随着电子封装技术的快速发展,电子产品逐渐向微型化、高集成度化和多功能化方向发展,面阵列铜柱凸点倒装互连封装技术,因具有良好的导热、导电、以及可提供更多的I/O端口数量而受到了广泛关注。目前,铜柱凸点直接互连尚存在工艺实现上的困难,因此,工程应用上常采用锡基焊料实现铜柱凸点与焊盘的互连,但是,这种互连方式因界面存在Cu-Sn原子间的互扩散现象,使得互连接头易产生严重的可靠性问题,特别是电子产品尺寸日益减小的趋势下,导致Cu-Sn互扩散问题变得更加突出。因而,如何抑制界面Cu-Sn互扩散和界面IMC生长问题成为提高面阵列铜柱凸点倒装互连可靠性的关键技术问题。针对这一问题,论文采用纳米α-Fe₂O₃粒子添加制备纳米复合Sn帽铜柱面阵列凸点,研究-65-150oC高低温循环和150oC热老化条件下,纳米α-Fe₂O₃粒子对界面Cu-Sn互扩散、界面IMC生长以及互连接头剪切强度影响规律和影响机制。研究结果表明,在高低温循环条件下,随着α-Fe₂O₃纳米颗粒添加浓度的增加,复合焊料/铜柱界面金属间化合物层的形貌逐渐由笋丁状变得平缓,且其界面Cu6Sn5化合物的晶粒大小逐渐减小。添加适当浓度的纳米颗粒可以明显抑制界面IMC的生长,降低界面IMC层的厚度以及Cu3Sn层的生长速率。同时,不同纳米添加浓度的复合Sn帽铜柱凸点经高低温循环后,其接头剪切强度均随着循环次数的增加呈现先增加后减小的趋势。当循环次数较低时,添加浓度为0.024g/L的纳米复合Sn帽铜柱凸点互连接头剪切强度最大;当循环次数超过100次时,添加浓度为0.032g/L的纳米复合铜柱凸点互连接头剪切强度最大。对比分析表明,添加0.024g/L的α-Fe₂O₃纳米复合Sn帽铜柱凸点互连接头剪切强度随高低温循环次数变化的改变量较小,表明其更能适应温度的变化。通过吸附理论和第二相颗粒增强理论分别分析α-Fe₂O₃纳米颗粒添加浓度对界面IMC生长和互连接头剪切强度的影响机制。在高温热老化条件下,不同添加浓度的α-Fe₂O₃纳米复合Sn帽铜柱凸点界面IMC层的厚度均随着热老化时间的延长而呈现一直增加的趋势。在相同的热老化时间下,随着α-Fe₂O₃纳米颗粒添加浓度的增加,复合Sn帽铜柱凸点界面IMC的厚度及对应的生长速率常数均先减小后增加,互连接头剪切强度则先增加后减小。当纳米颗粒的添加浓度为0.024 g/L时,纳米复合Sn帽铜柱凸点界面IMC层的生长速率常数最小,互连接头剪切强度最大,具有良好的力学性能稳定性。