錫須現(xiàn)象：晶粒邊界的移動(dòng)特點(diǎn)

為確定g.b.和它的運(yùn)動(dòng)通常需要先進(jìn)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(shí)的各個(gè)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(cuò)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(gè)原子層。這些分析相互補(bǔ)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(gè)晶粒和相鄰晶粒之間的邊界（即g.b.）視為平面缺陷，這個(gè)缺陷與一定的能量數(shù)量有關(guān)。因此，在晶界的整個(gè)面積上出現(xiàn)的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力將變小。晶粒邊界限制晶粒的長度和使晶體結(jié)構(gòu)錯(cuò)位的運(yùn)動(dòng)，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(shí)，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(gè)階段：

1、形成晶籽（成核點(diǎn)）

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(cuò)的密度和在位錯(cuò)位置減少位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能量，可以使晶體內(nèi)部的殘余應(yīng)力變小。位錯(cuò)在一定溫度下更容易移動(dòng)，位錯(cuò)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(cuò)形成傾斜角很小，取向錯(cuò)誤（多邊形）只有幾度的晶粒邊界。位錯(cuò)角度導(dǎo)致尖銳的二維邊界，在這些區(qū)域里的位錯(cuò)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(shí)會(huì)吸納更多的位錯(cuò)。

有些亞晶粒的周圍的位錯(cuò)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(shí)聚集的位錯(cuò)更多，使它們?cè)谧约旱闹車奈诲e(cuò)更多，直到這些位錯(cuò)在這個(gè)循環(huán)過程中消失。這形成一個(gè)生長周期。

典型晶粒的生長是由晶粒邊界彎曲驅(qū)動(dòng)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(gè)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(chǔ)存期內(nèi)提高溫度（提高到足夠高）時(shí)，這種晶粒生長是能量釋放的第三個(gè)階段。材料的屈服應(yīng)力在這個(gè)過程顯著變小，因?yàn)榍?yīng)力和晶粒的平均直徑成反比關(guān)系。另一方面，在這個(gè)過程中，材料的延展性提高。

晶粒邊界的高界面能和相對(duì)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(huì)影響g.b.。一個(gè)重要的例子是，當(dāng)晶粒處在第二相時(shí)，熔點(diǎn)比較低，并且是零接觸角，當(dāng)它被加熱到第二相熔點(diǎn)以上的溫度時(shí)，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(shí)，如果是g.b.起主要作用，小角度的晶粒邊界可能會(huì)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(shí)，會(huì)生長更多的錫須。不過，角度大的晶粒邊界對(duì)擴(kuò)散路徑有利，可能是保持錫須生長的關(guān)鍵。在錫須生長時(shí)，必須通過圍繞晶粒的晶粒邊界網(wǎng)絡(luò)，或者通過晶格擴(kuò)散，把供錫須生長的錫材料運(yùn)送到錫須的晶粒。這個(gè)把錫材料運(yùn)送到錫須晶粒中的移動(dòng)把錫須晶粒的自由表面向上推，在smt焊點(diǎn)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(dòng)的影響和再結(jié)晶的成核過程時(shí)，大角度晶粒邊界的移動(dòng)的實(shí)質(zhì)是再結(jié)晶和晶粒生長。

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