引言
近年来，无铅焊料的研究日益广泛，以消除含铅焊料带来的潜在健康和环境危害 [1], [2], [3]。其中，SnAgCu（SAC）焊料因其均衡的加工和力学性能，被广泛应用于印刷电路板组装和芯片互连 [4], [5]。随着器件向微型化和薄型化方向发展 [6]，焊点尺寸和间距持续减小。在涉及湿气和施加偏压的使用条件下，焊点可靠性也面临日益严峻的挑战 [7], [8], [9], [10]。因此，电化学迁移（ECM）已成为影响电子封装长期可靠性的主要因素之一 [5], [11], [12], [13]。其基本过程包括薄电解质膜的吸附和凝结、阳极溶解、溶解物种的迁移/扩散、阴极还原以及导电丝的生长。当金属枝晶或导电腐蚀产物路径桥接连导体时发生短路；或者阳极附近的沉淀物通过形成屏障暂时抑制迁移 [11], [14]。
由于SAC焊料合金中Sn的含量通常超过95 wt%，且Sn的热力学活性高于Ag，因此以往关于焊点ECM的研究几乎都集中在Sn枝晶的形成上 [3], [5], [14], [15]。然而近年来，工业界在复杂焊剂残渣条件下报告的银枝晶失效案例日益增多，而关于SAC焊料中银枝晶的学术研究仍然非常有限 [16], [17]。在SAC合金中，Ag主要以Ag3Sn金属间化合物形式存在。粗大的Ag3Sn可能促进微电偶腐蚀和局部腐蚀，损害力学可靠性，而细小且均匀分布的Ag3Sn通常提高耐腐蚀性和强化效果 [18], [19], [20]。这些微观组织差异也可能影响ECM过程中Ag溶解位点的分布和含Ag物种的释放。先前的研究表明，在高温/高湿条件耦合特定卤素环境下，银枝晶可能从Ag3Sn中形成 [21]。然而，这些结果是在Ag含量相对较高的Sn-40Ag合金中获得的。对于实际使用的SAC焊料合金，银枝晶形成的条件和相应机制仍不清楚，需要进一步研究。
影响SAC合金ECM行为的因素有很多 [14], [22]，包括合金成分和合金化元素 [3], [23], [24], [25]、施加偏压和电极间距 [26], [27], [28]，以及污染介质 [29], [30], [31], [32], [33]。这些因素之间强耦合，使得失效行为难以预测。先前研究和工程案例表明，卤素离子作为最常见的腐蚀性污染物之一，在ECM过程中起着关键作用 [30], [31], [34], [35], [36], [37]。卤素离子可能来源于受污染环境或焊剂残渣，而焊剂残渣本身具有吸湿性，进一步促进表面电解质膜的形成 [11]。ECM不仅涉及吸湿液膜的形成，还涉及局部化学环境的演变、沉积物的物理阻挡效应，以及阳极溶解和阴极沉积过程中电化学热力学与动力学的竞争。不同类型和浓度的卤素离子可显著影响这些过程，导致ECM行为高度复杂。这种复杂性也是银枝晶在SAC合金中难以复现和研究的的主要原因之一。
尽管SAC405（4 wt% Ag）在高度密集集成中不如SAC305常见，但仍被特意选为一种富Ag的模型SAC合金。其更大的Ag3Sn比例增加了在实际实验室时间内捕获和表征银主导路径的概率，同时保持了SAC系列的β-Sn/Ag3Sn/Cu6Sn5相组成。在研究环境的选择上，考虑到电子设备组装体上可能残留含碘残渣，且在潮湿条件下可作为离子污染来源，故选择了NaI。先前的研究也发现，在含I?环境中，Ag的ECM敏感性显著高于Sn [38]。为了更准确地揭示控制ECM过程的电化学条件，将施加的偏压分离为阳极电位和阴极电位。采用恒电位极化、循环伏安和双极电沉积测试分别对阳极和阴极过程进行单独研究。结合FIB-SEM/TEM表征，最终阐明了SAC合金中银枝晶的形成条件和机制，也为实际工程应用中防止银枝晶形成提供了参考。
