增强相对无铅焊点电迁移行为影响的研究左勇，马立民，刘思涵，赵然，郭福**（北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124）510摘要：微型化和多功能化的需求促使单个焊点所需承受的电流密度不断增加，这使得电迁移现象成为了重要的可靠性问题之一。焊点电迁移行为的抑制可通过结构优化和材料改性两种方法实现。本文从材料改性的角度出发，采用观察焊接接头显微组织演变的方法，分析和讨论了0.2wt.%Co元素的添加以及内生5vol.%Cu6Sn5相的方法对焊点电迁移行为的影响。结果显示，微量元素Co(0.2wt.%)的添加和内生Cu6Sn5(5vol.%)相的形成对于钎料接头的电迁移损伤具有有效的缓解作用。Co元素促使Ag3Sn相弥散分布形成Cu原子迁移的屏障，同时对于(Cu,Co)6Sn5的迁移起到钉扎作用。内生Cu6Sn5相在基体中的形成改变了界面处Cu原子的化学浓度梯度，从而抑制了Cu原子的迁移。关键词：合金化；复合钎料；电迁移中图分类号：TG425+.115TheEffectsofReinforcementPhasesonElectromigrationBehaviorsinLead-freeSolderJointZUOYong,MALimin,LIUSihan,ZHAORan,GUOFu(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofTechnology,2025303540Beijing100124)Abstract:Therequirementsofminiaturizationandmultifunctionalformicroelectronicdevicesleadtothecurrentdensitywhichimposesonthesolderjointcontinuousincrease.Therefore,electromigration(EM)isbecomingastandoutreliabilityissueforlead-freesolder.StructuraloptimizationandmaterialmodificationareconsideredtobethepossiblemethodsforalleviatingEMdamage.Thisstudyinvestigatestheimpactof0.2wt.%Coadditionsandin-situ5vol.%Cu6Sn5,whichwereintroduedintosoldermatrixbyalloyingandfabricatingcompositesolderapproachesrespectively,onelectromigrationfromtheperspectiveofmaterialmodification.Theresultsindicatedthatboth0.2wt.%Coandin-situ5vol.%Cu6Sn5playedaneffectiveroleininhibitingEMbehavior.CoelementadditionsmadeAg3SnintermetalliccompoundsdispersehomogeneouslyinsoldermatrixandasabarriertoCuatomsdiffusion.Moreover,(Cu,Co)6Sn5phasemigrationwaspinnedbyCoaddition.In-situCu6Sn5phasesuppressedEMbychangingthechemicalconcentrationgradientofCuatomsattheinterface.Keywords:Alloying;Composite;Electromigration0引言随着电子器件微型化和多功能化的发展，焊点上不断增加的电流密度和电流密度的不均匀分布已经成为影响焊点可靠性的重要因素[1]。因此，高温高电流密度引起的可靠性问题获得广泛关注。电迁移是焊点在电和热的共同作用下引起物质迁移的现象。[2]电迁移过程中的极化效应、空洞和裂纹的形成都会造成焊点性能的衰退[2-5]。K.N.Tu等人提出了通过焊点结构优化和材料改性的方法来改善无铅焊点的可靠性[6,7]。从结构上来说，使用铜柱可以减缓电流拥挤效应从而使焊点电流密度恢复到正常水平[6]。从材料上来说，由于金属间化合物（IMCs）本身的硬脆性，其生长会造成焊点力学性能的下降[8]。因此，可以通过材料改性达到抑制IMCs生长的目的。目前，微量元素合金化和钎料复合被认为是能够有效改善焊点的可靠性的两种方法[9,10]。本研究通过增强颗粒Co的微量添加制备合金钎料和Cu6Sn5内生法作者简介：左勇，（1988-)，男，博士研究生，微电子组装材料与技术。通信联系人：郭福，（1971-)，男，教授，微电子组装材料与技术。guofu@bjut.edu.cn-1-45505560制备复合钎料。在电迁移实验过程中采用光学显微镜（OM）和带有能谱仪（EDS）的扫描电镜（SEM）检测了焊点显微组织的演变。本文对合金化和复合钎料方法对无铅焊点电迁移行为的抑制机理进行了分析和讨论。1实验方法实验中所使用的钎料为实验室自制的合金钎料和复合材料。合金钎料制备的方法是在Sn3.0Ag0.5Cu焊膏中微量添加0.2wt.%Co元素；然后进行机械搅拌，搅拌时间约为30min，以保证微量元素均匀分布在焊膏中。复合钎料的制备方法是在450℃时将按Cu6Sn5比重称量好的铜粉和锡粉添加到用熔盐覆盖的熔融的Sn3.5Ag钎料中，保温搅拌约30m...