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微电子产品日新月异的发展对微连接无铅钎焊接头质量提出了更高要求。SnAgCu系尤其我国独具特色的SnAgCu RE系无铅钎料合金作为Sn-Pb钎料最佳替代品之一,其钎焊接头的电迁移问题直接影响电子产品的可靠性,成为生产应用中亟待解决的问题。开展无铅钎焊接头热循环下的电迁移研究,寻求有效的防止方法和措施,具有重要的工程应用价值。本文针对实际无铅钎焊接头电迁移,研制了一种用于热循环下钎焊接头电迁移的试验装置,在此基础上,探讨了实际Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头热效应对电迁移的影响和发生电迁移的参数范围,研究了Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头热循环下电迁移的组织与性能,相应提出了改善措施。研究结果表明:研制的热循环下钎焊接头电迁移试验装置具有进行恒温与热循环下电迁移试验功用。主要技术参数:接头尺寸为0.2~2mm2的搭接接头,电流密度范围0~1×104A/cm2,温变范围-40℃~+125℃,升降温速率3~15℃/min,湿度范围20%~98%。试验装置具有测试精度高、使用方便和操作安全可靠等技术特点,完全可满足热循环下的电迁移应用研究需要。电迁移在Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头100℃油浴、100℃空气和平均温度100℃热循环中占主要作用,热效应对电迁移起促进作用。随Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在100℃油浴、100℃空气和平均温度100℃热循环下热效应依次增大,对应地钎焊接头电迁移下界面阳极侧IMC厚度增加、阴极侧IMC裂纹与孔洞增多,相应地接头剪切强度降低。在热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移正交试验中,电流密度影响最大。当电流密度大于7×103A/cm2时,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面的阳极侧IMC厚度幂指数增加、阴极侧IMC缺陷增多,具有典型的电迁移组织特征呈明显的电迁移现象。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在热循环升降温速率9℃/min下、循环15周期以上热效应较大,钎焊接头热循环下呈更为明显的电迁移现象。在Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头热循环下通电试验中,电流密度小于7×103A/cm2,接头界面阳极侧与阴极侧IMC厚度、粗糙度基本不变,处于成长“孕育期”。当电流密度大于7×103A/cm2,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在电迁移与热效应共同作用下,随钎焊接头电流密度和热效应的增加,界面阳极侧IMC厚度幂指数增加、粗糙度快速增长,IMC形貌由“扇贝状”逐渐长成“笋状”并延伸至钎缝区;界面阴极侧IMC厚度略微增加但粗糙度急剧增大,且出现较多裂纹和孔洞。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头热循环下剪切断口由钎缝与界面阴极侧IMC之间呈以韧窝为主加局部断裂小刻面的混合断裂向界面阴极侧IMC的以解理与断裂刻面为主的脆性断裂转变,相应地使接头剪切强度降低。