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近年来,微电子产品一直遵循摩尔定律继续发展,电子元器件中微焊点承载的电载荷及热载荷越来越重。电-热耦合作用下,焊点的失效问题已经成为微电子产品继续发展的瓶颈。本文以Cu/Sn Ag Cu/Cu微焊点为研究载体,对其电-热耦合作用下,微焊点界面扩散及电迁移规律进行了深入研究。研究了电-热耦合作用下元素扩散规律及界面IMC生长演变规律;分析了电-热耦合失效过程中焊点温度、通过焊点的电流密度及回流焊后界面IMC晶粒尺寸对焊点抗电-热耦合时效性能的影响;获得了电-热耦合作用下固-液扩散与固-固扩散的区别与联系。结果表明:电-热耦合时效过程中,阳极界面IMC厚度变化与加载时间呈抛物线关系;阴极界面IMC形貌变化显著,且阴极侧化合物量与加载时间呈现先增多后减少的变化特征;电-热耦合作用下元素扩散分为两个阶段:试验初始阶段,焊点界面区域元素浓度相差悬殊,浓度梯度引起的元素扩散起主导作用;扩散到一定程度后,浓度梯度相对减小,电迁移通量增大,电子风力引起的元素扩散起主导作用。焊点温度升高或通过焊点的电流密度增大都会加速焊点的电迁移失效进程,并且界面IMC的微观形貌与焊点温度及电流密度密切相关。获得了微焊点的几何尺寸(钎料层厚度,焊点体积、焊点高度)对热时效及电-热耦合时效过程的影响规律。电-热耦合时效过程中,电子风力为主要扩散驱动力,扩散系数与扩散通量随钎料层厚度的减小而增大,钎料层厚度较薄的焊点内Cu元素浓度较大。电-热耦合时效过程中,BGA焊点焊盘直径相同时,焊球直径越小(焊球与焊盘直径比:1.17~1.50),焊点的抗电迁移性能越差。焊点体积相同时,焊点高度越高,其抗电迁移性能越差。建立了电-热耦合时效条件下,Cu/Sn Ag Cu/Cu微焊点阴极Cu焊盘消耗及阳极界面IMC生长的本构模型。电-热耦合时效过程中,阴极Cu焊盘的消耗与加载时间满足线性关系。阴极焊盘的消耗速率与焊点温度呈抛物线关系,与通过焊点的电流密度呈线性关系。阳极界面IMC厚度变化与加载时间平方根呈线性关系(与加载时间呈抛物线关系)。阳极界面IMC的生长速率与焊点温度呈抛物线关系,与焊点内电流密度呈线性关系。分析了钎料中微量元素对微焊点抗电-热耦合时效性能的影响。回流焊过程中,钎料中微量元素Ag含量的增加,促进Cu6Sn5晶粒的形核及长大。微量元素Bi不参加界面反应,而Ni元素的加入使界面化合物由Cu6Sn5转变为(Cu,Ni)6Sn5,且界面IMC晶粒得到明显细化,但形态变化不明显。热时效过程中,钎料中Ag元素的增加,抑制了晶粒间的合并,使晶粒由多边形柱状生长为多边形圆柱状。Ni元素的添加,使晶粒呈现细长的柱状及蠕虫状两种形态,同时晶粒尺寸得到明显细化。电-热耦合时效过程中,微量元素Ag、Bi、Ni的加入均提高了阴极界面IMC的形核率,细化了IMC晶粒尺寸,同时提高了焊点的抗电-热耦合时效性能。