蠕变和电迁移耦合作用下Sn基无铅焊点失效机制的研究

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当今,随着电子产品微型化和多功能化要求,焊点的宏观尺寸不断减小,单一焊点所承受的力学、电学以及热学载荷逐渐增加,多场耦合作用下焊点的可靠性问题日益突出。单一因素影响下的可靠性问题已经获得了广泛的研究,例如持久应力导致的焊点蠕变,高电流密度引起的电迁移问题等。然而,更符合焊点实际服役条件的多重因素耦合作用下的焊点服役行为研究相对较少。实际上,焊点在运行当中会同时承受高温、高电流密度及剪切应变的复杂情况。因此,电流密度和蠕变耦合作用下的焊点的失效行为是工业界和学术界重点关注的问题。  本课题以Cu/SAC305/Cu和Cu/Sn58Bi/Cu搭接焊点为研究对象,系统地研究了无铅焊点在蠕变和电迁移耦合作用下的失效机制。实验在恒定温度、恒定载荷以及不同电流密度的耦合条件下,通过对焊点电阻的数据采集,显微组织演变的观察,以及断口分析,探索了力、热、电场在焊点失效过程中的各自作用,并建立了焊点失效模型。  实验结果表明,高电流密度和蠕变耦合作用下焊点的寿命明显短于低电流密度和蠕变耦合作用下焊点的寿命。低电流密度和蠕变耦合作用下焊点可以承受更多的蠕变损伤累积,经受较大的塑性变形,焊点沿对角线方向断裂,断裂模式为韧性断裂,焊点失效以蠕变机制为主导。高电流密度作用下焊点受到电迁移作用,金属间化合物进入钎料基体内部,负极界面处空位浓度增加,正极界面处金属间化合物层增厚,焊点断裂模式由韧性转向脆性。焊点的失效位置在负极界面附近,失效机制以电迁移为主导。
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