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电子产品不断向微型化方向发展,封装中焊点的尺寸则持续减小,这导致通过焊点的电流密度持续升高。当通过焊点的电流密度超过104A/cm2时,焊点中的元素扩散及界面反应都会受到电迁移的影响,因此电迁移作用下焊点中元素扩散及界面反应已成为微电子封装领域中的研究热点。由于实际倒装焊点结构的不对称性,在焊点的电流入口及出口端必然会存在严重的电流拥挤效应及焦耳热效应,从而使焊点的电迁移现象非常复杂。为了更好地揭示电迁移的作用机理,本论文首先研究了“纯化条件下”电迁移对Cu/Sn/Cu、Cu/Sn/Ni及Ni/Sn/Ni-P线性焊点中元素扩散、交互作用及界面反应的影响；在线性焊点的实验结果的基础上,进一步研究了电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu及Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Ni-P倒装焊点界面反应及失效机理的影响。本论文的主要研究结论：1、在电迁移作用下,Cu/Sn/Cu焊点中界面金属间化合物(Intermetallic compound-IMC)的生长呈现明显的“极性效应”,即阳极界面IMC的厚度要明显大于阴极界面IMC的厚度。阳极界面IMC的生长动力学符合抛物线规律,而且电流密度越大、温度越高,界面IMC的生长速率就越大。阴极界面IMC的生长比较复杂,即在电迁移初始阶段由于界面IMC较薄,界面IMC厚度先增加,当达到临界厚度后,界面IMC的厚度开始减小。建立了相应的生长模型来解释电迁移过程中阴阳两极界面IMC生长规律,此模型的计算结果与实验结果相吻合。2、电迁移过程中电子的流动方向影响Cu/Sn/Ni焊点中的Cu-Ni交互作用。在固/固电迁移条件下,Cu原子只有在顺电子风扩散时才能够扩散到对面Sn/Ni界面并改变界面IMC的类型,即由Ni3Sn4转变为(Cu,Ni)6Sn5。在逆电子风扩散时并不能扩散到对面Sn/Ni界面；对Ni原子而言,无论电子运动方向如何都无法大量地扩散到对面Sn/Cu界面。液/固电迁移条件下,焊点中原子的扩散及Cu-Ni交互作用更加明显,无论电子运动方向如何,Cu原子都能够扩散到对面Sn/Ni界面并改变Sn/Ni界面IMC的类型及形貌；Ni原子只有在顺电子风扩散时才能够扩散到对面Sn/Cu界面,而在逆电子风扩散时并不能扩散到对面Sn/Cu界面。总之,无论是在固/固条件下还是在液/固条件下,电迁移过程中界面IMC的生长都呈现极性效应。3、电迁移过程中电子的流动方向对Ni/Sn/Ni-P焊点中Ni-P层的消耗起决定性作用。当电子由Ni-P端流向Ni端时,阴极Sn/Ni-P界面IMC为Ni2SnP。电迁移加速了Ni-P层的消耗,即随着电迁移时间延长Ni-P层的消耗显著增加,电迁移400h后,Ni-P层已经完全转变为Ni2SnP和Ni3P。当电子由Ni端流向Ni-P端时,阳极Sn/Ni-P界面IMC为Ni3Sn4,在电迁移过程中并没有发现Ni-P层的明显消耗。4. Ni/Sn3.OAgO.5Cu/Cu倒装焊点在电迁移过程中只存在一种失效模式。当电子由基板(Cu)端流向芯片(Ni)端时,电流拥挤效应导致基板端的Cu焊盘在电流入口处出现局部快速溶解现象,并导致裂纹在阴极界面处萌生。在150℃、1.0x104A/cm2条件下电迁移1000h后,阴极Cu焊盘已经完全消耗,裂纹贯穿整个阴极界面；在180℃.1.0x104A/cm2条件下电迁移143h后,焊点已经发生失效。5. Ni/Sn3.OAgO.5Cu/Ni-P倒装焊点在电迁移过程中存在两种失效模式。当电子由基板(Ni-P)端流向芯片(Ni)端时,电迁移加速了阴极Ni-P层的消耗,并有裂纹在阴极界面生成。在150℃,1.0x104A/cm2条件下电迁移600h后,阴极Ni-P层完全消耗并且裂纹贯穿了整个阴极界面。当电子由芯片(Ni)端流向基板(Ni-P)端时,电迁移过程中阴极端Ni UBM层和Cu焊盘都出现大量消耗并导致裂纹在阴极界面处生成。在150℃、1.0x104A/cm2条件下电迁移600h后,芯片端电流入口处的Cu焊盘大量消耗,并有裂纹产生。在180℃,1.0x104A/cm2条件下电迁移155h后,焊点已经发生失效。