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随着电子封装密度的不断增加,焊点球径及间距不断减小,单个焊点所承担的应力强度、电流密度和温度梯度大幅度增加,会使焊点在服役过程中的可靠性面临更加严峻的挑战。研究表明电子器件的失效中70%是由焊点失效引起的。电子器件在实际服役条件下,电迁移、热迁移以及应力迁移等多种质量输运现象往往共存,其失效是多场共同作用的结果。而目前对焊料在多场耦合条件下的失效行为却鲜有报道。热循环与高密度电流是微电子器件最常见的服役环境,本论文着重研究基于Sn-Ag-Cu微焊球互连的CSP样品在电场和热循环单场条件以及耦合条件下的服役寿命以及微观结构损伤行为。 研究表明:在热循环单场条件下,疲劳裂纹完全在焊料内部萌生以及沿曲折路径扩展。根据不同的电流条件,耦合场下CSP样品的损伤模式可以分为三类:空洞萌生和裂纹扩展机制、UBM的快速溶解机制以及由热应力导致的基板侧疲劳裂纹萌生和扩展机制。通过对不同条件下多组样品服役寿命的Weibull分析,计算出各条件下的Weibull特征寿命,结果表明:相对热循环单场条件,CSP封装体在热循环-电场耦合条件下的服役寿命大大降低;同时,加载电流越大,焊点寿命急剧减小。在高电流条件下,损伤模式更倾向于芯片端Cu UBM以及化合物层的快速溶解机制;在中间电流条件下,电迁移和热迁移导致裂纹在靠近芯片端化合物界面处萌生以及沿化合物/焊料界面快速扩展;在低电流条件下,CSP封装体的损伤更常在基板侧焊料/化合物界面附近萌生以及扩展,该模式下裂纹扩展路径往往包含在焊料内扩展以及沿焊料与化合物界面扩展两部分,为混合型扩展模式。 研究不同恒温环境下CSP封装体的电迁移寿命和损伤行为,在研究中通过导热油散热能有效减小焊点内的温度梯度,抑制热迁移的影响。结果表明:环境温度对样品失效方式影响较大,在高温条件下,芯片端Cu UBM薄膜快速消耗造成局部出现过热而熔化;在低温条件下,在电迁移和热迁移的共同作用下在界面处形成柯肯达尔孔洞而导致最终失效。计算得出不同电流和温度条件下的Weibull特征寿命,然后求得Black方程的参数因子,为CSP封装体的电迁移服役寿命预测奠定基础。