摘要
深空探测期间，航天器的部分精密电子器件需要暴露在深空极端环境下，这就对电子封装互连结构的可靠性提出了更高的要求。在钎料中加入纳米颗粒增强相是提高微焊点可靠性的一种有效途径。 本文通过机械混合法制备Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO2(SAC305-xTiO2,x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)复合钎料，利用-196℃～150℃热冲击试验研究了SAC305-xTiO2微焊点在极端温度环境下的钎料基体与界面微观组织演变规律，并对微焊点的剪切性能及断裂行为进行了表征，探索了TiO2纳米颗粒对微焊点微观组织演化、界面金属间化合物(IntermetallicCompound,IMC)生长行为及力学性能的影响规律。研究发现，在钎料中加入0.05wt.％和0.1wt.％的TiO2纳米颗粒可以细化钎料微观组织，并有效抑制IMC层的生长，这可以归结于TiO2纳米颗粒和Ag3Sn颗粒的表面吸附效应;随着热冲击次数的增加，所有微焊点的剪切力大体上都呈现出减小的趋势，其断裂模式都由韧性断裂变为韧脆混合断裂;但由于界面IMC的剥离现象，250循环后SAC305-0.2TiO2微焊点界面IMC厚度明显下降，其断裂模式又变为韧性断裂。在SAC305钎料中加入适量的(0.05wt.％和0.1wt.％)TiO2纳米颗粒可以提高微焊点的剪切力性能以及抑制热冲击过程中断裂行为向脆性断裂的转变，其中0.05wt.％TiO2纳米颗粒的效果更好。 探索了Cu/SAC305/Ni和Cu/SAC305-0.05TiO2/Ni微焊点在-196℃～150℃热冲击条件下的界面组织演变、裂纹萌生及扩展规律，探明了其失效模式及失效机理，并进一步阐明了TiO2纳米颗粒添加对微焊点可靠性的影响机理。结果表明，热冲击200次后,SAC305/Ni界面的(Cu,Ni)6Sn5化合物层和Ni基底之间生成了新相(Ni,Cu)3Sn4;0.05wt.％TiO2纳米颗粒的添加抑制了界面IMC的生长，热冲击过程中SAC305-0.05TiO2/Ni界面IMC厚度始终低于SAC305/Ni界面;热冲击200次后，Cu/SAC305/Ni微焊点在Ni焊盘一侧(Cu,Ni)6Sn5层内出现裂纹并继续扩展，导致微焊点在250循环后脆性失效;热冲击250次后，Cu/SAC305-0.05TiO2/Ni微焊点在Ni焊盘一侧的(Cu,Ni)6Sn5层内发现较短的裂纹;0.05wt.％TiO2纳米颗粒的添加，有效提高了SnAgCu无铅微焊点在极端温度环境下的可靠性。
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