随着微电子技术的迅速发展,芯片的集成密度、信号速度、功率密度也在不断提高。功率芯片由于散热和接地等要求,需要通过焊料互连工艺完成与基板或热沉的连接,然而由于工艺过程中溶剂和助焊剂的挥发以及空气卷入等原因,往往会在焊料层产生空洞。这些空洞所导致的散热不良、应力集中、热机械性能下降、器件可靠性降低等问题越来越引起业界的广泛重视。本研究面向功率芯片封装结构中的焊料空洞,针对空洞形成时气泡在液态焊料中的运动行为、空洞对互连可靠性的影响进行研究。具体研究成果如下:建立了气泡及液态焊料的气液两相流模型,探究不同参数下气泡在液态焊料中的运动行为,分析影响气泡逸出的材料及工艺参数。发现在焊料熔融状态下抽真空可基本去除焊料层空洞。此外,减小液态焊料的壁面接触角、增大被焊面的平整度、使用足量焊料均可以有效促进气泡的逸出,进而降低焊料层空洞率。在两相流仿真的基础上,对不同参数回流互连试样的空洞率进行了实验研究。研究发现,实际互连时抽真空可实现1%以下的超低空洞率焊接;使用润湿性较好的合金焊料、氮气保护气氛下回流、增大焊料用量均可以有效抑制焊料层空洞;回流过程中施加压力会促进焊料的侧面溢出,但是较大的压力会导致过量的焊料溢出和空洞率的增大。X-Ray测试发现,工艺参数对空洞形成的影响规律与仿真结果相符。建立了包含不同参数空洞的功率芯片/DBC基板互连有限元模型,研究了不同空洞尺寸、位置、分布情况对互连可靠性的影响。研究发现,大尺寸空洞会严重降低互连可靠性,空洞率低于10%时则影响不大;角落空洞和边缘空洞的危害大于中心空洞;当空洞分散分布时,其对可靠性的影响往往取决于某些位于边缘的空洞,因为这些空洞与焊料层边缘相交形成了几何尖角,这些尖角会使损伤快速积累。