Вплив електроміґрації на кінетику реакційної дифузії в системі Cu—Sn

Abstract

Проведено експериментальне дослідження реакційної дифузії в системі Cu—Sn під дією постійного електричного струму густиною у 7,3⋅10⁷ А/м². Особливістю експерименту було те, що конструкція досліджуваного зразка виключала можливість перенесення атомів Купруму від катоди до аноди через спільний прошарок цини. За таких умов ріст фази Cu₃Sn + Cu₆Sn₅ на аноді відбувається швидше, ніж на катоді. Кінетика росту відповідає лінійному часовому закону Δx∝t. З використанням моделю процесу реакційної дифузії при електроміґрації було проведено аналізу одержаних експериментальних результатів.

Проведено экспериментальное исследование реакционной диффузии в системе Cu—Sn под действием постоянного электрического тока плотностью 7,3⋅10⁷ А/м². Особенностью эксперимента было то, что конструкция исследуемого образца исключала возможность переноса атомов меди от катода к аноду через общий для них слой олова. При таких условиях рост фазы Cu₃Sn + Cu₆Sn₅ на аноде происходит быстрее, чем на катоде. Кинетика роста соответствует линейному временному закону Δx∝t. С использованием модели процесса реакционной диффузии при электромиграции был проведён анализ полученных экспериментальных результатов.

The experimental study of the reaction diffusion under direct electric current in Cu—Sn system at temperature of 275°C is performed. The current density is of 7.3⋅10⁷ А/m². In these experiments, anode and cathode have no joint contact through the solder layer. With this design of sample, the diffusion of copper atoms from the cathode to the anode is impossible. In these experimental conditions, the growth of the Cu₃Sn + Cu₆Sn₅ phase on the anode is faster than on the cathode. The growth kinetics of phase on the electrodes corresponds to a linear time law Δx∝t. The voids’ growth on the cathode is not observed. When the anode is joined to cathode by the solder layer, the formation and growth of voids on the cathode are observed. Using model of reaction diffusion process at electromigration, the analysis of the obtained experimental results is carried out. Based on the obtained results, it is possible to conclude that the joint layer of tin between copper electrodes can significantly influence on the growth kinetics of intermetallic compounds and lead to emergence of voids on the cathode.