界面反应对于微电子互连体的可靠性具有重要的影响,尤其是对于倒装焊点。通常,当电子器件运作时,其互连焊点会遭受热场以及电场的作用。因此,研究热场以及电场下的无铅焊料的界面反应显得意义重大。本论文着重研究了无铅Sn-9Zn互连焊点的电迁移行为,并发现了一种可以有效抑制无铅焊点电迁移失效的方法。同时,对热场下FeNi/SnZn以及Ni/Sn-xZn的界面反应也做了相应的研究。　　 对Sn-9Zn/Cu互连界面的电迁移现象研究表明:高密度电流引发了SnZn/Cu界面化合物的“反常极性效应”,即阴极界面化合物的生长明显快于阳极界面化合物的生长。这种反常的极性效应被认为是Sn原子和Zn原子沿着相反方向的电迁移所导致的,而Sn原子与Zn原子的反向迁移则是由于其较大的有效电荷数差异所诱发。在电子风力的作用下,Sn原子向阳极迁移；而其迁移所导致的回流力驱使Zn原子向阴极迁移。通过对Zn原子迁移的动力学分析,解释了阴阳两极界面化合物的差异生长。　　 对Ni/Sn-9Zn/Cu耦合互连界面的电迁移现象研究发现界面化合物的生长与电流方向密切相关。当电子流由Ni端流向Cu端时,Cu5Zn8相和Ni5Zn21相分别在SnZn/Cu以及SnZn/Ni界面上形成。而当电子流反向时,也就是电子流由Cu端流向Ni端时,电流引发了互连界面化合物的相变。在SnZn/Ni界面,Cu6Sn5相取代了Ni5Zn21相；在SnZn/Cu界面,β-CuZn相取代了Cu5Zn8相。基于Zn原子与Cu原子的扩散动力学分析表明,不同电子流方向导致各原子流扩散方向及大小发生变化是诱发界面相变的主要因为。　　 发现了一种抑制互连焊点电迁移失效的方法:通过引入预应变于SnBi焊点中,电流作用下Bi的界面偏聚被有效抑制。对于经过预应变塑性变形处理的SnAgCu焊料凸点,经长时间电流加载后其阴阳两极界面上的化合物组织结构仍保持对称,没有发生常见的“极性效应”,即阳极化合物比阴极化合物厚的现象。因而,预应变塑性变形处理提供了一种独特而又有效的抑制互连凸点电迁移失效的方法。初步分析认为其抑制机理是位错对主扩散原子的钉扎作用延缓了原子的扩散速率。　　 对Cu/FeNi/Sn/FeNi/Cu互连界面的电迁移现象研究表明:电流引发了Sn/FeNi界面化合物FeSn2相的“反常极性效应”,即阴极FeSn2化合物的生长明显快于阳极FeSn2化合物的生长。这种反常的极性效应被认为是Fe原子沿着电子流相反方向的迁移所致。同时,一层富Cu相靠近FeSn2相在阳极界面生成。通过对Fe原子与Cu原子迁移的动力学分析,解释了阴阳两极界面化合物的差异生长。　　 研究了FeNi/SnZn的界面反应以及分析了其界面化合物的生长动力学。实验结果表明:其界面生成物为Fe-Zn相而非Fe-Sn相。因为在于Fe与Zn的相互作用比Fe与Sn的相互作用更强。计算分析表明,Fe-Zn相的生长因子接近0.5,即Fe-Zn相为扩散控制的抛物线生长,即使在高温下也是如此。Fe-Zn相的形成激活能为42KJ/mol,与报道数值相符。　　 在电子器件及其印刷电路板中,Ni被广泛的用作可焊阻挡层。在回流和时效中,如果不对Sn-Ni界面化合物以及富P相的生成加以控制,其生长会降低焊点的可靠性。因而限制Ni-Sn化合物的生长以及富P相的生成显得非常有必要。研究发现:微量Zn的添加使Sn/Ni界面原有的Ni3Sn4相发生了改变,即在回流和固态时效的过程中,三元的Ni4(Sn1-x,Znx)相于Sn/Ni界面上生成,而不是Ni3Sn4相。对于三元固溶体Ni4(Sn1-x,Znx)相,其晶格参数随着Zn含量的增加而收缩,遵循Vegard定律。所以相对于Ni3Sn4相,元素更难扩散通过晶格稠密的Ni4(Sn1-x,Znx)相与基体反应,进而含Zn的Sn焊料表现出了更慢的消耗Ni-P UBM的速率。