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随着高密度的电子封装技术快速发展,焊点的尺寸和互连高度不断减小,界面反应和界面微观结构对焊点性能的影响越来越大,对焊点的可靠性提出了新的要求。另一方面,Sn-Ag系合金焊料被认为是迄今为止封装行业中最理想的无铅焊料。但是,Sn-Ag二元合金相比于传统锡铅焊料,在润湿性和熔点上仍有一定差距。通过加入其它元素的方式能够提高Sn-Ag合金的性能,其中最具有发展前景的是SnAgZn和SnAgCu合金。本文选取了Sn-3.5Ag-0.7Cu、Sn-2Ag-2.5Zn、Sn-2Ag-4Zn作为焊料合金,利用单晶铜作为基体,采用等温时效的方法,对不同焊料和铜单晶的界面反应进行研究,得出金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)的分析结果,及其生长动力学随基体取向和焊料组分的变化规律;此外,本文还探讨了互连高度对焊点IMC生长的影响。研究表明:Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu焊点在回流过程中,界面处形成Cu6Sn5金属间化合物,单晶铜表面铜原子的溶解速率更快,在靠近铜一侧的焊料中形成铜浓度较高的区域,生成的Cu6Sn5层厚度要比多晶铜的更大。(111)晶面铜单晶上的Cu6Sn5呈棱柱状分布,具备一定的择优取向。随着回流温度的升高,(111)晶面铜单晶上的Cu6Sn5逐步从扇贝状向棱柱状变化。在老化的过程当中,界面金属间化合物层的厚度持续增大,IMC形貌变得平整,在Cu6Sn5层和铜基板之间出现Cu3Sn层,单晶铜上Cu3Sn的生长速率大于多晶铜上Cu3Sn的生长速率,相反地,单晶铜上Cu6Sn5的生长速率小于多晶铜上Cu6Sn5的生长速率。Sn-2Ag-2.5Zn/Cu焊点在回流过程中界面形成一层连续的扇贝状Cu6Sn5,单晶铜表面形成Cu6Sn5晶粒尺寸要比多晶铜的大。当采用含Zn量较高的Sn-2Ag-4Zn焊料进行焊接时,界面形成Cu5Zn8和Cu6Sn5双层结构。时效过程中,Cu5Zn8不稳定,发生破碎,焊料与铜基板直接接触造成Cu6Sn5快速生长。互连高度对于Cu/SnAgCu/Cu的界面反应有一定影响。在回流过程中,随着互连高度的减小,界面IMC的厚度减小。对于10μm焊点,当时效时间达到384h,上下界面的IMC相互接触,焊料层消耗完全,Cu6Sn5停止生长。Cu/SnAgCu/Cu焊点的上下界面IMC具有不同生长速率,(111)铜上的Cu3Sn的生长速率要远大于多晶铜上Cu3Sn的生长速率。主要原因是(111)铜上形成的Cu3Sn晶粒呈柱状分布,且晶界基本与(111)铜表面垂直,多晶铜上形成的Cu3Sn呈不规则分布。Cu原子沿晶界扩散的速率最快,造成(111)铜上Cu3Sn的生长速率更快。