錫須現(xiàn)象：晶粒邊界的移動特點

為確定g.b.和它的運動通常需要先進的設(shè)備和分析方法。為了了解晶粒的基本結(jié)構(gòu)、晶粒邊界的結(jié)晶學(xué)原理和確定形成晶粒邊界時的各個相，電子背散射衍射（EBSD）和能量色散X-射線譜（EDS）是很有用的分析工具。透射電子顯微鏡（TEM）和電子探針是揭示晶體位錯結(jié)構(gòu)和晶粒邊界的基本結(jié)構(gòu)的工具。此外，掃描電子顯微鏡-聚焦離子束（SEM-FIB）系統(tǒng)可以在納米尺度分析各個原子層。這些分析相互補充，成為smt貼片打樣加工企業(yè)了解晶粒和晶粒邊界的中間相的基礎(chǔ)。

在理想的晶體結(jié)構(gòu)背景下，可以把一個晶粒和相鄰晶粒之間的邊界（即g.b.）視為平面缺陷，這個缺陷與一定的能量數(shù)量有關(guān)。因此，在晶界的整個面積上出現(xiàn)的熱力學(xué)驅(qū)動力將變小。晶粒邊界限制晶粒的長度和使晶體結(jié)構(gòu)錯位的運動，也可能成為吸引形成晶核和第二相晶核的位置。

當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平時，晶粒邊界促使新的結(jié)構(gòu)形成，以達(dá)到低能量或無應(yīng)力狀態(tài)。使晶粒邊界達(dá)到無應(yīng)力狀態(tài)的過程包含幾個階段：

1、形成晶籽（成核點）

2、成核

3、晶粒和亞晶粒生長

4、晶粒碰撞

5、生長成典型的晶粒

通過降低位錯的密度和在位錯位置減少位錯運動的能量，可以使晶體內(nèi)部的殘余應(yīng)力變小。位錯在一定溫度下更容易移動，位錯有向系統(tǒng)中應(yīng)力能比較小的區(qū)域堆積的傾向，在排列過程之后，位錯形成傾斜角很小，取向錯誤（多邊形）只有幾度的晶粒邊界。位錯角度導(dǎo)致尖銳的二維邊界，在這些區(qū)域里的位錯密度變小。這些區(qū)域的晶粒是亞晶粒。在多邊形化后發(fā)生粗化，小角度邊界在晶粒生長時會吸納更多的位錯。

有些亞晶粒的周圍的位錯比其他的晶粒更多，這些亞晶粒的遷移率很大。反過來，這些亞晶粒在生長時聚集的位錯更多，使它們在自己的周圍的位錯更多，直到這些位錯在這個循環(huán)過程中消失。這形成一個生長周期。

典型晶粒的生長是由晶粒邊界彎曲驅(qū)動的，彎曲造成晶粒邊界表面的總面積變小。從本質(zhì)上說，這個使晶粒生長的力是晶粒邊界表面的表面能減少的結(jié)果。如果再結(jié)晶之后把晶體保持在足夠高的溫度，晶粒的尺寸將變大，這是由于在單位體積中的晶粒數(shù)目變少，結(jié)果是晶粒邊界的總面積下降。促使晶粒生長的能量一般都非常小，晶粒生長的速度非常慢，并且很容易由于晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)第二相粒子或溶質(zhì)原子而變得更慢。在儲存期內(nèi)提高溫度（提高到足夠高）時，這種晶粒生長是能量釋放的第三個階段。材料的屈服應(yīng)力在這個過程顯著變小，因為屈服應(yīng)力和晶粒的平均直徑成反比關(guān)系。另一方面，在這個過程中，材料的延展性提高。

晶粒邊界的高界面能和相對比較弱的鍵往往使晶粒經(jīng)常在它們喜歡的位置受腐蝕的攻擊和從固相迅速轉(zhuǎn)變（precipitation）到新的相。晶粒的第二相的特性會影響g.b.。一個重要的例子是，當(dāng)晶粒處在第二相時，熔點比較低，并且是零接觸角，當(dāng)它被加熱到第二相熔點以上的溫度時，這將導(dǎo)致材料沿著晶粒的邊界裂開。這是在金屬中出現(xiàn)的問題，這些金屬含有微量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為液相，這種晶粒邊界可以稱為“濕”晶界。

發(fā)生錫晶須時，如果是g.b.起主要作用，小角度的晶粒邊界可能會成為最先生長錫須的位置，這是由于它們的能量低。能量低的位置（如能量低的晶粒邊界或再結(jié)晶的晶粒）是錫須生長的基礎(chǔ)。錫須一般是（盡管還不是總是）在錫表面上晶粒邊界交界的位置開始生長，或者是在聚集大量晶粒邊界的位置開始生長，而不是從基板的表面開始生長。錫表面上的g.b.交界比較多時，會生長更多的錫須。不過，角度大的晶粒邊界對擴散路徑有利，可能是保持錫須生長的關(guān)鍵。在錫須生長時，必須通過圍繞晶粒的晶粒邊界網(wǎng)絡(luò)，或者通過晶格擴散，把供錫須生長的錫材料運送到錫須的晶粒。這個把錫材料運送到錫須晶粒中的移動把錫須晶粒的自由表面向上推，在smt焊點表面上生長成錫須結(jié)構(gòu)。在重新出現(xiàn)亞晶粒的邊界移動的影響和再結(jié)晶的成核過程時，大角度晶粒邊界的移動的實質(zhì)是再結(jié)晶和晶粒生長。

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