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随着人们对环境和健康问题的日益关注,电子产品中Pb的使用受到有效限制,国内外学者开始了大量无铅钎料的探索,其中Sn-58Bi以其低熔点、成本和热膨胀系数而在低温封装中受到广泛关注。电子产品的封装密度不断增加,导致通过焊点的电流密度不断提高,目前已经高达106A/cm2,在如此高的电流密度下,焊点很容易发生失效。本文在Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点研究基础上,进一步研究了电迁移作用下Sn-58Bi/Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)两种钎料构成的结构复合焊点和成分复合焊点的界面反应及抑制机理;另外,在Cu基板中加入一定含量的Zn元素,研究Cu-Zn基板对Sn-58Bi电迁移性能的影响。Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点在常温、电流密度大小为1×104A/cm2固/固电迁移过程中,表面随着原子的迁移出现凸起裂纹,随着时间的推移,在阳极界面处形成Sn晶须,阴极出现拉裂纹。对于焊点内部而言,Bi原子不断迁往阳极,在阳极形成富Bi层。温度对原子迁移的影响至关重要,50℃下阳极富Bi层的厚度是常温下富Bi层厚度的4.5倍。在高电流(24A)下的液/固电迁移中,阳极界面生成大量的棒状金属间化合物(IMC),随着通电时间的延长不断长大,表现为“熟化现象”;阴极界面Cu原子不断消耗,界面变得凹凸不平。在高温低电流密度(150℃,5×103A/cm2)的液/固电迁移中,阴极和阳极界面IMC的生长速率分别高于固/固电迁移中界面IMC的生长速率,且阴极界面IMC厚度要高于阳极界面IMC厚度。结构复合焊点能够实现低温连接,回流后焊点连接性良好,在电迁移过程中,与Cu/Sn-58Bi/Cu相比,富Bi层厚度和两极界面IMC厚度都要更小,说明中间SAC305层对Bi原子和Cu原子的迁移都起到阻碍作用。阴极侧Sn-58Bi中的Bi原子从SAC305边缘迁往阳极侧Sn-58Bi中,Bi在结构复合焊点中的迁移具有“集肤效应”。阳极侧的Sn-58Bi/SAC305界面附近的Bi原子在电迁移过程中逐渐远离SAC305,而阴极侧的Sn-58Bi/SAC305界面附近的Bi原子逐渐靠近SAC305。两种成分复合焊点中,Ag含量的高低对电迁移影响很大,Ag含量越高,对迁移的阻碍作用越明显。成分复合焊点中两极界面IMC随通电时间的延长而不断增长,但是增长速率缓慢,这是由于Ag3Sn对原子迁移的阻碍作用,且随着时间的推移,在阳极界面处没有连续的富Bi层的出现。对于Cu-xZn/Sn-58Bi/Cu-xZn(x=2.29wt.%和4.89wt.%)线性焊点,Zn元素的添加可以有效减少表面Sn晶须和裂纹产生。在常温固/固电迁移中,Zn元素的添加可以改变电迁移中的扩散主元,在一定程度上降低Bi原子的扩散速率,而提高Cu原子扩散速率。在液/固电迁移中,高电流密度引起的阳极IMC“熟化现象”明显,热电耦合阳极IMC厚度要明显高于阴极IMC厚度。