三维芯片封装层级和芯片堆叠数量逐渐增加时,同一封装体内由下至上的互连焊点尺寸和间距逐层减小,包括最底层尺度为几百微米的球栅阵列（Ball grid array,BGA）焊点到上层堆叠芯片间尺度为数微米的铜柱微凸点焊点共存于同一封装结构中。随着此类封装中互连焊点尺寸呈数量级的减小,小尺度铜基底焊点内可能只有几个晶粒甚至单个晶粒,此时焊点尺寸和铜基底晶粒取向对焊点形成过程的界面反应行为及焊点可靠性的影响尤为重要。然而,目前非常缺乏关于尺寸从数百微米到几微米尺度范围的跨尺度单晶铜/锡帽凸点互连焊点界面反应和焊点可靠性及其尺寸效应的研究,而这方面的研究对三维芯片封装工艺设计和器件可靠性评价具有重要参考价值。本论文研究选用直径450μm至5μm尺寸范围的Sn–3.0Ag–0.5Cu（SAC305）焊球和（111）晶面单晶铜基底,采取回流焊工艺制备了跨尺度单晶铜/锡帽凸点结构的SAC305/（111）Cu焊点,系统研究了焊点尺寸和回流工艺对焊点形成过程中界面金属间化合物（Intermetallic compound,IMC）生长行为与形貌演化以及对焊点剪切性能的影响,并对单晶铜基底界面IMC晶粒的形貌转变进行了动力学分析。对不同尺寸SAC305/（111）Cu焊点微观组织及界面IMC生长行为的研究发现,焊点尺寸和回流工艺参数对单晶（111）Cu基底界面IMC（Cu6Sn5）晶粒的形貌有决定性影响。首先,尺寸大于200μm的焊点其界面Cu6Sn5晶粒为棱晶状形貌,但随着回流次数增加或回流时间延长,界面Cu6Sn5晶粒逐渐由棱晶状转变为扇贝状形貌;回流温度越高则单晶（111）Cu基底界面越容易形成棱晶状Cu6Sn5晶粒。其次,尺寸不大于100μm的焊点经260℃回流后其界面Cu6Sn5晶粒为扇贝状形貌,300℃回流后呈现“拼图状”。随焊点尺寸的减小和回流时间的增加,焊点界面扇贝状Cu6Sn5晶粒长大方式由奥斯瓦尔德（Ostwald）熟化生长转变为晶粒吸附与晶界迁移生长。不同尺寸焊点界面IMC生长行为的结果表明,单晶（111）Cu基底界面Cu6Sn5晶粒平均尺寸和界面IMC层厚度均随焊点尺寸减小而呈先增大后减小的趋势,且当焊球直径为200μm时达到最大值。在100μm/s的剪切加载速率条件下,单界面SAC305/（111）Cu焊点和双界面Cu/SAC305/（111）Cu焊点的剪切强度均随焊点尺寸减小而单调增大,且焊点中断裂路径由主要在焊料体内逐步转变为沿焊料体和IMC层界面。