随着微电子封装尺寸的日益减小，由此引发的电迁移效应成为了威胁焊点可靠性性主要问题之一。虽然在过去20年内世界各地研究机构对该问题进行了多方面的深入研究与分析，并取得了较大的进展包括确定二元及多元钎料体系中在电流应力作用下占主要的扩散元素；电迁移对焊点正负极界面处金属间化合物形貌改变的影响；以及伴随电迁移发生的热迁移。但是，焊点电迁移引发的金属原子或离子的扩散过程较为复杂仍存在诸多问题尚未解决，主要表现在以下两个方面。　　 第一，倒装芯片或球栅阵列焊点结构缺陷导致焊点在通电过程中发生非电迁移失效。当电子流入焊点时会在局部微区内引发较高的电流密度集中效应，即金属原子或离子的扩散程度以及凸点下金属化层与钎料基体之间的化学反应被迅速增强，此时在负极界面处会出现物质迁移引发的空洞，随着通电时间的增长，空洞会逐步扩展至整个负极界面处并最终导致焊点发生断路。值得指出的是，空洞的形成会进一步加剧电流密度集中效应，这就意味着电子流入区域的焦耳热效应会高于钎料基体产生的焦耳热效应，当积累的焦耳热效应引发的温度升高超过钎料合金的熔点时将会出现局部熔化或者整体熔化的现象，此时会使固态下的电迁移显微组织演变彻底消失，这严重阻碍了研究人员对焊点电迁移的深入认识。　　 第二，不同的研究机构会调整焊点的横截面积大小以及不同的电流输入量以达到电流密度为104A/cm2。此种做法使得焊点在通电过程中会承载不同的焦耳热效应，那么焊点在通电过程中的温度升高也各不相同。根据焊点电迁移平均失效时间和热动力学理论可知，同等电流密度下，焊点承受温度越高，金属原子或离子的活泼程度也越高，那么焊点的平均失效时间则越短。换言之，在同等电流密度和通电时间下，不同的焦耳热效应会导致不同的显微组织演变，这样不仅不利于对比不同研究机构的实验数据，而且无法对焊点电迁移危害作出量化评估。　　 本课题以解决以上两个问题为出发点，设计了具有半圆型和直角三角形横截面的一维对接钎料接头，确保电子直线通过整个接合区域，消除了电子大角度偏转运动引发的电流密度集中效应。在保证同一电流密度(104A/cm2)下，研究了高焦耳热效应(10A)和低焦耳热效应(5 A)对共晶SnPb、SnAgCu和SnBi钎料在电迁移作用下的显微组织演变、焦耳热温度场演变以及电场和热场耦合作用下形成的金属晶须和氧化晶须的影响，确定了焦耳热效应在焊点电迁移过程中起到的加速作用。　　 通过本博士课题的展开，发现高焦耳热效应下共晶SnPb钎料中负极处更容易萌生裂纹，当钎料所处的环境温度提高时，正负极界面处则会分别呈现明显的物质堆积与消失。在共晶SnAgCu钎料中，界面处的Cu6Sn5金属间化合物会在电子风力的作用下会发生明显的定向扩散，且会改变因化学势能梯度引发的Cu元素扩散方向，使柯肯达尔空洞形成在Cu3Sn与钎料基体界面处。由于钎料基体内3-Sn为具有各向异性的体心四方结构，因此在电流应力作用下会发生小角度转动。　　 共晶SnBi钎料内部占主要的电迁移扩散元素为Bi原子或离子。相对于低焦耳热效应，在高焦耳热作用下富Bi相的定向迁移速率远远大于富Sn相，此时会在较短的通电时间内出现完全的两相分离现象。由于钎料内部相界面面积远远大于钎料自由表面面积，因此富Sn相与富Bi相的相界面为金属原子或离子的主要扩散通道。　　 焦耳热引发的焊点温度提升与通入电流、钎料电阻率和热导率以及横截面积有直接关联。值得指出的是，钎料的电阻率和热导率的大小取决于钎料基体的显微组织，而高电流密度下的物质扩散可在很大程度上使钎料内部显微组织发生本质变化。换言之，钎料在长时间高电流密度作用下的电阻率和热导率不是恒定值。当共晶SnBi钎料内部出现富Sn相与富Bi相的分离时，接头的整体温度会因此而提升，并且最大温度值的位置偏向于正极聚集的Bi层。另外，在停止通电时，Cu基板会在瞬间将钎料处的热量吸收致使钎料的温度迅速下降，由于钎料基体内富Sn相与富Bi相存在较大的热膨胀系数不匹配特性，这可在相界面处引发大量裂纹的出现。　　 在较高的环境温度下，高、低焦耳热效应均可以使钎料合金在通电过程中处于熔融状态，此时液态钎料会铺展在Cu基板上形成钎料薄层。当Cu基板上形成钎料薄层后，其内部会生成较多的块状Cu6Sn5金属间化合物。在焦耳热作用下，Cu6Sn5金属间化合物会继续长大，此时会对周围钎料形成挤压效应，当集中应力缓慢释放时会在钎料薄层表面形成金属晶须和小丘。在更高的环境温度下，高焦耳热效应可以使处于液态的钎料蒸发成气态离子，该气态金属离子会聚集在接头上方，当接头在负极处发生断路时，整体焦耳热温度会迅速消失，此时处于过饱和浓度的气态金属离子会在空气中形核，并在形核点位置出现连续生长现象，最终和接头处钎料相连接形成具有一维方向的氧化晶须。