电子产品的微型化、多功能化和系统化，使得板级封装互连微焊点的服役环境越来越苛刻。实际服役条件往往是多载荷的叠加，因此本项目研究多场耦合条件下，低银无铅微焊点的界面演变、电迁移损伤特征与焊点失效机制，建立多场耦合作用下的微焊点疲劳损伤本够模型。 本项目获得成果已超额完成了计划指标。发表学术论文22 篇（计划13 篇），其SCI 检索9 篇，EI 检索11 篇； 获得国家发明专利一项；已毕业硕士生5 人，毕业博士生2 人，即将毕业硕士生2 人，博士生1 人；举办小型workshop 一次，题目为"2014 Advanced TechnologyWorkshop on Electronic Packaging & LED Manufacturing。 先后9 人次参加了在国内外举办的国际会议。 其主要研究内容及创新性结论如下： 分别以SAC305/Cu和SACBN07/Cu为载体，对比分析高、低银钎料在热-电-力单场、多场耦合条件下的界面化合物（IMC）的演变行为，电迁移行为和断裂行为；揭示了低银与高银无铅微焊点的疲劳损伤模式及微量元素的作用；建立了高温时效-IMC演变及Cu盘消耗的本构模型。 揭示了热-电耦合时效IMC的生长演变规律：电载荷作用下，回流焊过程中阴、阳极两侧IMC层厚度变化明显不同。阳极侧，加载过程中IMC层厚度明显增厚，IMC晶粒尺寸逐渐增大，近IMC/Cu界面处以晶粒间合并长大为主。相同加载时间后，电流密度较大的焊点中，阴极侧铜焊盘消耗较大，IMC层晶粒尺寸较小，阳极IMC晶粒尺寸较大且晶粒排列更加致密。 采用应变测量和快速傅里叶变换(FFT)相结合的方法，研究了温度-电-振动耦合下PCB板的频率响应和形变特征。结果表明，仅仅随着温度的升高，PCB板的一阶固有频率下降的同时应变峰值并未发生变化；而温度-电-振动三场耦合条件下，电载荷导致PCB板温度分布不均匀，其一阶固有频率降低的同时应变幅值显著下降。 应用统计学分析的方法，研究了温度-振动耦合下微焊点的失效模式和机制。结果表明，在一定温度范围(100oC)内和激振水平下，温度提高，使得裂纹扩展路径由IMC与铜焊盘处逐渐扩展到体钎料处，由脆性断裂转变为韧性断裂特征。 设计了热-电-力耦合下焊点的失效模拟实验。结果表明：三场耦合作用下，电载荷和温度(100oC)的施加，。降低了PCB板的应变幅值，焊点的振动载荷降低，提高了互连微焊点的寿命。失效模式统计分析表明，裂纹发生在体钎料区和界面与体钎料的混合区裂。焊点形态呈现明显的流变并且其内部发生明显的电迁移现象。当环境温度突然降低，焊点会迅速失效，PCB板固有频率升高，焊点振动载荷强度随之提高。这证实了一定的电流和高温有利于焊点抗振寿命的提高。 建立温度-振动耦合、温度-电-振动耦合单变量作用下，焊点寿命预测模型。温度-振动耦合下焊点寿命呈现"一次函数"模型；温度-电-振动耦合作用下焊点寿命呈现"二次函数"模型。

哈尔滨理工大学

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