高密度电子封装集成化,使得焊点可靠性评估和检测更加困难,而封装无铅化,又给焊点可靠性研究带来新的问题。无铅焊点的可靠性问题中,热可靠性问题占了大部分,其热可靠性问题是源于热损伤。因此,对无铅焊点的热损伤研究成为热点问题。怎样检测无铅焊点热损伤是研究者面对的重要课题。本文是在热载荷条件下基于电测理论及方法的单个无铅焊点热损伤的基础研究。主要工作及结论如下：1、无铅焊点的热损伤理论研究本文描述单个无铅焊点热损伤电测方法的概念,并分析电测方法的优缺点和可行性。基于弹塑性热应力理论,结合无铅焊点的热载荷实际情况,分析了热对焊点的影响、焊点热损伤和失效的特征,针对焊点热损伤不同机理分析讨论了热蠕变和热疲劳损伤,将其受损截面和孔洞等效为有效损伤承载截面面积,基于能量守恒揭示了无铅焊点的损伤变量与剪切应变间的关系,为讨论损伤变量与电阻应变奠定了理论基础。从金属导体电阻的本质出发,结合固体裂纹等效理论揭示了电阻应变与裂纹扩展的定量关系。基于“有效承载横截面面积”模型和损伤力学导出无铅焊点损伤变量与电阻应变的关系,并进行了模拟实验。研究结果表明,不同载荷下的焊点的电阻应变特性反映了相应损伤变量的变化规律。通过损伤变量建立了焊点的电阻应变与焊点的热蠕变和热疲劳的塑性应变的定量关系,为实现在线电阻测量无铅焊点热损伤的方法提供理论依据。2、无铅焊点特性测试系统研制以无铅焊点电阻及电阻应变与焊点损伤变量的关系为理论依据,采用电子技术、单片机技术和电子测量技术,研制了通过监测无铅焊点电阻描述其损伤过程的测试系统。该系统由上位机(PC)、下位机(单片机)、控制和测试装置的软硬件、测试平台等组成。为了保证测试系统的精度采取了如下的措施：选择精密元器件,应用多数据采集平均后计数,改四探针法为五点差分法等,使得测量电阻精度达到了微欧级。将无铅焊点在热载荷下的温度、时间、电阻、电阻应变等参量,以曲线的方式显示在PC机的界面上,它们反映了焊点的热损伤状态和失效过程。自制温度控制仪,采用Pt100铂电阻作为测温元件,测量分辨率达到0.125℃；实现了电加热炉功率的调节,并辨识系统工作模式,自动记录循环次数。3、电阻应变描述的无铅焊点热损伤实验研究在无铅焊点的恒温剪切蠕变实验中,室温(25℃)和高温(125℃)实验结果表明,两者的电阻应变特性曲线均可分为减速应变区域、线性(稳定)应变区域和加速应变区域,分别对应金属蠕变损伤的第一阶段、第二阶段与第三阶段；电阻应变反映了焊点的热损伤,只需测试焊点在一段时间内少数几个时刻的电阻应变,便判定服役焊点所处的损伤程度；两者不同之处在于高温时的电阻应变大于室温时的电阻应变,表示高温时焊点的损伤大于室温时的损伤,并且使用寿命较室温时短。在无铅焊点的热疲劳实验中,温度范围从40℃到125℃,热循环加剪切应力蠕变疲劳实验结果表明：电阻应变变化过程反映焊点的热疲劳损伤过程；在循环温度范围内,高、低温端的不可逆电阻应变趋势相似,也有减速变化区域、线性(稳定)变化区域和加速变化区域,很好地反映了热蠕变的变化特性,但高温的不可逆损伤略强于低温的不可逆损伤；对焊点在循环的断裂前一两个循环周期研究,发现失效均发生在循环上升阶段。实验结果与理论关系吻合,证明此方法适合作为无铅焊点可靠性检测方法。4、基于电阻应变的无铅焊点热损伤与失效检测应用研究应用电测无铅焊点损伤理论,探讨了无铅焊点厚度的尺寸效应,温度与电阻应变迟滞回线和焊点失效判据,结论如下：(1)无铅焊点厚度的尺寸效应在剪切蠕变条件下,通过试验和有限元仿真的方法,对横截面积为1mm2的不同厚度的矩形焊点(Sn3.5Ag)研究。结果表明,当焊点厚度为0.25mm时,不仅电阻应变最小,而且蠕变性能最优。该无铅焊点的厚度尺寸效应,为其制作工艺提供了理论依据。(2)温度与电阻应变迟滞回线在无铅焊点的热蠕变疲劳中,通过分析和研究温度与电阻应变的关系表明：它们具有类似于材料力学的应力应变迟滞回线的特性,该迟滞回线反映无铅焊点的损伤变化和积累程度,可逆电阻应变范围对应于可逆损伤变化,不可逆电阻应变范围对应于不可逆损伤积累,焊点的失效取决于不可逆损伤积累程度。温度与电阻应变的迟滞回线为无铅焊点热损伤的检测提供了新的检测方法。(3)无铅焊点的失效判据对大量无铅焊点热载荷下的电阻应变特性进行了分析研究,结果显示,每条电阻应变特性曲线均存在线性区域与加速区域的临界点,该临界点与热损伤变量的临界点对应,试验测得的临界电阻应变是0.05左右,过临界点之后焊点热损伤急速积累很快断裂失效,加速变化至失效的时间约占焊点使用寿命的20%-30%；40℃的电阻应变曲线临界点滞后于125℃的电阻应变曲线临界点,滞后时间约占焊点使用寿命的7.5%；在实际检测中临界点作为失效的判据；这些技术参数丰富了无铅焊点的可靠性检测内容。