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微电子封装技术不断朝着高密度、高可靠性的趋势发展。在此背景下,三维(3D)封装等先进封装技术应运而生,成为半导体技术以低成本延续摩尔定律的重要出路之一。3D封装技术中微焊点尺寸不断减小,导致电流密度的急剧增加,焦耳热问题突出,一方面提高了微焊点的温度,可能导致钎料熔化;另一方面,由于焦耳热分布不均匀,在微焊点中易形成温度梯度,从而引发金属原子的热迁移,影响微焊点界面反应。本论文采用极具应用前景的Sn-Zn和Sn-Cu无铅钎料,研究Ni/Sn-x Zn/Ni和Ni/Sn-xCu/Ni微焊点在温度为265oC、温度梯度为1304oC/cm条件下钎焊时的界面反应,揭示Zn、Cu含量与热迁移对界面IMC生长、演变以及Ni基体溶解行为的影响机制。研究表明:(1)Ni/Sn-x Zn/Ni微焊点中,均发生冷、热端界面IMC的非对称生长和转变,以及Ni基体的非对称溶解现象。Zn含量显著影响界面IMC的生长与演变,参与界面反应的主要扩散元素在初始阶段为Zn,在反应后期为Ni和Sn。因此,随着反应的进行或Zn含量的降低,界面IMC的转变顺序为:Ni5Zn21??相?(Ni,Zn)3Sn4?Ni3Sn4,增加Zn含量可延缓界面IMC的转变。冷端界面IMC的厚度始终大于热端的,而热端界面IMC转变始终比冷端更快速、更充分,表明Zn和Ni原子均由热端向冷端迁移。当钎料中Zn含量大于5 wt.%时,可显著降低冷端界面IMC的生长速率和热端Ni基体的溶解速率。(2)在Ni/Sn-0.3Cu/Ni微焊点中,界面IMC始终为初始的(Ni,Cu)3Sn4,但出现冷端界面IMC厚度明显大于热端的非对称生长现象;在Ni/Sn-0.7Cu/Ni和Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点中,界面IMC逐渐由初始的(Cu,Ni)6Sn5转变为(Ni,Cu)3Sn4,同时出现冷端滞后于热端的非对称转变现象。微焊点中Cu含量的增加,使得冷、热端界面IMC转变均延缓。Cu和Ni原子的热迁移方向均由热端指向冷端,主热迁移元素受到钎料中Cu含量的影响,随着Cu含量的降低,主热迁移元素依次为Cu、Cu和Ni以及Ni。此外,热迁移促进了热端Ni原子向钎料中的扩散,加速了热端Ni基体的溶解,溶解到钎料中的Ni原子大部分迁移到冷端并参与界面反应;相反,热迁移显著抑制了冷端Ni原子的扩散,因此冷端Ni基体几乎不溶解。(3)等温回流下发生界面反应时,Cu、Zn原子含量引起的界面IMC的演变顺序与热迁移过程一样,但两侧界面IMC呈对称性生长,IMC的生长与转变均比热迁移过程缓慢。热迁移过程,冷端IMC随时间呈线性生长,受反应(表面扩散)控制;热端IMC随时间呈抛物线规律生长,受体扩散或晶界扩散控制。