本项目属于微电子封装制造领域。微电子封装结构的可靠性是集成电路制造领域长期关注的科学问题。随着信息技术的发展，电子产业在国民经济中占据重要地位。我国针对封装结构的研究起步较国外晚，目前仍与国际先进水平存在不小差距。电子封装结构是集成电路的核心部件之一，主要起到有效固定芯片，保证芯片良好的工作环境，并提供芯片与电路之间电流及导热通路的作用。封装结构的稳定性很大程度上能够决定整个电子设备的可靠性及工作效率。随着电子产品尺寸不断减小，封装密度不断增大，以及无铅焊料的广泛应用，带来了很多新的破坏模式，严重制约着封装技术的进一步发展。无铅焊料与铜基板之间会形成准脆性金属间聚合物层（IMC），随着焊点尺寸的减小，IMC层导致的焊点结构失效愈加显著，同时，随着高温及高电流加载，IMC层会生长变厚，导致结构抗变形能力更弱，更易失效。目前对于IMC材料制备、力学性能及生长规律等的研究还较为欠缺，严重制约着其对焊点结构可靠性影响的有效评估。随着无铅焊料的普及，其力学性能受到广泛关注。封装结构服役过程中，焊点需承受热应力疲劳加载，大部分目前常用的金属材料疲劳预测模型物理意义不明确，或者无法较好的适用于焊料的疲劳研究。高电流密度会导致电迁移现象，在焊点内部形成大量微孔洞，并在电流作用下拓展，最终发展成宏观裂纹，导致结构失效。之前的电迁移寿命预测模型多为经验公式，且有限元计算模型复杂，计算效率低下。申请人团队针对这些失效模式及相关力学机理进行了较为系统的研究。主要成果包括：

（1）从能量角度出发，结合相变理论及热力学第二定律，通过建立材料内部缺陷能表征方程，再运用极值定理，得到了焊料疲劳裂纹萌生及扩展的预测模型。该模型具有明晰的物理背景，并成功的应用于不同金属材料的疲劳寿命预测中。

（2）采用内聚区断裂力学表征IMC导致的焊点层间断裂，并考虑了IMC厚度、材料弹性模量等对焊点力学性能的影响，为焊点可靠性评估提供了有效途径。通过考虑温度对焊料率敏感性的影响，建立了基于统一蠕变塑性理论的焊料本构方程。再将二者结合，建立了封装结构三维有限元计算模型，并用于研究动态荷载下封装结构及其微尺度焊点的损伤失效过程。

（3）基于质量守恒原理建立了电迁移导致的物质流动偏微分方程式，通过计算力学方法对多物理场进行解耦，得到了物理意义更为明确，计算效率较高的孔洞扩展预测模型。

（4）对潜在的新型焊接材料非晶合金的力学性能进行了探索。借助准点缺陷理论，对典型金属玻璃α弛豫进行了物理描述，建立了典型大块金属玻璃在α弛豫过程中宏观性能与其微观物理机制之间的关系。研究了非晶合金的塑性、蠕变等力学性能。

    围绕上述研究，本项目研究工作历时10年，20篇代表作论文发表在International Journal of Plasticity、Acta Materialia、Physical Review B等本领域高影响力国际期刊上。相关研究共发表学术论文100余篇，SCI收录70余篇，其中JCR一区、二区论文50篇，EI收录90余篇。论文被麻省理工大学、耶鲁大学、美国国家实验室、法国国家科学院、中科院力学所、物理所、金属所、清华大学等100 余家国内外大学和研究机构的学者引用600余次，他引论文分布在100余种国内外学术刊物和专著上。