随着各种电子产品不断向微型化和高性能化发展，电子封装密度也越来越高。在当前的FlipChip、BGA、CSP等先进封装形式中，焊料凸点为电子元件提供了机械支撑和电气连接。焊料凸点的尺寸和焊点之间的间距日益降低，使无铅焊料连接的可靠性问题变得尤其重要。焊点中的高电流密度可能引发严重的电迁移失效;电迁移过程中焊点内部产生大量的空位、孔洞等微观缺陷，从而必然会对焊料的力学性能产生影响;电流产生大量的焦耳热，导致焊点在服役中受到热场和电场共同作用。本论文着重研究了Sn-3.8Ag-0.7Cu和纯锡焊点在电流作用下的力学性能弱化行为，并通过添加第四组元Zn有效抑制了Sn-Ag-Cu焊点的电迁移。此外，对电迁移与热迁移共同作用下的微焊球互连体失效行为也做了相应研究。　　 在高密度电流作用下，Sn-Ag-Cu焊料中的锡原子向阳极发生定向扩散。大量成分为Sn的凸起(hillock)在焊点表面产生，这些表面凸起随通电时间的增长不断长大，经统计发现所有凸起的体积总和随通电时间呈半对数直线增长。与此同时，相应的空位流向阴极扩散，焊点的阴极附近空位不断积累，空位浓度随通电时间的增长规律与表面凸起的增长规律一致。电迁移促进了Sn-Ag-Cu焊料的应力松弛，随电迁移时间的增长焊点的应力松弛速率提高。分析认为其原因是过饱和空位对位错产生了攀移力作用，导致位错攀移速率提高，进而提高了焊点的应力松弛速率。　　 在纯锡焊点中，电迁移后样品表面出现了很多晶界沟槽和晶界裂纹，其深度和宽度随电迁移时间的增长而增加。晶体结构和物理性质的各向异性导致电迁移后Sn晶界不同部位的空位浓度存在差异，该浓度差对Sn晶粒产生扭矩作用并导致Sn晶粒发生扭转。电迁移后焊点的应力松弛速率加快，应力松弛机制由通电前的位错攀移转变为晶界扩散机制。随着电迁移时间的增长晶界附近空位不断聚集，而空位浓度的提高有利于晶界扩散和晶界滑移，从而提高了焊点的应力松弛速率。　　 Sn-1Ag-0.5Cu-1Zn焊点的界面金属间化合物分为两层，其中靠近焊料的化合物层成分为Cu5Zn8，靠近Cu基体的化合物层成分为Cu6Sn5。电迁移后焊点的阴阳极界面化合物层仍保持平整，且厚度没有发生任何变化，化合物生长的极性效应被有效抑制。这是由于Cu5Zn8的化学性质非常稳定，Cu原子摆脱Cu-Zn结合键的作用变得更加困难，从而抑制了Cu原子的溶解和扩散。电迁移过程中Sn原子的定向迁移引发了与电子风力方向相反的回流力，该回流力驱使Zn原子发生反向迁移。Zn向阴极的大量聚集抑制了阴极附近空位浓度的增加，因此电流对焊料力学性能的弱化作用得到有效抑制。　　 在电流作用下，微焊球互连体的芯片温度明显高于PCB板温度，导致焊点内部存在较大的温度梯度。在电子风力作用下，焊料中的Sn原子和Cu原子从阴极向阳极发生扩散;在热迁移驱动力的作用下，焊点中的Cu原子向PCB板一侧扩散而Sn原子向芯片一端扩散。焊点在服役过程中，焊点中的金属原子受到两者的共同作用，当热迁移与电迁移作用方向一致时焊料内原子的扩散加剧，从而加速了焊点的失效。降低互连体环境温度、降低焊点内部温度梯度有利于抑制焊点金属原子的扩散，并有效抑制了微焊球互连体的失效。