基于微结构的环境友好超微连接可靠性多物理场耦合模拟

随着电子封装焊点尺寸的持续减小和环境友好焊料的采用，超微焊点的可靠性问题显得极为严峻。在焊点尺寸减小到100微米或以下时，焊点中的微结构因素，诸如相的类型、含量、成分、大小、形貌以及分布等，对焊点可靠性起着决定性的作用。然而，传统的焊点有限元可靠性模型将焊点处理为性质均匀的物体而忽略其微结构的做法至今没有质的转变。此外，在当前和未来的多功能便携电子产品中，高密度的电子封装必然使得超微焊点的服役环境变得更为恶劣，电迁移、热迁移等多物理场因素势必影响超微焊点的可靠性。本项目拟建立环境友好超微焊点微结构、热循环、电、热迁移及可靠性的多物理场耦合模型和多物理场耦合模拟平台，辅以相关实验，探讨超微焊点微结构特征、微结构对可靠性的影响以及超微焊点微结构与电、热迁移等多物理场因素间的交互作用机制，从而系统全面地、定量地回答环境友好超微焊点在尺寸减小后，其微结构和可靠性与传统大尺寸焊点相比的共性和差异性。

本项目在现有软件、工具和编程语言的基础上，开发计算接口程序，使现有软件与工具构成集成微结构的多物理场耦合模拟与仿真平台。在此平台基础上，项目组研究了超微连接原子尺度和介观尺度的微结构形成，尤其是超微连接大小和几何形状对超微连接微结构的影响，积累了大量的超微连接在凝固和固态相分离过程中的微结构演化数据。本项目进一步研究了超微连接介观尺度微结构在多物理场因素热、力和电作用下的响应，结果表明材料微结构对超微连接可靠性有决定性的影响。本项目基于奇异值分解提出了超微连接微结构特征的量化表征方法，即引入微结构指标，该方法能量化超微连接大小与几何形状对微结构指标的影响，结果表明超微连接微结构指标随微连接尺寸减小而增大，且沙漏形微连接内的微结构指标要高于圆桶形。在耦合应变能的超微连接固态相分离微结构演化数据中，发现了超微连接内微结构指标与超微连接内线弹性平均应力的单调非线性关系。..本项目已发表SCI收录论文3篇，正在出版中的SCI收录论文3篇，EI已收录国际会议论文8篇，EI待收录EI国际会议论文2篇，培养已获学位学术型硕士1人，在读学术型硕士1人，获美国TMS材料学会第141届年会分会邀请报告1次。