机械工程学报

作者：李策, 王冰光, 畅旭峰, 马兆龙, 程兴旺

单位：1. 北京理工大学材料学院 北京 100081;2. 北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室 北京 100081

关键词：βSn,晶粒取向,可靠性,金属间化合物,位向关系；

基金：国家自然科学基金资助项目（51804032）。

焊锡接头是集成电路中整合连接不同电子元器件的关键部位，在高电流密度、高低温循环、机械加载等恶劣服役条件下，会发生电迁移、热循环和机械疲劳等失效。由于单个焊锡接头仅包含少数取向随机的βSn晶粒且βSn具有严重的各向异性，焊锡接头的三类主要失效均受到βSn组织和晶粒取向的强烈影响。本文基于βSn的各向异性物理特性，深入分析了焊锡接头的电迁移、热循环及机械剪切疲劳失效机理，总结了βSn组织和晶粒取向影响各类失效的规律，明确了当βSn晶粒的c轴平行于电流方向时，焊锡接头的抗电迁移性能最差，而抗热循环性能最佳；但部分研究表明当βSn晶粒c轴垂直于基板时，焊锡接头的抗热循环性能较差；βSn组织和晶粒取向对焊锡接头抗机械剪切疲劳性能影响的研究较少，但已有的研究也表明两者之间存在较强关联。鉴于βSn组织和晶粒取向对焊锡接头可靠性的强烈影响，本文还梳理了近年来在焊锡接头βSn组织和晶粒取向调控方面的研究进展，包括利用异质形核剂、多晶及单晶Co基板、磁场及温度梯度等多种调控方法。最后，本文讨论了未来进一步提高焊锡接头可靠性的研究方向。

来源：2022年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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