熱性質
熱膨脹不匹配(thermal-expansion mismatch)
把兩條膨脹速率不同的條片黏在一起加熱,整個組件會拱起來——膨脹快的一側變長,只好繞著慢的一側彎。當兩種黏合材料對受熱要長多少意見不合時,這個分歧就以應力的形式出現在它們的共同界面上。有時這很有用(恆溫開關),但更多時候,它是一場等著發生的失效。
不匹配應變約為 (alpha_1 - alpha_2) x delta_T,會在界面驅動剪應力與剝離應力。一顆矽晶片(alpha 約 3 x 10^-6 每 K)銲在銅板(alpha 約 17 x 10^-6 每 K)上,循環 100 度 C,看到的不匹配應變約為 (17 - 3) x 10^-6 x 100,即 1.4 x 10^-3。每一次熱循環都把它來回搓動——這正是電子產品中銲點疲勞的經典成因。alpha 差越大、delta_T 越大、材料越硬,情況就越糟。
接合異種材料的全部功夫,就在管理這種不匹配:讓係數匹配(如玻璃對金屬封接用的 Kovar 合金,特別調到與硼矽玻璃、矽相配)、插入能吸收應變的柔順中間層、讓成分漸進變化,或把零件做小讓絕對位移保持極小。不匹配主宰了電子封裝、玻璃對金屬封接、牙科填補、塗層,以及每一個陶瓷與金屬之間接頭的可靠度。
真空管與燈泡的玻璃對金屬封接,使用配對好的組合(軟玻璃配 Dumet 線,或硼矽玻璃配 Kovar),正是為了讓兩者在冷卻時一起收縮;不匹配的組合會讓封接處龜裂而漏氣。
可靠的封接與封裝來自匹配膨脹,而不是把接頭做得更強。
把接頭做得更強並不能解決不匹配——反而可能更糟,因為更硬的鍵會把不匹配應變傳遞成更高的應力。解方是減小 alpha 差、增加柔順度,或縮小零件。
又称
另见