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电子器件微型化、高性能、高可靠性的趋势使集成电路(IC)向集成度更高、封装焊点尺寸更小的方向发展,造成焊点承受的电流密度越来越大。电流密度的增大会产生较大的焦耳热,因此在焊点两端会产生更大的温度梯度,使焊点的服役环境更加严峻。一方面,微焊点两端温度梯度的增大会引发热迁移现象,促使原子进行定向迁移,使微焊点的显微组织发生变化;另一方面,互连焊点结构中基板、钎料以及封装材料的热膨胀系数不同,在服役过程中,微焊点由于热应力的变化产生蠕变变形与破坏。热迁移与蠕变作为微电子封装中常见的两种失效形式,对其进行研究具有十分重要的意义。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方式,对电子封装行业中两种主流封装技术(倒装芯片、三维硅通孔)中不同特征尺寸的微焊点在热迁移条件下的蠕变行为进行研究。采用ANSYS有限元分析软件,对焊点内部的蠕变变形量进行计算,用蠕变变形量来表征焊点的蠕变损伤,为焊点的寿命预测提供理论依据。首先研究了高度为800μm的Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点的蠕变性能。对微焊点施加1.78MPa、2.53MPa和3.62MPa的剪切应力,再耦合1046℃/cm的温度梯度进行热迁移蠕变实验;为了做对照分析,还做了T=100℃和T=150℃的等温蠕变实验。分析焊点的蠕变曲线、蠕变断口以及断裂位置,实验结果表明:等温蠕变的断裂位置靠近焊点中部;耦合热迁移蠕变焊点的断裂位置靠近热端。与等温蠕变相比,耦合温度梯度使得焊点的蠕变寿命降低,蠕变变形机制以位错攀移为主。模拟计算结果表明:耦合热迁移条件的焊点内部蠕变变形量大于等温蠕变条件,且热端的蠕变变形量最大。接着研究高度为10μm的Cu/Sn/Cu焊点在耦合1200℃/cm的温度梯度与110℃的等温条件下,分别加载3.3MPa、4.4MPa和5.4MPa的恒定剪切应力进行蠕变实验。分析焊点的蠕变曲线、断裂位置及断口形貌,实验结果表明热迁移条件下冷热端的界面IMC(金属间化合物)出现不对称生长,焊点的蠕变变形机制由位错攀移控制。由于小间隙焊点中IMC占整个焊点的比例较大,在进行ANSYS有限元分析计算焊点内部蠕变变形量时,会考虑界面IMC的厚度对焊点蠕变性能的影响。模拟计算结果表明:靠近热端的IMC与钎料界面交界处的蠕变变形量最大,此处蠕变损伤最严重,最易发生断裂。随着热迁移时间的增加,焊点的蠕变变形量越来越大且最大值出现的位置越来越靠近热端,表明蠕变断裂的位置越来越靠近热端。