electron microscope(SEM).The thickness of IMC layer after storage at 94C,120C and 150C for different time(1 day,4 day.9 day,16 day,25 day,36 day,49 day)was monitored.The growth process of IMC is controlled by diffusion.As the storage time increased,the thickness of the IMC layer gradually increased.The growth rate of IMC layer increases with the increase of storage temperature,because the higher diffusion coefficient.Based on Arrhenius equation,the growth kinetics model of IMC with bilateral interface is established.The failure density function is obtained by fitting the initial IMC thickness with normal distribution,and then the reliability function is obtained to predict the long-term storage failure life of QFP assembly solder joints.Finally,we calculate the median life and characteristic life of QFP assembly solder joints,which are 16092 years and 17471 years,respectively.These results are expected to provide a new way to predict the life of solder joints stored for a long time,and provide experimental and data support for the reliable application of 62Sn36Pb2Ag solder KEY WORDS 62Sn36Pb2Ag:QFP device:Intermetallic compounds;Soldering:Long-term Storage:Life prediction 电子器件的封装互连结构中广泛存在着大量的锡基合金焊点，如芯片基板，集板-印制电路板 (PCB)之间的相互连接，这些互连接头是连接电子产品各部件、实现电器件功能化复杂化的 关键部位。尽管在2006年7月欧盟颁布实施的《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指 令》中禁止了含铅钎料在消费电子领域中的应用，但在航空航天、医疗健康等一些高可靠需求的领域， 含铅钎料仍然不可取代7。S63Pb37共晶钎料是最为常用的一种含铅钎料它在金、银、铜、镍等基 板表面均具有优异的润湿性能，但是其剪切强度较低、抗腐蚀性能差。为解决以上问题，目前业界 多采用62S36Pb2Ag作为互连材料，这种接近饱和状态(Ag在Sn-Pb共晶钎料中的溶解度约3%)的 银含量可以有效抑制了界面附近脆性AgSn相富集，提高耐蚀性能，弥散分布的AgSn相可以对接 头强化，提高焊点的力学性能网：并且银元素的添加还可以使熔点下降，降低回流温度， 62S36Pb2Ag的熔点仅为178C。然而，目前关予62S36P%2Ag钎料互连接头可靠性的研究仍然十 分有限。 在电子产品的整机故障中，近50%是由焊点的失效引起。大量的研究指出互连接头性能的衰 退往往与互连界面的金属间化合物(IMC)演变行为息息相关，过厚的金属间化合物(MC)会使 得连接不够可靠，诱导裂纹及缺陷的形成导致失效，。即使在不施加外部载荷的长期贮存过程中， 焊点也会因为内部界面金属间化合物的生长及演变而发生失效。因此，焊点的长期贮存失效寿命预 测是电子产品可靠性分析的重要组成部分。众多的研究者对铜与锡基钎料之间的界面反应及焊点强 度等行为进行了深入的研究。犬连理上大学赵宁等人用准原位的方式成功建立了温度梯度下B-S晶 粒取向与MC生长的关系必南昌大学胡小武等人发现Ni改进的多壁碳纳米管(MWCNTs)以及 Cu改进的石墨烯可以抑制SAC③05/Cu界面处MC的生长，提高焊点强度s,16。上海工程技术大学 陈捷狮等人发现在纯Sn纤料中糁杂少量的Ni元素便可以抑制NiSn的生长，改善微焊点性能)。 有限元仿真高以避免复杂昂贵的可靠性试验，成本低廉，是目前应用最为广泛的焊点寿命 预测方式之一2-《例如，Jin等人利用有限元仿真和修正的Coffin-Manson寿命预测方程对LGA 焊点的热疲旁命进行了预测四。在我们之前的研究中，基于ANSYS软件对PCB组装板级多器件 跨尺度焊点的疲寿命进行了有限元计算)。尽管学术界和产业界的研究者们提出了各种各样的焊 点寿命预测模型，这种方式的预测精度仍然有限，往往为实际寿命的2~3倍。焊点材料的非线性 性能变化规律、形状、结构均会对失效寿命带来影响，这些参数难以完全在有限元中模拟。因此，这 种方式的寿命预测精度难以取代试验。 焊点的失效主要是由于硬脆的金属间化合物层的过度积累导致缺陷的萌生与扩展s,2,因此可 以选取MC层厚度作为关键性能退化参数对焊点寿命进行预测。然而，室温贮存试验时间往往需要 持续20年以上，如此长的试验周期势必会带来昂贵的时间及经济成本。有界面MC生长行为主要 由扩散过程控制，因此可以采用提高贮存温度的方式加快其生长速率，从而加速贮存可靠性试验的 进程，进而实现快速、准确的焊点失效寿命预测阿。electron microscope (SEM). The thickness of IMC layer after storage at 94 °C, 120 °C and 150 °C for different time (1 day, 4 day, 9 day, 16 day, 25 day, 36 day, 49 day) was monitored. The growth process of IMC is controlled by diffusion. As the storage time increased, the thickness of the IMC layer gradually increased. The growth rate of IMC layer increases with the increase of storage temperature, because the higher diffusion coefficient. Based on Arrhenius equation, the growth kinetics model of IMC with bilateral interface is established. The failure density function is obtained by fitting the initial IMC thickness with normal distribution, and then the reliability function is obtained to predict the long-term storage failure life of QFP assembly solder joints. Finally, we calculate the median life and characteristic life of QFP assembly solder joints, which are 16092 years and 17471 years, respectively. These results are expected to provide a new way to predict the life of solder joints stored for a long time, and provide experimental and data support for the reliable application of 62Sn36Pb2Ag solder. KEY WORDS 62Sn36Pb2Ag; QFP device; Intermetallic compounds; Soldering; Long-term Storage; Life prediction 电子器件的封装互连结构中广泛存在着大量的锡基合金焊点，如芯片-基板，基板-印制电路板 （PCB）之间的相互连接[1-6]，这些互连接头是连接电子产品各部件、实现电子器件功能化复杂化的 关键部位。尽管在 2006 年 7 月欧盟颁布实施的《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指 令》中禁止了含铅钎料在消费电子领域中的应用，但在航空航天、医疗健康等一些高可靠需求的领域， 含铅钎料仍然不可取代[7]。Sn63Pb37 共晶钎料是最为常用的一种含铅钎料，它在金、银、铜、镍等基 板表面均具有优异的润湿性能[8]，但是其剪切强度较低、抗腐蚀性能差。为解决以上问题，目前业界 多采用 62Sn36Pb2Ag 作为互连材料，这种接近饱和状态(Ag 在 Sn-Pb 共晶钎料中的溶解度约 3 %)的 银含量可以有效抑制了界面附近脆性 Ag3Sn 相富集，提高耐蚀性能，弥散分布的 Ag3Sn 相可以对接 头强化，提高焊点的力学性能 [9]；并且银元素的添加还可以使熔点下降，降低回流温度 ， 62Sn36Pb2Ag 的熔点仅为 178 °C。然而，目前关于 62Sn36Pb2Ag 钎料互连接头可靠性的研究仍然十 分有限。 在电子产品的整机故障中，近 50 %是由焊点的失效引起[10]。大量的研究指出互连接头性能的衰 退往往与互连界面的金属间化合物（IMC）演变行为息息相关，过厚的金属间化合物（IMC）会使 得连接不够可靠，诱导裂纹及缺陷的形成导致失效[11-13]。即使在不施加外部载荷的长期贮存过程中， 焊点也会因为内部界面金属间化合物的生长及演变而发生失效。因此，焊点的长期贮存失效寿命预 测是电子产品可靠性分析的重要组成部分。众多的研究者对铜与锡基钎料之间的界面反应及焊点强 度等行为进行了深入的研究。大连理工大学赵宁等人用准原位的方式成功建立了温度梯度下 β-Sn 晶 粒取向与 IMC 生长的关系[14]。南昌大学胡小武等人发现 Ni 改进的多壁碳纳米管（MWCNTs）以及 Cu 改进的石墨烯可以抑制 SAC305/Cu 界面处 IMC 的生长，提高焊点强度[15,16]。上海工程技术大学 陈捷狮等人发现在纯 Sn 钎料中掺杂少量的 Ni 元素便可以抑制 Ni3Sn4的生长，改善微焊点性能[17]。 有限元仿真分析可以避免复杂昂贵的可靠性试验，成本低廉，是目前应用最为广泛的焊点寿命 预测方式之一[9-12][18-21]。例如，Jin 等人利用有限元仿真和修正的 Coffin-Manson 寿命预测方程对 LGA 焊点的热疲劳寿命进行了预测[22]。在我们之前的研究中，基于 ANSYS 软件对 PCB 组装板级多器件 跨尺度焊点的疲劳寿命进行了有限元计算[23]。尽管学术界和产业界的研究者们提出了各种各样的焊 点寿命预测模型，这种方式的预测精度仍然有限，往往为实际寿命的 2~3 倍[24]。焊点材料的非线性 性能变化规律、形状、结构均会对失效寿命带来影响，这些参数难以完全在有限元中模拟。因此，这 种方式的寿命预测精度难以取代试验。 焊点的失效主要是由于硬脆的金属间化合物层的过度积累导致缺陷的萌生与扩展[25, 26]，因此可 以选取 IMC 层厚度作为关键性能退化参数对焊点寿命进行预测。然而，室温贮存试验时间往往需要 持续 20 年以上，如此长的试验周期势必会带来昂贵的时间及经济成本。有界面 IMC 生长行为主要 由扩散过程控制，因此可以采用提高贮存温度的方式加快其生长速率，从而加速贮存可靠性试验的 进程，进而实现快速、准确的焊点失效寿命预测[27]。 录用稿件，非最终出版稿