Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究.
石墨烯增强Sn-Ag-Cu复合无铅钎料的设计与性能研究
天津大学硕士学位论文石墨烯增强Sn-Ag-Cu复合无铅钎料的设计与性能研究Design and Property Study on a Sn-Ag-Cu Lead-free Solder Reinforced with Graphene学科专业：材料加工工程研 究 生：刘向东指导教师：徐连勇副教授天津大学材料科学与工程学院2012年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要在无铅钎料中，Sn-Ag-Cu系钎料因其良好的力学性能及可靠性，目前被广泛的应用。
但是，随着微/纳机电系统技术的不断进步，微电子器件不断向小型化、轻量化、功能化发展。
传统的无铅钎焊技术已经难以满足钎焊接头可靠性的要求。
因此，急需开发出一种新型无铅钎料以满足更为苛刻的服役条件。
一个可行且具有前景的解决方案就是引入强化相，制备出复合钎料。
在本研究中，采用具有超强的力学性能、热稳定性及导电性的新型二维纳米材料石墨烯作为强化相，加入传统的Sn-Ag-Cu钎料中形成复合钎料。
本文的主要工作可分为两部分。
(1)利用粉末冶金法成功制备了石墨烯纳米片（GNSs）复合无铅钎料，并测试了材料的一系列物理性能及微观组织。
无铅BGA焊点温度循环及四点弯曲可靠性能实验研究
研究 。对 比了两种可靠性能实验研究 中无铅 焊点裂纹扩展特征 ，发现 四点弯曲试验 中裂纹 为沿 晶和穿 晶混合模 式 ，温度循环裂纹扩展 一般沿 晶进行 ，并且 温度循环实验后断面处存 在明显 的再结 晶现象 。 关键词 ：裂纹 ；金属 间化合物 ；再结 晶 中图分类号： Ｎ ０ 文献 标识码： 文章编号：０ １ ３７ （０００ — ３ ２ ０ Ｔ ６ Ａ １０ — ４ ４２ １）６ ０ ３ — ３
电子工艺技术
３２ ３
Ｅ ｃ ｏｉ ｒｃｓ ｃｎｌ ｙ ｌ ｔ ｎ ｓ ｏｅｓ ｅｈｏ ｇ ｅ ｒ ｃＰ Ｔ ｏ
２１年１月 第；鲞第６ ００ １ ； 期
无铅Ｂ Ａ Ｇ 焊点温度循环及 四点弯 曲可靠性能实验研 究
王玲 ，王宏芹 ，符永高”，王鹏程 ，杜彬 ，万超 ，宋志伟
． ， ． ，
【． ｈｎ ｔｏ ａ ｌｃｒ ｐ ａ ａｕ ｅ ｅ ｒｈＩｓｉｕｅ ５ ３ ０ Ｃ ｉａ １ Ｃ ｉａＮａｉｎ ｌ ｅ ｔｉ Ａ ｐ ｒ ｔ ｓＲ ｓ ａｃ ｔ ｔ， ０ ． ｈｎ Ｅ ｃ ｎ ｔ １ ０
２ Ｈ ａ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓＣ ．Ｌｄ Ｓ ｅ ｚ ｅ ， ２ ． ｈｎ ） 。 ｕ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇｅ ｏ． ｔ． ｈ ｎ ｈ ｎ ５ １ ９ Ｃ ｉａ Ｔ １ ８
ｇ ａ ｏ ｎ ａｙ Ａ ｄｔｅｒｃｙ ｔ ｌ ａ ｉ ｓｏ ｓ ｒｅ ｔ ｈ ｒｃｕ ｅ ｕ ｆｃ ｆ ｒ ｈ ｅｍａ ｃ ｃ ｓ ｒｉ ｂ ｕ ｄ ｒ． ｎ ｒ ｓａ ｉ ｔ ｎｗａ ｂ ｅｖ ｄａ ｅ ａ ｔ ｒ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｈ ｒ ｌ ｙ ｌ ． ｎ ｈ ｅ ｌ ｏ ｚ ｔ ｆ ａ ａ ｅｔ ｔ ｅ Ｋ ｙ ｒ ： ｒｃ ；ｎｅ ｍ ｔｌｃ ｏ ｐ ｕ ｄ ｒ ｒｓａｌａ ｉｎ ｅ ｗｏ ｄ ｃａ ｋ ｉ ｒ ｅ ａ ｉ ｃ ｍ ｏ ｎ ； ｅ ｙ ｔ ｌ ｔ ｔ ｌ ｃ ｉ ｏ ｚ
软钎料-化学成分和形态
ISO9453-2014 软钎料-化学成分和形态前言介绍1范围2规范性引用3术语和定义4化学成分5交付形式5.1一般5.2产品单元6.采样和分析7标志、标签和包装附件A(信息) ISO9453合金编号与IEC61190-1-3合金缩写对照表以及化学成分附件B(信息)专利合金和专利持有人列表参考文献前言SO(国际标准化组织)是一个世界性的国家标准组织联盟。
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简介国际标准化组织(ISO)提请注意这一事实，即遵守本文件可能涉及使用表3所列的软焊剂合金成分的专利。
ISO对该专利权的证据、有效性和范围没有任何立场。
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展摘要：电子封装产业的无铅化是国民经济发展的重要方向，本文根据近年来无铅焊料的新发展趋势，着重叙述了Sn-Bi系无铅焊料的研究进展，阐述了Sn-Bi系无铅焊料的优缺点，以及合金化对其性能的改良情况。
最后展望了无铅焊料的发展趋势和新的发展思路。
关键词：Sn-Bi焊料；无铅；可靠性；脆性1 前言传统电子行业中，Sn-Pb焊料以其优异的物理冶金性能，广泛应用于电子封装领域。
然而Sn-Pb焊料中主要金属元素铅是有毒重金属，美国和欧盟均相继通过立法对含铅电子产品逐步禁止使用Sn-Pb焊料。
针对这一趋势，各主要工业国相继开展了无铅钎料的研制，目前商业化最成功的无铅焊料为SAC305（典型成分：96.5%Sn/3.0%Ag/0.5%Cu）和其同系列焊料。
三元Sn-Ag-Cu焊料降低了Sn-Ag焊料的高成本，也增加了焊料在铜基板上的润湿性，是电子封装行业里最受欢迎的无铅钎料。
当前，无铅焊料的研发主要目标是在性能、成本上完全替代Sn-Pb焊料，除前文叙述的Sn-Ag-Cu合金外，Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-Ag二元合金及其衍生多元合金的性能均不如Sn-Pb合金，尤其是在焊料温度方面[1]，Sn-Pb合金的共晶温度点约为183oC，而Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系合金的共晶温度分别约为221oC、227oC和198oC，均高于Sn-Pb合金，这给电子封装可靠性带来了十分不利的影响。
Sn-Bi合金以其低熔点（139oC）广泛应用于温度敏感器件、防雷等设备的封装，尤其在多层基板封装工艺上更加适合回流工艺。
此外，Sn-Bi系合金的抗热疲劳性能及抗蠕变性好、润湿性好，且Bi能够降低或阻碍Sn合金中的锡须生长，极大地增加了电子封装的应用可靠性[2]。
但同时，Sn-Bi系合金的缺点也很明显：脆性高、延展性差、机械加工性能差。
合金化成为了克服Sn-Bi系合金缺点的主要手段。
2 Ag、Cu添加对Sn-Bi合金的影响。
微合金化低银无铅钎料的性能研究
机清炉 。 降低钎 料 的溶 铜 速 率 ， 解 决 这 一 问题 的有 是
效方法 。
０ ７ ｕ等 ， 学术 界很早 就将 低银无 铅钎料 纳入 研究 视 ．Ｃ 但
野 内。近 年来 随着 贵金 属 价 格 的不 断 上 涨 ， 以及 国 内
势； 随着 Ｎ 含 量 的 增 加 ， 接 性 变 差 ， 铜 量 不 断 降 低 。 推 荐 的 微合 金化 成 分 为 ： 加 ０ ０ ％ 的 Ｐ和 ０ ０ ％ 的 Ｎ 。 ｉ 焊 溶 添 ．２ ．２ ｉ
这种新型钎料与 Ｓ ３ Ｏ ｇ一 ．Ｃ 合 金相 比， ｎ一 ． Ａ ０５ ｕ 焊接性及 物理性能接近 ， 溶铜 量降低了 ６ ％ 。 但 ９
在无 铅波 峰焊 过 程 中 ， 的 溶 解 是 影 响 到 电 子 产 铜
影响 ， 此基 础上 ， 在 优选 出的 合金 成 分 是 Ｓ ｎ一０ ５ ｇ一 ．Ａ
０． ７Ｃｕ ８ Ｊ
。
加 微量 合金元 素 ， 以有 效 降 低熔 融 钎料 的溶铜 效 应 ， 可
减少高 温下锡 渣 的产生 量 ， 高 良品率 、 提 减少 停 机 清炉
关键词 ： 无铅钎料 低银 微 合金 化 溶铜 焊 接 性
中图 分 类 号 ： Ｔ ４ ４ Ｇ ５
０ 前 言 ຫໍສະໝຸດ 等缺 陷 ； 如果升 高锡 炉温度 ， 但 又会 对 Ｐ Ｂ 基材 和元器 Ｃ 件 造成额 外 的热 冲击 。另 一 方 面 ， 统 的 Ｓ 传 ｎ—Ｐ 接 ｂ焊 过程 中 ， ｕ与 ｓ Ｃ ｎ形成 的 ｃ ｎ 属 间 化合 物 的密 度 ｕＳ 金
很容 易通过 “ 度排 铜 法 ” 除 ， 无 铅 钎 料 的密 度 一 密 去 但 般 为 ７ ４ ｇ ｃ Ｃ ｎ 沉 在炉 底 ， 须 更 频繁 地 停 ． ／ ｍ ， ｕＳ 会 必
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题摘要：因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置。
金锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。
虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。
前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能（特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。
与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题：焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂一般在密封电路中被禁止使用）。
在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。
低强度低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度）共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管;密封包装;和射频器件等。
AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。
本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。
相图我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的“线性”化合物。
当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。
这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。
然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。
低银无铅焊料润湿及可靠性能研究
Ｉｖ ｓ ｉａ ｉｎｏ ｔｉｇａ ｄｒ ｌ ｂｌ ｙ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｎｗｅ ｔｎ ｎ ｅｉ ｉｔ ａ ｉ
ｏ ｏ Ａｇ ｌ ａ ｒ ｅｓ ｌ ｅ ｓ ｆｌｗ ｅ ｄｆ ｅ ｏ ｄ ｒ
Ｆ ｏ ｇｇ ｏ ， Ｕ Ｙ ｎ ．ａ ＷＡＮＧ Ｈ ｎ ．ｉ ， Ａ ｉｇ ＤＵ Ｂ ｎ ＷＡＮＧ Ｐ ｎ ．ｈ ｎ ’ＳＯ ｈ－ ｉ ｏ ｇｑｎ Ｗ ＮＧ Ｌｎ ’ ｉ ’ ｅ ｇｃ ｅ ｇ ＮＧ Ｚ ｉ ｗｅ
低 银无铅 焊料 近年来 引起人 们广 泛关 注 ，一 方 面 南 予其 相 对 于 共 品锡 银 焊 料 等 高 含量 贵金 属 无
对无 铅焊料Ｓ １ Ａ ０５ ｕ ｎ３０ ｇ ．Ｃ ｎ ． ｇ ．Ｃ 、Ｓ ．． ０５ ｕ和共 晶锡 ０ Ａ 铅 焊料 Ｓ ３ Ｐ 的 中应变 速 率 和高应 变 速率下 的应 ｎ７ ｂ
， ，
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【． ｈｎ ａｉｎ ｌ ｌｃｒ ｐ ａａ ｕ ｅ ｅ ｒｈＩｓｉ ｔ， ｕ ｎ ｚ ｏ １ ３ ０ Ｃ ｉ １ Ｃ ｉ Ｎ ｔ ａ Ｅｅ ｔｉ Ａ ｐ ｒｔ ｓＲ ｓ ａ ｃ ｔ ｕ ｅ Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ５ ０ ０ ． ｈｎ ａ ｏ ｃ ｎ ｔ ａ
２ Ｈ ａ ｉ ｅｈ ｏｏ ｉ ｏ Ｌｄ Ｓ ｅ ｚ ｅ， ９ Ｃ ｉａ ． ｕ ｗｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｅ Ｃ ． ｔ， ｈ ｎｈ ｎ ５ １ ． ｈｎ），发 现Ｓ １ Ａ Ｏ５ ｕ ｎ ． ｇ ．Ｃ 比高银 Ｏ Ｓ ．． ｇ ． ｕ ｎ３ Ａ ０ Ｃ 具有更好抗跌落性能 ，更适合于对抗跌 ０ ５ 落性 能有 较高要 求 的便 携 电器 。 日本 电子 信息技 术
铅焊 料 具 有 价 格优 势 ，另一 方 面其 在 可靠 性 能 ，
料Ｓ Ｃ ８ ７ Ａ ０ ０ 裂纹萌生率最低 。所作实验研 究中皆采用共 晶锡银焊料Ｓ Ｃ ０ 作为参照焊料 。 Ａ ３５ 关键 词 ：低银焊料 ；润湿 ；溶解 ；裂纹 中 分类 垮： Ｎ ０ 文献标识码： 文章编号： ０ １ ３ ７ （ １） — ３０ ０ Ｔ ６ Ａ １０ — ４４２ ０ ６ ０ ２ —４ ０ ０
Sn-Zn系无铅钎料润湿性的研究进展
２１ ０ 第 １ １年 １期 ２ ３
俘 掳 专题综述
表 １ 几 种 钎 料 合 金 的 表 面 张 力 值
能源 ， 减少钎剂的使用量 ， 同时还能保证相同的润湿性 能 。但是 氮气 保 护 钎 焊 尚存 在 不 足 ， 要 是 焊 后 印 刷 主 电路 板表 面锡 珠增 多 ， 同时氮气 的纯 度还 需要 注意 。
么 专题综述 ・ 掳 蜉
Ｓ — ｎ系 无 铅 钎 料 润 湿 性 的 研 究 进 展 ｎＺ
南京航 空航 天 大学材料 科 学与技 术 学￣ （ １０ ６ ２０ １ ）
摘要
韩 若男 薛 松柏 叶
焕
胡 玉华
综合分析 了 ｓ —ｎ系无铅钎料润湿性能 的研究现状 。分 析 了该系钎 料润湿性 能不足 的原因 ， ｎｚ 总结 ＿影 『
０ 前
言
金钎 料 在 固体 基 板 表 面上 铺 展 的能 力 ， 融 的钎 料 能 熔 否 与基 板 形 成 良好 的 润 湿 是 能 否 完 成 焊 接 的 关 键 。 与 Ｓ —ｂ钎 料 相 比 ，ｎｚ ｎＰ Ｓ ．ｎ系 无 铅 钎 料 的 润 湿 性 能 较
为 了避免铅 元 素 的 污 染 问 题 ， 全 世 界范 围 内开 在 始 限制 使 用 甚 至禁 止 使用 有 铅 钎 料 ， 究 新 型 的 无 铅 研 钎 料 已 成 为 当 今 需 要 探 索 、 克 的 课 题 之 一 ， 其 攻 尤
３ 改善 Ｓ － ｎ系无铅 钎料 润湿 性 的途径 ｎＺ Ｓ ．ｎ系钎料 成本 较低 、 源丰 富 、 学性 能优 良 ， ｎｚ 资 力
间 因温 度 升 高 而 缩 短 ， 湿 力 随 温 度 的 升 高 而 提 高 。 润 因此 ， 当提 高 温 度 有 助 于钎 料 润 湿 性 能 的改 善 。但 适 是 ， 高 温度也 会加 剧熔 融 钎 料 和基 板 的 表 面 氧化 Ｊ 升 ， 钎 料暴 露 在 空气 中后 ， 面 形 成 氧 化 膜 的速 度 较 低 温 表 时快 ， 过分 表 面 氧 化 限 制 了升 高 温 度 对 钎 料 润 湿 性 的 改 善效 果 。当温 度 超 过 ２５ｏ ， 料 表 面 已过 分 氧 ５ Ｃ时 钎 化 ， 料润 湿性 的 改善 幅度 不 明显 。所 以 ， 能 无 限 制 钎 不 地 依靠 升 高温度 来 改善钎 料 的润 湿性 。
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Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究范琳霞，荆洪阳，徐连勇(天津大学材料科学与工程学院，天津 300072)*摘要：随着电子产品小型化，无铅化的发展，对焊料提出了更高的要求。
无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。
本文综述了近几年来Au80Sn20的发展状况，重点介绍了该焊料的可靠性研究。
关键词：无铅钎料；Au80Sn20；可靠性；力学性能Reliability Study Of Au80Sn20 Lead-free SolderFan Lin-xia, Jing Hong-yang, Xu Lian-yong(School of Materials Science and Engineering,Tianjin University ,Tianjin 300072,China) Abstract: with the miniaturized and lead-free development of electronicproducts ,higher demand is put forward about solder . Lead-free solder Au80Sn20 is widely applied in high reliable hermetic package and die welding due to excellent mechanical property.The text summarizes the development status of Au80Sn20 in recent several years,and emphasizes to introduce the reliability study of the solder. Keywords: Lead-free Solder; Au80Sn20; reliability; mechanical property1 前言共晶SnPb焊料作为主流的互连材料长期以来一直广泛用于电子工业中。
近年来，由于技术进步，电子产品不断向轻、薄、小的方向发展，其应用领域不断扩大，对焊料等互连材料提出了新的要求。
如：对于汽车和航空用电子器件，在一些场合要求电子器件在大于100℃的环境下长期工作；而电子器件小型化的要求，使得互连焊点的尺寸不断减小，这就要求焊点具有更高的强度和组织性能的稳定表1合金系Sn-Ag系[3,4]性。
传统的共晶SnPb焊料由于熔点偏低，在高温下的组织粗化易造成机械性能的恶化，不能适应汽车、航空电子等应用领域的要求。
另一方面，由于近年来环境保护的要求加强，各国都制定了相关法令禁止在电子工业中使用含铅焊料，因此迫切要求研究一些新型的无铅焊料来替代目前通用的SnPb焊料。
目前主要的无铅焊料如表1所示：[2][1]主要的无铅焊料Sn-Bi系Sn-Zn系Tab。
1 Central lead-free solders Sn-Ag-Cu系Sn-3.5Ag Sn-0.7Cu Sn-58Bi Sn-9ZnSn-3.5Ag-0.7Cu Sn-3.0Ag-0.5Cu Sn-57Bi-0.7Cu Sn-8.0Zn-3.0Bi Sn3.5Ag0.5Cu1.0Zn Sn-3.8Ag-0.7Cu Sn-3.5Ag-4.8Bi Sn-8.0Zn-1.0Ag Sn3.5Ag4.0In0.5Bi Sn-4.7Ag-1.7Cu Sn-Bi-Ag-x Sn-9.0Zn-5.0In成分在各种无铅焊料中，AuSn合金焊料以其独有的高熔点、高可靠性受到了广泛的关注。
尽管富Ag和富Cu的Sn基焊料类似于富铅焊料，也都具有较高的熔点，但是富Ag和富Cu的Sn基焊料在液相和固相点之间趋向于一个大的温度间隔，当一种焊料在液相和固相点之间的温度间隔大时，由于部分熔化或凝固，是不合乎要求的。
目前Au80Sn20(wt．％)合金钎料是熔点在28O～360℃内唯一可以替代高熔点铅基合金的钎料。
尽管金基钎料价格亦比其它钎料[5]_____________________*国家自然科学基金50575160 *博士点基金20050056035昂贵得多，但是典型的IC仅用2～3mgAu，其成本几乎可以被忽略[6]。
2Au80Sn20钎料性能从图1[7,8]和图2[9]可以看出，Au80Sn20合金处于金锡二元共晶部位，共晶点为280℃，其结构是由六方晶格ζ相和AuSn金属间化合物组成。
文献[10]通过对不同比例的金锡焊料作润湿性实验，结果发现不同的金锡焊料都具有自己独特的扩展行为，其中液态AuSn焊料具有最好的润湿性是在ζ相。
ζ相直到519℃都是稳定的，它有良好的机械性能，随温度逐渐增加的热传导性和优越的可靠性。
Au80Sn20在20℃时的基本性质见表2：仅比它的熔点高出20～30℃(即约300～310℃)；在室温条件下，金锡合金屈服强度很高，即使在250～260℃的温度下，它的强度也能够胜任气密性的要求；由于合金成份中金占了很大的比重(80%)，材料表面的氧化程度较低，所以无需助焊剂，可以避免光学界面的污染；具有良好的浸润性且对镀金层无铅锡焊料的浸蚀程度很低，同时也没有像银那样的迁徙现象；粘滞性低，液态的金锡合金具有很低的粘滞性，从而可以填充一些很大的空隙；Au80Sn20焊料还具有高耐腐蚀性、高抗蠕变性及良好的导热和导电性。
Au80Sn20焊料的不足之处是它性能较脆，延伸率很小，用常规制造方法很难制出符合微电子器件使用要求的箔带材及其深加工产品[12]，所以严重的制约了该焊料在我国的发展。
近几年，随着微电子封装的发展对焊料要求的不断提高，以及该焊料优越的力学性能，使其受到广泛的关注。
2003年，生产AuSn20系列产品的中试生产线已投产，其产品已进入了我国的应用市场。
3可靠性研究方法电子封装正向着高集成、高密度方向发展，焊点越来越小而所承受的力学、热学和电学负荷却越来越高。
焊点既承担电气连接又承担机械连接，被连接的芯片与基板的热膨胀系数（CET）不匹配及焊点承受温度循环等问题将引起焊点产生疲劳破坏并进而导致器件整体的失效。
因此，电子器件微连接焊点可靠性已成为电子组装及封装领域中的关键热点问题之一[13]。
无铅焊料的使用又提出了一些新的问题：无铅钎料的共同特征是熔点要比共晶SnPb高，所以相应的回流温度将提高大约30℃。
这将增加Cu和Ni的熔化，同时也将增加Cu和Ni之间IMC的形成速度。
无铅钎料的表面能要比SnPb高，在Cu上形成大的润湿角，大约为30-45℃，这些都将给焊接过程带来一定的困难。
无铅焊点的可靠性问题主要来源于：焊点的剪切疲劳与蠕变裂纹[14]，电迁移，焊料与基体界面金属间化合物形成裂纹，Sn晶须生长引起短路，电腐蚀和化学腐蚀问题[15]。
以及在双面表面封装中，采用正、反两次回流焊，因半导体的吸湿导致封装裂纹。
曼哈顿现象（墓碑现象）是微钎焊工艺中特有的现象：该现象伴随着片式元件小型化而发生，回流焊后仅微小片式元件的单侧电极被钎焊住，使片式元件直立而呈墓碑状的现象[16]。
除了上述无铅焊点共有的可靠性问题外，Au80Sn20由于性能脆，延性小，又会导致一些新的可靠性问题，因此有必要对此进行分析。
文献[17]提出可靠性分析基于两个大方向：（1）在设计时预先考虑产品的可靠性；（2）在产品设计、制造和封装完成后，进行可靠性加速实验。
下面就从这两大方面分析。
3.1可靠性设计焊点的形态对焊点的可靠性具有重要的影响，通过焊点外观形态的定量预测及优化可以最终实现提高焊点可靠性的目的。
SMT焊点的成形遵循最小能量原理，即熔融钎料及与其接触的固相、气相所组成的三相系统能量达最小时，系统达静平衡形态[18]。
文献[19]利用Surface Evolver软件对PBGA焊点形态进行预测，主要考虑了钎料体积，上下焊盘半径，钎科表面张力、密度等参数。
预测结果为焊点形态图及主要参数焊点体积、焊点高度、焊点最大径向尺寸，并将焊点形态成形预测结果——三维形态表面模型通过按ADINAIN(通用有限元分析软件)的输入数据格式要求编制的转换程序自动转换成三维实体模型，建立热应力应变有限元分析模型。
文献[20]提出一种焊点形态的改进方法：就是将目前所采用的通过焊接球实现连接的结构废弃，取代封装上焊接球的一个思路是采用共平面的微接点阵列，这些微接点是从比较顺从的柔软基板上突出来的。
这种方法比较容易实现0．3 mm的连接点节距，能进一步缩小封装底部面积，这也给我们在焊点形态的设计方面提供了一些参考。
焊点的几何形态是影响焊点可靠性的重要因素之一，其中元件与基板间隙的影响尤为突出，会影响焊点在热循环条件下的应力应变分布，从而影响焊点的热循环寿命[21]。
焊点的位置选择也会影响其可靠性，文献[17]指出最大热应力发生在芯片两端的焊点上，也就是到中性点的距离最大的焊点，应变随着与中性点的距离的增大而增大。
因此，在设计时尽可能减小焊点到中性点的距离，在无法做到时，可以将关键点放在芯片的中性点处，或者尽可能接近中性点处，次要的焊点放在其周围。
润湿性[22]是指液态金属在固体表面的铺展能力。
在焊接过程中焊料润湿性的好坏对焊点的可靠性有很大的影响。
在BGA 技术中焊盘上都要镀金，因此有必要研究金锡焊料在镀Au基板上的润湿反应。
文献[23]研究了共晶Au80Sn20焊料和Au薄片之间的润湿反应。
在回流过程中，Au薄片在AuSn/Au的交界处熔化，并随着温度的升高和时间的延长而增加。
在熔融AuSn焊料中Au熔化的激活能为41.7J/mol，Au5Sn是界面处形成的主要化合物相，界面Au5Sn相层生长的激活能在360-440℃之间是543 J/mol。
在Au薄片上熔融Au80Sn20焊料球的最好润湿性出现在390℃（润湿角为25℃）。
高于390℃，随着焊料氧化率的提高使熔融Au80Sn20焊料的润湿性降低。
表3物理参数特性测量显微分析电子扫描显微镜（SEM）原子力显微镜（AFM）介电常数分析仪（DMA）动态力学分析仪（DMA）示差扫描热量仪（DSC）差热分析仪（DTA）热解重量分析仪（TGA）热形变分析仪（TMA）[17]微电子封装测试中常用的技术和工具应力应变特性应变计和干涉仪 Moiré干涉仪全息干涉散斑干涉相关方法电子散斑干涉仪器 Twyman-Green干涉仪叠纹阴影、投影干涉芯片测试技术 MEMS技术Tab.3 Tecnology and tool often used in microelectronic packaging test设计和工艺特性测试仪器微力测试系统微机械测试系统通用强度测试仪器微张力测试仪器纳米刻压仪微机械疲劳测试仪器振动测试仪器跌落、冲击测试仪器3.2可靠性实验在任何封装中都不可避免地存在各种各样的缺陷，为了确保封装的可靠性，在产品出厂之前要经过大量的试验来验证，这就需要进行加速实验。