【摘 要】
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焊锡接点作为微系统封装主要结构互连方式，它的可靠性直接影响着整个系统的可靠性。研究表明，焊锡接点界面结合力的强弱很大程度上取决于钎焊过程中焊料和焊盘反应所生成的金属
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焊锡接点作为微系统封装主要结构互连方式，它的可靠性直接影响着整个系统的可靠性。研究表明，焊锡接点界面结合力的强弱很大程度上取决于钎焊过程中焊料和焊盘反应所生成的金属间化合物(IMC-InterMetallic Compounds)。在焊锡接点形成后，无论是含铅还是无铅焊料，都会在焊料和铜垫界面生成Cu6Sn5和Cu3Sn两种金属间化合物，但由于IMC与焊料本体的物理性质差异，容易在界面端形成应力集中，进而发展形成微裂纹，使得疲劳性能下降，最终导致焊点可靠性降低，甚至早期断裂。由焊料和金属间化合物构成的界面失效是焊锡接点主要的失效方式。因此，研究焊点IMC层界面应力奇异性对理解焊锡接点的失效有重要意义。
本文采用界面力学理论研究了焊料和金属间化合物界面端的应力奇异性指数，焊料选用Sn3.0Ag0.5Cu，Sn3.5Ag，Sn37Pb材料。利用数值方法对界面特征方程进行求解，得到焊料和Cu6Sn5，Cu6Sn5和Cu3Sn，Cu3Sn和铜垫构成的界面端应力奇异性指数。结果表明，Sn37Pb/Cu6Sn5界面应力奇异性明显高于另外2种无铅焊料，Cu3Sn和铜垫界面应力奇异性不明显。
然而，应力奇异性指数只反映了在界面奇异点附近应力趋于无穷大的趋势，并不能直观的得到IMC微观结构变化对界面应力的影响，因此，本文还建立了IMC层二维有限元模型，得到了IMC厚度对界面应力得影响，IMC层界面应力分布情况以及焊球塑性区尺寸形状，并与理论计算做了对比，讨论分析了应力强度因子H随IMC厚度的变化情况。随着IMC厚度的增加，H是逐渐增大，并有逐渐稳定的趋势，Sn37Pb/IMC界面应力强度因子H明显低于另外两种无铅焊料。Sn37Pb/IMC界面应力明显大于另外两种无铅焊料界面应力，而且Sn37Pb对界面端应力影响较大，即Sn37Pb界面端应力趋于无穷大的趋势大于Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.5Ag界面端。焊锡接点IMC层界面应力随着IMC厚度增加而增加，且IMC厚度对Sn37Pb/IMC界面影响较大。
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