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由于铅元素对环境和人体健康具有危害性,目前主流电子封装材料基本实现无铅化。作为电子封装中的主要连接材料,无铅钎料已经广泛应用在电子产品中。另一方面，由于封装密度越来越高，电子产品的中互连焊点的尺寸也大幅降低；焊点中的电流密度将达到104A/cm2，最大温度梯度可达1000K/cm-3000K/cm。在这种情况下，现有无铅钎料焊点的机械性能和抗蠕变性能在备受挑战的同时，电迁移（EM）和热迁移（TM）也会在焊点内部造成小丘、裂纹以及相偏析等问题从而严重威胁焊点服役期间的可靠性。研究表明钎料的复合化是优化焊点微观组织并改善其服役性能的有效途径，然而，复合化无铅钎料合金的性能研究尚不全面，而其在特殊服役条件下的可靠性研究仍不多见。因此，针对无铅复合钎料的基本组织性能以及其在大电流密度以及大温度梯度等服役条件下的可靠性问题开展研究对于未来无铅复合钎料的推广使用有重要的理论和工程实际意义，本论文的主要工作如下： 以96.5Sn-3Ag-0.5Cu（SAC305）钎料钎料为基体材料，选用富勒烯（FNS）纳米颗粒、碳化钛（TiC）纳米颗粒以及镀镍石墨烯（NG）颗粒作为增强相通过粉末冶金法制备了三种复合钎料钎料。FNS和 TiC能够有效细化β-Sn和 Ag3Sn相；添加 FNS，Cu/钎料界面金属间化合物（IMC）的晶粒由圆形颗粒状变为多边形颗粒状，添加TiC和NG，界面IMC晶粒形貌则变为相互交错生长的多边形柱体晶粒；添加适量的增强相能在不显著影响钎料熔点和电阻率的同时改善钎料合金在铜基底表面的润湿性并有效降低钎料合金的热膨胀系数（CTE），提高钎料合金的热-机械稳定性；第一次回流后，FNS和TiC损失率高达80％，而NG的损失率约40%。 研究了三种复合钎料在150℃恒温老化条件下的微观组织和机械性能演变过程。研究表明三种增强相均能有效抑制界面Cu6Sn5和Cu3Sn IMC在热老化条件下的生长；当增强相为TiC时，初始界面 IMC“多孔”结构在老化过程中逐渐密实；热老化前后焊点基体组织观察结果表明，FNS和TiC能有效抑制老化过程中Ag3Sn相和Cu6Sn5相的粗化，而在有 NG增强相的钎料基体中形成了大量弥散分布的(Cu, Ni)6Sn5 IMC且这些 IMC的数量和体积随老化时间增加而增加；通过对热老化前后焊点机械性能的研究发现，三种增强相均能改善焊点在热老化期间的机械性能下降，其中 TiC增强相在提高钎料合金的硬度方面效果较好而 NG增强相则在改善钎料合金剪切强度方面表现突出。 研究了钎料焊点在1.5×104A/cm2电流密度下的微观组织和机械性能演变。研究表明加载360小时后，SAC焊点阳极界面 IMC层突起约0.42μm，而三种复合钎料焊点表面则较为平整；电流加载期间，SAC试样阳极侧 IMC持续增厚，阴极侧先增厚后减薄并出现了非连续的孔洞缺陷，而三种复合钎料阴极和阳极的IMC层均随加载时间增加而增厚，其中阳极的生长速率高于阴极； TiC和 NG增强相的添加能显著抑制Cu3Sn IMC层在该加载条件下的生长；加载后纳米压痕测试结果发现， SAC焊点中硬度沿阳极到阴极梯度方向逐渐降低，而 SAC/FNS和 SAC/NG试样焊点的硬度值分布较为均匀；加速失效寿命测试结果表明添加适量FNS和NG能够将SAC钎料合金在实验条件下的失效寿命分别提高约7.6%和10.4%。 研究了钎料焊点在约1155K/cm温度梯度下的热迁移行为。研究表明外部增强相的添加能够有效避免界面Cu3Sn IMC在热加载期间的挤出现象；SAC焊点冷端界面IMC随加载时间急剧增厚，热端界面则在加载后期出现了孔洞裂纹等严重破损，而三种复合钎料焊点冷热端界面均呈现厚度增加的趋势，各复合钎料焊点在热加载期间的IMC界面也相对完整；600小时加载后，SAC焊点内部形成了大量孔洞和裂纹和大块Cu-Sn IMC，而复合钎料焊点内部虽然也发现IMC和部分孔洞，但其结构完整性相对更好；热加载期间铜原子向焊点中的扩散速率约为3.1×10-6 g/h，而三种增强相的添加均能在不同程度上降低这一速率；热加载后， SAC焊点中硬度从热端到冷端逐渐升高，而不同增强相的添加则能改变热加载后焊点的硬度分布。