锡须现象：晶粒边界的移动特点

如果晶粒的边界不移动，就不能生长成晶粒，但是，晶粒边界的运动很难预测。因此，晶粒边界（g.b.）是关键问题，但是就小编的了解，很难根据晶体材料的表现判断晶粒边界的移动特点。在详细说明一种材料的力学特性和微结构的特点之前，必须确定形成这种材料的历史过程，这使g.b.的运动更加难以捉摸。

为确定g.b.和它的运动通常需要先进的设备和分析方法。为了了解晶粒的基本结构、晶粒边界的结晶学原理和确定形成晶粒边界时的各个相，电子背散射衍射（EBSD）和能量色散X-射线谱（EDS）是很有用的分析工具。透射电子显微镜（TEM）和电子探针是揭示晶体位错结构和晶粒边界的基本结构的工具。此外，扫描电子显微镜-聚焦离子束（SEM-FIB）系统可以在纳米尺度分析各个原子层。这些分析相互补充，成为smt贴片打样加工企业了解晶粒和晶粒边界的中间相的基础。

在理想的晶体结构背景下，可以把一个晶粒和相邻晶粒之间的边界（即g.b.）视为平面缺陷，这个缺陷与一定的能量数量有关。因此，在晶界的整个面积上出现的热力学驱动力将变小。晶粒边界限制晶粒的长度和使晶体结构错位的运动，也可能成为吸引形成晶核和第二相晶核的位置。

当应力达到一定水平时，晶粒边界促使新的结构形成，以达到低能量或无应力状态。使晶粒边界达到无应力状态的过程包含几个阶段：

1、形成晶籽（成核点）

2、成核

3、晶粒和亚晶粒生长

4、晶粒碰撞

5、生长成典型的晶粒

通过降低位错的密度和在位错位置减少位错运动的能量，可以使晶体内部的残余应力变小。位错在一定温度下更容易移动，位错有向系统中应力能比较小的区域堆积的倾向，在排列过程之后，位错形成倾斜角很小，取向错误（多边形）只有几度的晶粒边界。位错角度导致尖锐的二维边界，在这些区域里的位错密度变小。这些区域的晶粒是亚晶粒。在多边形化后发生粗化，小角度边界在晶粒生长时会吸纳更多的位错。

有些亚晶粒的周围的位错比其他的晶粒更多，这些亚晶粒的迁移率很大。反过来，这些亚晶粒在生长时聚集的位错更多，使它们在自己的周围的位错更多，直到这些位错在这个循环过程中消失。这形成一个生长周期。

典型晶粒的生长是由晶粒边界弯曲驱动的，弯曲造成晶粒边界表面的总面积变小。从本质上说，这个使晶粒生长的力是晶粒边界表面的表面能减少的结果。如果再结晶之后把晶体保持在足够高的温度，晶粒的尺寸将变大，这是由于在单位体积中的晶粒数目变少，结果是晶粒边界的总面积下降。促使晶粒生长的能量一般都非常小，晶粒生长的速度非常慢，并且很容易由于晶体结构中出现第二相粒子或溶质原子而变得更慢。在储存期内提高温度（提高到足够高）时，这种晶粒生长是能量释放的第三个阶段。材料的屈服应力在这个过程显著变小，因为屈服应力和晶粒的平均直径成反比关系。另一方面，在这个过程中，材料的延展性提高。

晶粒边界的高界面能和相对比较弱的键往往使晶粒经常在它们喜欢的位置受腐蚀的攻击和从固相迅速转变（precipitation）到新的相。晶粒的第二相的特性会影响g.b.。一个重要的例子是，当晶粒处在第二相时，熔点比较低，并且是零接触角，当它被加热到第二相熔点以上的温度时，这将导致材料沿着晶粒的边界裂开。这是在金属中出现的问题，这些金属含有微量杂质，这些杂质转化为液相，这种晶粒边界可以称为“湿”晶界。

发生锡晶须时，如果是g.b.起主要作用，小角度的晶粒边界可能会成为最先生长锡须的位置，这是由于它们的能量低。能量低的位置（如能量低的晶粒边界或再结晶的晶粒）是锡须生长的基础。锡须一般是（尽管还不是总是）在锡表面上晶粒边界交界的位置开始生长，或者是在聚集大量晶粒边界的位置开始生长，而不是从基板的表面开始生长。锡表面上的g.b.交界比较多时，会生长更多的锡须。不过，角度大的晶粒边界对扩散路径有利，可能是保持锡须生长的关键。在锡须生长时，必须通过围绕晶粒的晶粒边界网络，或者通过晶格扩散，把供锡须生长的锡材料运送到锡须的晶粒。这个把锡材料运送到锡须晶粒中的移动把锡须晶粒的自由表面向上推，在smt焊点表面上生长成锡须结构。在重新出现亚晶粒的边界移动的影响和再结晶的成核过程时，大角度晶粒边界的移动的实质是再结晶和晶粒生长。

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