形態の違い
Ｈａｎｄｗｅｒｋｅｒ ウィスカとヒロック
ウィスカ ヒロック
金属繊維、粒径小 表面の盛り上がりをもった粒成長
自発的成長 自発的成長
電気的信頼性の危険性 電気的信頼性の危険性なし
ヒロック形成は可動GBと一般化GBピンニングによって促進。（Bpettingerら２００５）
ヒロックからウィスカへの転移はCu量による。（Pedigoら ２００８）
理想的ヒロック成長モデル（Predigoら２００８）
垂直成長によるステップ（段）形成
横方向GB移動によるテラス（段丘）形成
３重線位置にリッジ（尾根）出現
Cu増加による欠陥形態
ヒロックが見られる
Cu増加ともに追加的欠陥形態
ヒロック出現（小、緻密）→大きな初期垂直成長→ウィスカ（少なくとも０．２％Cu)
Cu一定でPb増加による欠陥形態
Pb含有サンプルに孤立ウィスカは見られない
Pb増加で異なる欠陥形態が増加
できの良くないステップとテラス、下地が徐々に広がる
２次欠陥をもつヒロック
欠陥相状態図
Ｓａｒｂｏｌ ２０１０
粒構造
Ｃｕ添加で粒界に追加的Ｃｕ６Ｓｎ５ ＩＭＣ形成。
Ｐｂ添加でＳｎ膜が微粒化。
粒界移動性
Ｃｕ６Ｓｎ５ ＩＭＣはウィスカ成長促進
高膜応力
欠陥密度増
粒界移動制限（ピン留め効果）
垂直成長形態（モルフォロジー）
Ｐｂはウィスカ成長緩和
低膜応力
極低欠陥密度
高粒界移動性
複雑横成長形態
粒方位
欠陥粒付近には他の粒と大きな結晶方位差の粒が存在、応力分布は一様でなく、弾性異方性のため
大きな応力変動。
2005-Boettinger 合金化の効果
片もち梁へのめっき
Cu添加でCu6Sn5析出による体積変化による圧縮応力増、Pb添加でPb析出による体積変化による圧縮応力減。
Pb添加でSn形態変わらないがPbで柱状から等軸状へ変化。
１６μｍＳｎ １６μｍＳｎ−Ｃｕ
１６μｍＳｎ−Ｐｂ
ウィスカ・ヒロック形成機構としての局在クリープ
粒界が可動だとヒロックが、粒界がピン止めされているとウィスカが成長。
Ｊａｄｈａｖ Ｃｈａｓｏｎ
ウィスカ成長の２つの機構
ａ：ウィスカの根元で垂直粒界が付加されない粒の成長を基礎とする機構、粒界に沿っての長距離拡散が物質運搬。
ｂ：ウィスカ粒が付近の粒より低降伏応力である押し出しを基礎とする機構、ウィスカ粒内の塑性せん断が膜面から物質運搬。
Two proposed mechanisms for whisker growth. (a) In grain-growth-based mechanism atoms are added to non-vertical grain boundaries at whisker base. The broad arrows indicate long-range diffusion along the grain boundary network that transports material to whisker grain. (b) In extrusion-based mechanism the whisker grain has a lower yield stress than the surrounding grains. Plastic shearing within the whisker grain carries material out of the plane of the fi lm while also maintaining low biaxial stress within the whisker. The resulting stress gradient surrounding the whisker drives the transport of new material at the whisker via grain boundary diffusion has plastic deformation induced by stress fi eld surrounding the whisker, shown by horizontal arrows; long range diffusion is essential to maintain local stress. The vertical broad arrows show the extrusion of Sn atoms.
Schematic diagram showing how the hillock can curve due to unequal rate of growth across whisker crosssection. A similar mechanism may
occur in extrusion-based deformation.
断面での両端の成長速度差で曲がる。
The formation of hillock with lateral grain growth: (a) vertical growth followed by (b) lateral growth resulting in the “wedding cake” morphology.
(c) Lateral growth comes to an end when the grain boundary gets pinned. (d) After pinning the hillock may continue to grow
in an upward direction. A similar mechanism may occur in extrusion-based deformation.
横方向成長がピンニングされて上方へ成長。
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