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随着电子产品向着微型化、多功能化方向发展,焊点电流密度急剧增大,电迁移现象已成为影响焊点可靠性的重要问题。Sn Bi钎料由于熔点低、低膨胀系数、性能高及环境协调性良好等优点而被广泛应用。但电迁移易导致Sn Bi钎料组织及性能发生恶化,严重影响焊点可靠性,故研究Sn Bi钎料电迁移行为在电子封装领域具有重要的意义。本文以Sn Bi钎焊接头作为研究对象,探究了电迁移对Sn Bi钎焊接头微观组织形貌、界面IMC及力学性能的影响。并进一步讨论Al2O3和Ce颗粒对Sn Bi钎料电迁移性能的影响。Sn Bi钎焊接头通电240h后,阴极界面产生了裂纹,焊缝组织中形成一条粗大的富Bi带。Bi原子在电子风力作用下不断从阴极向阳极迁移,阴极界面附近由于大量Bi原子离开产生空位并逐步演化为空洞和裂纹。当大量的Bi原子迁移到阳极界面附近时,持续通电导致接头温度上升,Bi相发生长大并形成富Bi带。此外,Sn Bi钎焊接头阳极界面IMC厚度随着通电时间的延长不断增加,当通电时间超过240h后,阳极IMC厚度的增加的速度不断加快,这可能是由于接头界面产生部分断裂,界面面积减小,电流密度增大,加速Bi原子的迁移。Al2O3颗粒有效地提升了Sn Bi钎料的电迁移抗性,Sn Bi-0.5%Al2O3钎焊接头随通电时间的加长,显微组织变化不大,IMC厚度变化程度也较小。这是由于Al2O3颗粒阻挡原子迁移的通道,使得原子迁移受阻,从而有效抑制了Sn Bi钎料的电迁移。Ce颗粒细化了Sn Bi钎料显微组织,改善钎料的力学性能。随通电时间延长,Sn Bi-0.5%Ce接头较稳定,当通电330h后发生断裂失效。接头阳极界面IMC形貌由扇贝状逐渐转变为层状,相比于Sn Bi钎料界面IMC厚度,Sn Bi-0.5%Ce钎料阴极和阳极界面IMC厚度变化程度较低。随着通电时间的增长,Sn Bi,Sn Bi-0.5%Al2O3和Sn Bi-0.5%Ce接头阴极侧显微硬度均逐渐降低,而阳极侧显微组织的显微硬度则逐渐增加。这是由于大量Bi原子从阴极向阳极迁移,阴极侧组织产生空洞和富Sn相,导致阴极侧硬度不断降低;而阳极侧形成大块的Bi相,由于Bi相为硬脆相,最终导致阳极侧组织的硬度不断上升。其中Sn Bi-0.5%Al2O3钎焊接头阴极和阳极侧显微硬度变化程度最低,这是由于Al2O3颗粒增强了钎料在电迁移过程的组织稳定性。通电200h后,Sn Bi,Sn Bi-0.5%Al2O3和Sn Bi-0.5%Ce钎焊接头抗拉强度分别为12MPa,33MPa和19 MPa。同时,Sn Bi-0.5%Al2O3和Sn Bi-0.5%Ce钎焊接头的延伸长度也相比于Sn Bi接头有明显的增加,且Sn Bi-0.5%Al2O3和Sn Bi-0.5%Ce钎焊接头拉伸断口中分布着撕裂痕,具有部分韧性断裂的特征,而Sn Bi接头的断口分布着大量解理台阶,为典型的脆性断裂形式,其中Sn Bi-0.5%Al2O3和Sn Bi-0.5%Ce钎焊接头呈现出比Sn Bi钎焊接头更优的力学性能。说明Al2O3和Ce颗粒都起到了抑制Sn Bi钎料电迁移的效果,且Al2O3颗粒的抑制效果更佳。