2. 互连材料电迁移失效的电流密度阈值测定
试验对象与阈值定义
本案例以Cu/SnAgCu/Cu焊点互连结构为对象，测定电迁移临界电流密度 Jcrit。定义：在给定温度下，当互连阴极界面出现可判定的空洞或阳极界面出现显著挤出/丘凸，且电阻变化率 ΔR/R₀ ≥ 10% 时，对应的电流密度即为该温度下的临界电流密度。试验采用恒流加载，通过阶梯式提升电流密度来逼近阈值，避免单次大电流直接烧毁而无法定位临界点。
恒流加速试验设计
试验矩阵设置四个温度点：100°C、125°C、150°C、175°C，每个温度点使用5个相同焊点样品。电流密度从 5×10³ A/cm² 起步，每 24 小时按 1.25 倍递增，直至样品失效或达到 5×10⁴ A/cm² 上限。加载过程中持续监测四线法电阻，每 10 分钟记录一次。判定失效后立即停止该样品加载，并记录失效时间、失效电流密度和失效模式。
关键控制点：① 使用四线法消除引线电阻影响；② 样品置于独立温控台上，温度波动控制在 ±2°C；③ 电流递增前确认电阻稳定，避免热漂移误判；④ 每个电流密度台阶至少保持 24 小时，确保电迁移损伤充分累积。
阈值测定与温度影响分析
对每个温度点，取5个样品失效电流密度的中位数作为该温度的 Jcrit。预期规律：温度升高时，原子扩散系数增大，电迁移损伤累积加快，因此 Jcrit 随温度升高而降低。将各温度下的 Jcrit 绘制成 Arrhenius 型关系图，可观察阈值随温度的变化斜率，并初步判断主导扩散机制。
结果判读与记录要点
每个温度点试验结束后，汇总5个样品的失效电流密度，取中位数作为该温度的 Jcrit。若某样品在最高电流密度下仍未失效，记为右删失数据，不参与中位数计算但需在报告中注明。温度对阈值的影响可用线性回归拟合 ln(Jcrit) 与 1/T 的关系，斜率反映激活能量级。若斜率明显偏离单一扩散机制预期，需检查是否存在界面反应、焦耳热或温度测量偏差等干扰因素。
记录表应包含：样品编号、温度、起始电流密度、各台阶电流密度、失效时间、失效电流密度、失效模式（阴极空洞/阳极挤出/两者兼有）、电阻变化曲线备注。建议同时保存失效后的截面SEM图像，用于确认电迁移特征。