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随着电子封装互连密度的不断提高,互连焊点的特征尺寸不断减小,致使焊点两端的温度梯度不断增大,从而诱发原子的定向迁移(热迁移效应),引起焊点显微组织的变化。在焊点的服役过程中,由热迁移效应引起的焊点显微组织变化必然带来焊点力学性能的劣化,从而带来新的焊点可靠性问题。因此,在电子封装领域,研究热迁移作用下焊点显微组织及力学性能的演变对评估互连焊点的可靠性有重要意义。本文采用焊点高度为10μm的Cu/Sn/Cu、Ni/Sn/Ni、Cu/Sn/Ni三明治结构焊点作为研究对象,首先研究了其在110℃、1200℃/cm温度梯度条件下分别热迁移200、400、600、800 h后的界面显微组织演变规律;接着对不同热迁移作用时间下的焊点进行剪切行为分析;最后进行了温度梯度耦合作用下的蠕变实验,以探究热迁移对焊点蠕变行为的影响。另外,作为比较,本文还研究了等温时效条件下相同焊点的显微组织和力学性能。主要研究结论如下:随着热迁移时间的增加,Cu/Sn/Cu焊点及Cu作为热端的Cu/Sn/Ni焊点的热端界面金属间化合物(IMC)不断减薄、冷端界面IMC不断增厚。当热迁移时间到达800 h时,整个焊点都转化为IMC。对于Ni/Sn/Ni焊点及Ni作热端的Cu/Sn/Ni焊点,热迁移对界面IMC的生长演变影响并不显著,焊点冷端和热端的界面IMC均表现为缓慢增厚,但冷端IMC增厚速度稍快于热端。剪切实验表明:Cu/Sn/Cu焊点及Cu作为热端的Cu/Sn/Ni焊点的剪切强度随热迁移时间的增加而提高,这是由于热迁移效应导致焊点的冷端界面IMC快速生长,焊点中的β-Sn相减少,尺寸效应增强。当整个焊点都被转化为IMC后,剪切强度降低,并且断裂在冷端和热端界面IMC的接合处。这表明热端界面IMC接合处成为焊点的薄弱区。Ni/Sn/Ni和Ni作热端的Cu/Sn/Ni焊点因冷端和热端界面IMC生长较为缓慢,同时由于热端晶粒粗化的作用,因此,焊点剪切强度随热迁移时间的增加而降低,断裂位置靠近焊点热端处。耦合温度梯度将使焊点的蠕变寿命降低,这是由于剪切应力和定向迁移的Cu、Ni原子流的共同作用加速了热端界面IMC和β-Sn交界面处的微孔萌生,使焊点蠕变寿命降低。根据Dorn蠕变模型计算,不同焊点的蠕变应力指数大小可排列为Ni/Sn/Ni
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