基于原位观察技术的多场耦合下无铅焊点界面化合物生长行为研究

可靠性一直是电子信息产品的首要问题，多场耦合是无铅焊点最常见的服役条件，无铅钎料与基板之间形成连续、完整及合适形貌的界面金属间化合物层是实现无铅焊点可靠性的基本保证，是探讨焊点失效机理的关键性基础问题。.本项目以微型无铅焊点界面为研究对象，基于微型焊点界面化合物原位观察技术，探讨电场、磁场、温度场及应力场等多场耦合下无铅焊点界面金属间化合物微观结构、尺寸及形貌变化规律，建立界面化合物尺度与无铅焊点力学性能的定量关系，揭示多场耦合下无铅焊点界面反应机理、界面化合物生长规律。在此基础上，模拟多场耦合下实际无铅焊点，重点揭示多场耦合作用下无铅焊点的失效机理。.为严酷服役环境下无铅焊点可靠性的提高提供理论依据，为高可靠性焊点结构设计及新焊料的研发提供技术支撑。

可靠性一直是电子信息产品的首要问题，多场耦合是无铅焊点最常见的服役条件，无铅钎料与基板之间形成连续、完整及合适形貌的界面金属间化合物层是实现无铅焊点可靠性的基本保证，是探讨焊点失效机理的关键性基础问题。 . 本项目以微型无铅焊点界面为研究对象，研究了多场耦合下无铅焊点界面反应及界面化合物形成机理、微型无铅焊点界面化合物生长机理、生长动力学及焊点失效机理，获得了如下结论：. 1.在多场耦合的时效过程中，界面IMC逐渐长大，其生长基本符合抛物线规律；温度越高，界面IMC的生长越快；随着时效时间增加，界面IMC由扇贝状转变为层状，其表面趋于平整，生长动力学与时效时间的平方根呈线性关系，生长受扩散机制控制。. 2.钎焊时间在60s内，界面化合物的生长速率较为反应扩散阶段快；随着钎焊时间增加，界面化合物厚度不断增加且生长指数为0.4，这是晶界扩散和体扩散共同作用的结果;. 3.温度越高电迁移现象越显著，即同一时间下，温度越高，焊点阳极界面处的金属间化合物增加的越多，阴极界面处的金属间化合物减少的越多，且Cu3Sn化合物层以及Ag3Sn颗粒的聚集长大，加速焊点电迁移发生断裂失效。. 4 .在低电流密度下，界面处IMC生长形貌逐渐由扇贝状变为层状，阴阳极界面化合物的生长指数达到0.56、0.59，较无电流条件下生长快；高电流密度下，电迁移发生时，阳极界面金属间化合物的厚度显著增加，阴极界面化合物减少。焊点阴极是电迁移发生过程中的薄弱区，更容易发生断裂失效。. 5.在多场耦合条件下，SAC305/Cu无铅焊点蠕变行为的应力指数为8.24，蠕变激活能为43.76 KJ/mol，获得了SAC305/Cu无铅焊点稳态蠕变的本构方程。. 上述结果为严酷服役环境下无铅焊点可靠性的提高提供理论依据，为高可靠性焊点结构设计及新焊料的研发提供技术支撑。