随着第三代半导体功率器件的广泛应用,对电子器件封装工艺及微焊点力学性能提出了更高的要求。其中,微焊点抗疲劳及抗蠕变性能的提高对微焊点可靠性的提升至关重要。本文以焊点的抗高温性能为研究目标,通过与Sn-5Sb钎料对比研究微量添加元素Cu、Ni、Ag的作用并分析影响机理。同时与SAC305进行比较,从剪切强度、塑性、抗蠕变、硬度、弹性模量等力学性能方面综合评价新钎料的性能,为研发高性能高温无铅钎料提供依据及理论支撑。对三种Sn₅Sb-x Cu Ni Ag钎料进行焊接性的研究,包括不同温度、润湿时间以及助焊剂对润湿性能的影响。对比Sn-5Sb钎料,分析微量元素影响润湿性的机理。分析了Cu基板和Ni（Cu）基板上的微焊点界面IMC层在不同温度时效过程中的生长及演变。对时效后的微焊点进行剪切实验,获得微焊点连接强度及分析微量元素的作用机理。通过纳米压痕测试法研究Sn₅Sb-x Cu Ni Ag/Cu,Sn-5Sb/Cu,SAC305/Cu三种微焊点体钎料在不同时效时间后的硬度、弹性模量。研究了在不同温度下微焊点体钎料的硬度、弹性模量、塑性因子。从焊点体钎料蠕变应力指数、稳态蠕变速率、蠕变激活能三个方面研究三种微焊点高温蠕变性能,并分析耐高温蠕变机理。选择SS1CN0.1A钎料配合不同助焊剂在Cu基板和Ni（Cu）基板上进行润湿性研究,结果表明采用松香型助焊剂润湿性能最好。通过在Cu基板和Ni（Cu）基板上的润湿实验得出随着温度的上升钎料的润湿性增加。通过与Sn-5Sb钎料对比得出微量元素Cu、Ni的添加能改善钎料在Cu基板和Ni（Cu）基板上的润湿性。分析了微量元素提高润湿性的机理:Cu、Ni原子的半径接近,并且Cu和Ni的晶体结构都为面心立方结构,Cu和Ni两者之间固有的亲和性决定了Sn₅Sb-x Cu Ni Ag钎料中Cu、Ni的添加有助于在Cu和Ni（Cu）基板上润湿性能的提高。建立相同尺寸微焊点在不同时效条件下界面IMC生长模型,在（T=150℃,t?（0 h～2016 h））和（T=180℃,t?（0 h～336 h））时效实验条件下,界面IMC层厚度与时效时间的平方根呈一次函数正相关。界面IMC生长模型表明微量元素的添加使得Cu基板上微焊点界面IMC扩散系数D在150℃时效时减小,在180℃时效时扩散系数增加。微量元素的添加使得Ni（Cu）基板上微焊点在180℃时效时界面扩散系数减小。阐明微量元素对界面IMC时效过程中演变的影响规律:微量添加元素Cu,Ni对界面IMC生长过程中新相的析出会产生显著的影响。在Cu基板上,微量元素的添加使得微焊点析出界面IMC的现象受到显著抑制。在Ni（Cu）基板上,微焊点界面IMC由时效前后都为一种（Cu,Ni）₃Sn₄ IMC的结构转变为时效前为（Cu,Ni）₃Sn₄,时效后为两种成分的（Cu,Ni）₆Sn₅/（Cu,Ni）₃Sn₄上/下结构。分析微量元素对高温时效后抗剪切性能的影响,实验结果表明Sn₅Sb-x Cu Ni Ag钎料在Cu基板和Ni（Cu）基板上微焊点剪切强度都高于Sn-5Sb钎料的焊点,微量元素增强焊点剪切强度。并且在高温时效过程中强度下降更为缓慢。微量元素的添加使得微焊点断裂模式由时效前期韧性断裂后期脆性断裂转变为时效前后都为韧性断裂。其中,Cu/Sn-5Sb/Cu焊点时效前为韧性断口,时效后为沿晶脆性断裂。Cu/SAC305/Cu焊点时效前为韧性断裂,时效后为能观察到解理断口的穿晶脆性断裂。Cu/SS0.5CN0.5A/Cu焊点时效后断口韧窝中有第二相（Cu,Ni）₆Sn₅粒子并且大小均匀、韧窝较深、较大,焊点具有较强的塑性变形能力。微量元素对界面IMC生长的影响使得焊点界面处的强度提高,时效后断裂位置不会转移到界面处。由Cu/SS0.5CN0.5A/Cu和Cu/Sn-5Sb/Cu焊点剪切力-位移曲线的比较可以得出微量元素提高微焊点的塑性。微焊点体钎料中会生成数量众多尺寸微小的金属间化合物,使得位错增多并且为位错堆积提供更多障碍,并阻碍晶间滑移,最终导致剪切强度和塑性增加。研究微焊点在不同温度下的原位塑性及蠕变行为,以及高温时效后的塑性。分析了微量元素对蠕变行为影响的机理,揭示较长蠕变时间（120 s）下压痕周围环状塑性变形区的产生机理。以Sn₅Sb-x Cu Ni Ag/Cu焊点中的SS0.5CN0.5A/Cu为代表,与Sn-5Sb/Cu和SAC305/Cu焊点进行对比研究。建立三种微焊点体钎料硬度随时效时间的本构关系模型,在（T=150℃,t?（0 h～2016 h））时效实验条件下,体钎料硬度随时效时间呈一次函数线性关系。建立体钎料的硬度、弹性模量、塑性因子与温度的本构关系模型,温度在25℃～150℃之间时,硬度及弹性模量与温度呈一次函数线性,塑性因子随温度呈指数降低模型。获得三种微焊点的体钎料蠕变应力指数及蠕变激活能,SS0.5CN0.5A/Cu的蠕变应力指数和蠕变激活能都高于Sn-5Sb/Cu和SAC305/Cu焊点,即SS0.5CN0.5A/Cu焊点具有更高的抗高温蠕变性能。通过与Sn-5Sb/Cu焊点的对比揭示了微量元素影响微焊点体钎料高温蠕变性能的机理,即微量元素使得体钎料中增加大量弥散分布的细小化合物,在受力条件下,位错堆积、滑移都受到影响,并且大量的IMC阻碍位错攀移的进行,位错攀移速率的降低决定蠕变速降的降低。焊点的抗高温蠕变性能得到增强。环状塑性变形区主要为沿晶蠕变断裂产生的裂纹。