìn)行逐一比較則可發(fā)現(xiàn):強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3.SAgN/i焊點(diǎn)界面IMC層的厚3.4STSn3.SAgN/i190e時(shí)效不同時(shí)間后的掃描Fig.3.4SEMmieorgarPhsofsn3.SAg1solderjointagedat190Coofrvari0L-sti,neinSTreversohighmagnetiefield(a)4h(b)gh(e)16h(d)25h(e)36h(50113.3Sn3.SAgiIMCQ5001WST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下各時(shí)效溫度下時(shí)效不同時(shí)IMC的面積,然后除以總的長(zhǎng)度,IMC的厚度"ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條120.C!170e!190eIMC層的平均厚度與時(shí)效時(shí)間的關(guān)3.5所示"STsn3.SAgi`asasuu3.6ST.andnomganeticeld3,2Sn3.SAgiIMCandnonetieeld生長(zhǎng)速率(10一.4emZ/s)Sn3.SAgi573.Sn3.SAg入iIMC生長(zhǎng)激活能比較同理,根據(jù)2.2或2.3作反向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下的niD與1T/的尼斯曲線如圖3.7所示"由IDn與1T/的曲線斜率求得ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下無(wú)磁場(chǎng)條件下界面IMC29.51kJ/mol48.22kJ/mol"ST反向Sn3.SAgiIMC的生長(zhǎng)激活能也比無(wú)磁場(chǎng)條件下的小"IMC的生長(zhǎng)激活能"38.2——`的\a903:2.1/T(K一-3.7InDlArrlleniL.s曲線圖F19.3.7Arrllenit5PlotoftheIMCIayergrowthrate.Sn3.SAgiSn0.7CuiIMCN/iIMC生長(zhǎng)的影響,對(duì)正!Sn一3.SAgN/i和Sn一0.7Cu肘i焊點(diǎn)在190e時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)進(jìn)行了研3.8為正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn一3.SAg洶i焊點(diǎn)在190e時(shí)效不同時(shí)間后的掃描電鏡3.83.4可以看出:IMC層的厚度較小,IMC層的厚度變化很明顯,釬料基體中的化合物顆粒IMC層就己經(jīng)很厚,隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)其厚度逐漸增加但變化幅度較小,分布在釬料基體中的化合物顆粒隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)變化也很小"ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效IMC層的厚度,ST正!IMC層的相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的關(guān)系曲線如圖3.9所示"由圖可知正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3.SAgIMC層的生長(zhǎng)均由擴(kuò)散機(jī)制控制"IMC層的生長(zhǎng)速率的關(guān)系為=Kl萬(wàn)."K為直線斜率;DIMc層的生長(zhǎng)速率"3.9可以看出:STIMCSTIMC層的生長(zhǎng)速率"IMC的生長(zhǎng)速率進(jìn)行綜合比較可得:ST正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)下190.C時(shí)效過(guò)Sn一3.SAg加i界面IMC的生長(zhǎng)速率均比無(wú)磁場(chǎng)條大3.8STSn3.SAgi190eI.aJ后的掃描F19.3.8SEMmierograPhsofsn3.SAgN/1solderjointagedatl90CoofrvarioustileinSTPositivehiglllangetiefield(a)411(b)911(e)16h(d)2511(e)361"(5011大不同時(shí)效溫度下時(shí)效過(guò)其界面IMC層的生長(zhǎng)也符合拋物線關(guān)系"表明Sn一焊點(diǎn)在ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)其界面IMC的生長(zhǎng)也受擴(kuò)散機(jī)制控制"根據(jù)關(guān)系式2.2作ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)各時(shí)效溫度時(shí)效過(guò)界面IMC層的厚度與時(shí)效時(shí)間平方根的變化曲線,并與文獻(xiàn)[80lIMc層的厚3.6所示"KIMC層生長(zhǎng)速率D的關(guān)系為K=了萬(wàn),分別計(jì)算ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下界面IMc層生長(zhǎng)速率D3.2所示"由表可知ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)及無(wú)磁場(chǎng)條件下界面IMC層的生長(zhǎng)速率均隨時(shí)效溫度的升高而增加"ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)程Sn3.SAgiIMc層的生長(zhǎng)速率均比無(wú)磁場(chǎng)條件下的大"TTT`呂`a-;睜r卜l匕 3332222232`曰二assau名"叫二祠Q芝3.5ST反向磁場(chǎng)條件下不同溫度下時(shí)效時(shí)金屬間化合物厚度與時(shí)效時(shí)間的變化曲線Positivehighlganetieeld3.10STnsO.7Cui190e時(shí)效不同時(shí)間后的掃描Fig.3.10SEMmierograPhsofsn0.7CuN/1solderjointgaedatlgoeofrvarioL:stimeinSTPositivehighmganetic6eld(a)4h(b)gh(e)16h(d)2510(e)36h(50h—人(l句T一///`as"u名"Q0"A一祠目洲"t.3.93.10!3.11ST正!SnO.7Cui190e間后的掃描電鏡"圖中明顯的三層從下到上依次為Ni基板!界面IMC層和釬料基體"3.103.11可以明顯看出正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效較短時(shí)間后,IMC同理,作不同磁場(chǎng)方向下Sn一O.7C側(cè)Ni焊點(diǎn)190OC時(shí)效過(guò)界面IMC層的厚度3.12所示"由圖可以明顯看出正!Sn一.07CIi焊點(diǎn)190e時(shí)效過(guò)其界面MIC層的生長(zhǎng)表現(xiàn)出了明顯的不同:正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件S-n.0C7NiIMC層的生長(zhǎng)比反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的快"由于正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條Sn一0.7Ct認(rèn)閃i焊點(diǎn)在時(shí)效過(guò)其界面MIC層的相對(duì)厚度與時(shí)效時(shí)間的平方根成反!向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn一0.7Cu/Ni焊點(diǎn)在時(shí)效過(guò)其界面IMC層的生長(zhǎng)也是由組元散所控制的"因此,不同磁場(chǎng)方向下界面MIC不7大十3.11STSn一.07Cui焊點(diǎn)!90e1.3.12. 一樸 3.31.保持焊后未時(shí)效時(shí)的層狀結(jié)構(gòu),說(shuō)明強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)時(shí)效過(guò)Sn一3.SAg加i焊點(diǎn)界面IMC2.與無(wú)磁場(chǎng)條件下相同,ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件不同時(shí)效溫度下時(shí)效過(guò)Sn一3.SAgNliIMC層的厚度均與時(shí)效時(shí)間成拋物線關(guān)系,ST反向強(qiáng)磁場(chǎng)及無(wú)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)Sn一3.SAg肘i焊點(diǎn)界面IMC層的生長(zhǎng)均受擴(kuò)散機(jī)制控制"3.IMC生長(zhǎng)速率也隨著時(shí)效溫度的升高而增加,STIMC.T8正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下190e時(shí)效過(guò)Sn一3.SAg入i及Sn一o.7Cu朋i焊點(diǎn)界IMC的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線表明:Sn3.SAg加iSn0.7Cui焊點(diǎn)界IMC激活能由于強(qiáng)磁場(chǎng)可以將高強(qiáng)度的能量無(wú)接觸地傳遞到物質(zhì)的原子尺度,改變?cè)拥呐帕?匹配和遷移等行為因此強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)致Sn3AgCu焊點(diǎn)及SnAgiIMC生長(zhǎng)速率的提高的原因可能是強(qiáng)磁場(chǎng)的存在改變了原子間的排列方式從而降4.2IMC第二章的第.22.5節(jié)的研究已經(jīng)表明:IMC的生長(zhǎng)速率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加"IMC生長(zhǎng)的影響,對(duì)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下界IMCX射線衍射分析"4.1IMCX射線衍射{今!育砂酬~.0.本(;":余"-,""!bI101)份}}石二一兒二由耐!口卜肖瞇蔽喃觸嘟叫洲翩鞠1.1w甲示}"},(""22幣不(2",){l1IJ}1月一-二4.1X射線衍射圖()a未時(shí)效(b)0T2h5(e)3T25h(d)ST25h從圖中可以看出:CL16SnsCu的特征峰值較高"25h后,Cu6SnsCu變?nèi)饲皟烧聦?shí)驗(yàn)研究表明:強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)界面IMC的生長(zhǎng)與無(wú)磁場(chǎng)條件下效過(guò)程一樣均受擴(kuò)散機(jī)制控制"而由擴(kuò)散機(jī)制控制的界面IMC層的生長(zhǎng)快慢則主要取決于參與反應(yīng)的元素原子的擴(kuò)散速率"sCu!Alis界IMc層生長(zhǎng)產(chǎn)生巨大影響[80841"IMc磁場(chǎng)對(duì)元素原子擴(kuò)散速率的影響有關(guān)"另外,成為擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力影響界面處組元原子的擴(kuò)散通量從而改變界面IMC的生長(zhǎng)速率"為了進(jìn)一步探討強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)界面IMC生長(zhǎng)的影響,本章主要主要從生長(zhǎng)激活能的角度分析了強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)界面IMC生長(zhǎng)速率的影響,并對(duì)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度及不同磁場(chǎng)方向?qū)缑鍵MC生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了微觀分析,IMCEDX場(chǎng)及其一些相關(guān)參數(shù)可能對(duì)界面元素的擴(kuò)散通量產(chǎn)生的影響,律方程的建立提供了一定的參考IMC當(dāng)熔融態(tài)釬料與Cu或Ni基板進(jìn)行焊接時(shí),由于化 子擴(kuò)散遷移,在接頭處,將會(huì)有近平衡反應(yīng)發(fā)生,通常形成界面IMC"在不同的焊接條件下,界面IMC的形貌及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)將會(huì)有所不同"由于本實(shí)驗(yàn)所用各焊點(diǎn)試樣所對(duì)應(yīng)的條件相同,因此焊接條件對(duì)界面IMC的形貌及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響相同,從而由前兩章實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:ST正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3Ag0.5C川cu焊點(diǎn)及ST強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn一3.SAg加i焊點(diǎn)在不同溫度下時(shí)效過(guò)其界面IMC層的厚度與時(shí)均成拋物線關(guān)系"因此可以得出:強(qiáng)磁場(chǎng)條件下時(shí)效過(guò)這兩種焊點(diǎn)界面IMC的長(zhǎng)均是由擴(kuò)散機(jī)制控制的"而通常焊料/基板接頭在等溫時(shí)效過(guò)界面的反應(yīng)是由元的擴(kuò)散速率控制的,因此在焊接接頭界面IMC生長(zhǎng)過(guò)!Ni和Sn原子必須穿MC層擴(kuò)散至界面處進(jìn)行相互發(fā)應(yīng)決定元素?cái)U(kuò)散速率的因素是多方面的,原子的擴(kuò)散所必須克服的最低能壘是一個(gè)重要參量"擴(kuò)散所必須克服的最低能壘越低,原子擴(kuò)散所需的激活能也就越小激活能的大小表示該化合物生成的難易程度STIMC:8丁正向SngCcuIMcST反向強(qiáng)磁場(chǎng)Sn3.SAgN/i焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)激活能均小于無(wú)磁場(chǎng)條件下所對(duì)應(yīng)的界面IMC的Cnssn原子的供應(yīng)不足造成的=叨"正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下,靠MICSnCu6SnsDC層,而在反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Cu3Sn且妊C層;ns元素原子的供應(yīng)比較充分Cu供應(yīng)不足的現(xiàn)象,nsCu供應(yīng)較多象,Sn!Cu元素原子的擴(kuò)散有不同的影響"(s合)ul(suaqu"qul(s合)ul`saEnegry(Kev)Ene圖.42IMC層不同部位的能譜(EDX)圖.43Sn一.07CNiST正!190e5h0后所對(duì)應(yīng)的IMCEDX圖"1)190e50h后靠近基MIC層內(nèi)的元素分布,2)190e50h后靠近釬料基體MIC層內(nèi)的元素分布;3)190e5h0IMC內(nèi)的元素分布,4)190e50hMIC內(nèi)的元素分布"對(duì)比圖.42中)l2)Sn元素原子的含量均較多,靠大Ni原子含量比靠近釬料基體處的多,Cu原子含量卻比靠近基板處的多"SnCu有向基板方向擴(kuò)散的趨勢(shì),同時(shí)基板中的Ni原子也發(fā)生了向釬料基體中擴(kuò)散的現(xiàn)象"3)!4)中可以看出反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下,SnCu原子含量均比正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的少,IMCNi原子含量有稍許增加"由此可見(jiàn),正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下,nsCu原子向基板擴(kuò)散較快,SnCu原子擴(kuò)散減慢,Ni原子擴(kuò)散向釬料中的擴(kuò)散加快"可見(jiàn),Sn一.07CNl界面元素原子的擴(kuò)散也有明顯的(s"u)熟1叫us"qul(s公u)叫su"婦ulq—`s合a尸卜,.de的u"例ul(s眾u),.de-,-,q月,,4刁礴-ul4.3IMC層不同部位的能譜(EDX)分布特征4.2IMCMIC的生長(zhǎng)速率明顯不同,MIC的形貌也將會(huì)表現(xiàn)出明顯的差異"為此,對(duì)不同磁場(chǎng)方向下Sn一.07Ctl/Ni界面MIC形貌進(jìn)行了分析"圖.44為Sn0.7Cu/Ni190e5h0IMC的X射線衍射分析"從圖中可以看出:未時(shí)效及正!190eMIC11Cux)3Sn4liCxux)6Sns兩相組成"結(jié)合圖.43中MICi;Cxux)3Sn4化合物而在靠近釬料MICi-xlCux)6Sns化合物...(Ni卜"圖.44X射線衍射圖(a)未時(shí)效(b)190e5h0(e)190e50hF194.4ThexraydirffaetionPatterns(a)assolder(b)agedat190eofr50hunderadverseagneticfield(e)gaedat190Cofr50htlnderPositivernagnetie6eld圖.45為.44所對(duì)應(yīng)的形貌圖"由圖()a可見(jiàn),nsO.7Cu/N.iIMC的形貌N(11Cux)3511Cux)6Sns組成"由圖偽)!()cST正!大逐漸較小,Cu6Sns逐漸在(002)和(100)晶向上出現(xiàn)了新的特征峰"從擴(kuò)散系數(shù)的微觀表達(dá)式D=PvbZP(為原子躍遷幾率!v為原子跳動(dòng)頻率!P與擴(kuò)以斷定,時(shí)效過(guò),強(qiáng)磁場(chǎng)的存在改變了Cu6Sns化合物的晶體生長(zhǎng)取向,且磁場(chǎng)強(qiáng)度不同晶體取向的改變也不同"4.1XRD結(jié)果可以得出:隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大,4.3IMC4.1IMC前兩章研究已經(jīng)表明:正!sn3Ag#.0scu/cu!ns3.SAg/NiSnO.7CL州Ni焊點(diǎn)在190e時(shí)效過(guò)界面MIC的生長(zhǎng)速率表現(xiàn)出了明顯的不同"由于實(shí)果己經(jīng)表明該過(guò)界面MIC的生長(zhǎng)是由組元的擴(kuò)散速率控制的,因此不同磁場(chǎng)方向元素原子的分布將會(huì)有所不同"sn3Ago.sccuSn一.07cUi存在兩種不同形式的金屬間化合物,Sn3.SAgiSn一3Ag一O.SCu/Cu和Sn一O.7Cu刀叮i焊點(diǎn)界面處的元素分布進(jìn)行了能譜(EDX)圖.42Sn3AgO.SCCu190e50h后所對(duì)應(yīng)的MIC不同部位的EDX圖"其中)l190e5h0后靠近基板處的IMC層內(nèi)的元素分布,2)190.C50h后靠近釬料基體處的MIC元的對(duì)

素分布;3)190e5h0IMC內(nèi)的元素分布,4)為190e50hMIC內(nèi)的元素分布"從圖.422)可以看出:正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下靠近基板和釬料基體處的Sn原子相對(duì)峰值較高,而Cu原子的相對(duì)峰值較低,IMCCu6Sns化合物層"3)!4)中可以看出:IMC內(nèi)的元素分布發(fā)生了明顯的變化:IMCCu原子相對(duì)峰值較高,Sn峰值較低,而在靠近釬料基體處的洲C層內(nèi)Sn原子的相對(duì)峰值仍較高,Cu原子的相對(duì)峰值仍保持較低"說(shuō)明反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下靠近基板處形成了富Cu的Cu3Sn化合物層"S-n3Ago.SCcu130OC的溫度場(chǎng)中時(shí)效時(shí),過(guò)建立和求解微分方程,研究擴(kuò)散過(guò)擴(kuò)散物質(zhì)的濃度隨時(shí)間和空間坐標(biāo)的變化及行為等[s刃"然而,從廣泛適用的熱力學(xué)理論考慮,可以認(rèn)為擴(kuò)散過(guò)程與其它物理化學(xué)過(guò) 梯度之中當(dāng)兩種不同材料相互連接在一起時(shí),由于 梯度,在界面處將發(fā)生擴(kuò)散,同IMC"IMC的生長(zhǎng)速率取決于界面處參與反應(yīng)的各元素原子的擴(kuò)散通量"IMC層的擴(kuò)散通量用擴(kuò)散的宏觀規(guī)律(擴(kuò)散第一定律)表示如下:J=Ui.8t.8.]:In從+FJi,DiNi分別為擴(kuò)散通量,擴(kuò)散系數(shù)和原子的摩爾分?jǐn)?shù);R為理想氣體常數(shù)T為絕對(duì)溫度,x為沿著濃度梯度方向擴(kuò)散的距離,FFardaya常數(shù),21.和云分別為有效電荷和原子相關(guān)系數(shù),E為電場(chǎng)強(qiáng)度"式中括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)為濃度梯度,第二相為電中,SnSn原子的擴(kuò)散通量變化"并且當(dāng)電場(chǎng)方向與ns原子擴(kuò)散方向一致時(shí),電遷移的影響通量如果按照3.1推理,在考慮磁場(chǎng)對(duì)界面處參與反應(yīng)的元素原子的擴(kuò)散通量的影士190Co50h后,i,xCux)3511.!Cu!)6Sns均己伽i,優(yōu)Cux)6nss的形貌卻比正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的小"說(shuō)明反向強(qiáng)磁場(chǎng)下困11一尤長(zhǎng)較快,11Cxux)6Sns化合物生長(zhǎng)較快"由此可見(jiàn),正!MIC的形貌表現(xiàn)出了明顯的不同4.5sn一.07cu加i界面IMC的表面形貌圖()a未時(shí)效(b)ST190e

(e)ST正向強(qiáng)磁場(chǎng).190e .47人十磁化強(qiáng)度就較小"力學(xué)參量的變化"而這些參量的變化與磁化強(qiáng)度又有著緊密的聯(lián)系"強(qiáng)度又與多種因素有關(guān)因此,當(dāng)擴(kuò)散偶在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下發(fā)生反應(yīng)擴(kuò)散時(shí),除了考慮由于物質(zhì)的磁性不同而引起的一些熱力學(xué)或動(dòng)力學(xué)參量的變化對(duì)物質(zhì)的反應(yīng)或擴(kuò)散行為的影外,還得考慮這些磁性參量隨外界如溫度,磁場(chǎng)強(qiáng)度等的變化而引起的磁性的變化所造成的影響此外,對(duì)于由擴(kuò)散控制的元素原子在界面發(fā)生反應(yīng)時(shí),Gibibs自由能[14]因此其界面反應(yīng)的生長(zhǎng)取向也將受到影響"本章通過(guò)正!反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下Sn3Ag0.5CCu及Sn一O.7CINi界面比較及正反向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下MIC層不同部位元素原子分布的分析表明:子的擴(kuò)散有較明顯的影響:正向強(qiáng)磁場(chǎng)下界面處來(lái)自于釬料基體中的組成界面MIC原多,IMC處來(lái)自于基板的元素原子相對(duì)較多由第三章正!Sn3.SAgiC結(jié)果可知:正!MIC的生長(zhǎng)"如果按照擴(kuò)散第一定律方程考慮可3.2的綜合貢獻(xiàn)都為正,4.51.T8正!Sn3AgO.SCCuSnO.7CuiIMCEDX的分析結(jié)果表明:IMC處各元素原子的分布明顯不同2.ST正!190e50h后的Sn一O.7Cu閃i

XRD分析結(jié)果表明:ST正!190e50h后其界IMCixCux)35i,.xCux)6Sns兩相組成"3.ST正!190e5h0Sn一O.7Ctli形貌分析結(jié)果表明:與為時(shí)效條件下相比,ST正!190e5h0后N(i!xCux)3Sn4形貌比正向強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的大,i>.!Cux)6nss磁i!_Cxux):Sn4化合物生長(zhǎng)較快"4.:大-〕 119123.〕,, ,, .Braihwaite,E.Beaugnon.〔Jj.Nature,1991,354:134136. 開(kāi)展強(qiáng)磁場(chǎng)的新應(yīng)用的研究概況,國(guó)外科技動(dòng)態(tài),.1996(3):25一2.5andProeessing(PRICM4),2001:273一275.〔121,高彩橋.鋼的磁場(chǎng)熱處理.哈爾濱:哈爾濱_l:業(yè)人學(xué)〔13〕,,等.穩(wěn)恒磁場(chǎng)對(duì)低碳錳妮鋼品粒細(xì)化的影響.鋼鐵研究學(xué)27仁14].強(qiáng)磁場(chǎng)下鋼的擴(kuò)散型相變的理論與實(shí)驗(yàn)研究:引尊十).沈陽(yáng):東北reerystallizationinFerrite.SeandJMetall.1981,10:38.transformationsinniekelseels.Fiz.Metal.Metalloved.1965,19(6):7783.[17〕EsrinEl,Effeetofamagnetiefieldonthemartensitietransformation.F12.Metal.Metalloved.1965,19(6):117120.inironniekelalloys.Fiz.Metal.Metalloved.1966,21(5):139140.1soth