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随着全球范围无铅化进程的加快，锡基无铅焊料引起越来越多的关注。In-48Sn焊料作为其中的一种，广泛应用于低温互连领域。在钎焊焊接过程中，金属间化合物作为焊料合金和基体界面反应后重要的冶金连接层，对焊接接头的可靠性起到至关重要的作用。由于In-48Sn焊料中的In和Sn都可以作为反应元与Cu基体进行反应形成种类繁多的界面化合物，如:Cu6Sn5，Cu3Sn，Cu7In3，Cu9In4，CuIn2，Cu2In和Cu10In3等，且很多金属间化合物的成分较为接近、难以区分，因此，有必要对In-48Sn/Cu之间所进行的界面反应做出系统而深入的研究。本文工作主要着眼于以下几个方面:(1)In-48Sn/Cu界面化合物的相鉴定;(2)界面化合物俯视和截面形貌观察;(3)固态时效过程中界面化合物之间的相互转化;(4)化合物层的生长机制和剥离机制的研究;(5)反应界面出现的柯肯达尔效应(Kirkendall effect);(6)对相应的体系建立合适的理论模型等。 本文首先利用透射电镜(TEM)在物相鉴定方面的优势，结合选区电子衍射(SAEDpatterns)和EDS成分分析的方法，对Cu/In-48Sn/Cu互连体界面在液态反应和固态时效过程中的界面化合物相种类进行了研究;其次用扫描电镜观察了(100)Cu、(111)Cu、(102)Cu和多晶铜基体上界面化合物的形貌以及时效过程中界面化合物之间所进行的相互转化;最后设计标记实验Cr-marker对界面化合物层的生长方向和生长位置，以及化合物层中柯肯达尔孔洞的位置进行了精确定位和系统的研究。 经160℃回流焊5s后界面微观结构的研究表明:有两种晶体结构三种不同形貌的界面化合物生成，即四方结构的CuIn2，以及粗晶和细晶六方结构的Cu2In，固溶Sn原子后成为Cu(In，Sn)2和双层结构的Cu2(In，Sn)化合物。以往报道中很多研究者并未观察到Cu(In，Sn)2化合物，分析认为主要有以下两个原因:一是Cu(In，Sn)2相的扫描衬度与焊料中的γ-InSn4相非常接近，很容易被忽略;更重要的是Cu(In，Sn)2化合物对液态回流温度和时间都很敏感，容易剥离到熔融焊料中。利用扫描电镜对(100)、(111)、(102)单晶铜和多晶铜基体上三种形貌的界面化合物进行观察表明:块状的Cu(In，Sn)2和颗粒状细晶的Cu2(In，Sn)在单晶和多晶铜基体上并没有特定的生长取向，而粗大的Cu2(In，Sn)晶粒在单晶铜基体上呈现一定的规则性并与单晶铜基体有特定的取向关系，而在多晶铜基体中呈混乱的棒状形貌;三种化合物晶粒尺寸从大到小依次为:块状的Cu(In，Sn)2，粗晶的Cu2(In，Sn)和细晶的Cu2(In，Sn)。利用背散射电子衍射分析粗大的Cu2(In，Sn)晶粒与(100)，(111)，(102)单晶铜基体的取向关系，得出以下结论: Cu(100):{11-20)Cu2(In,Sn)//{100}Cu,{12-30)C2(In,Sn)∥{100}Cu;<0001]Cu2(In,Sn)//<011>Cu Cu(111):{11-20)Cu2(In,Sn)//{111}Cu,{12-30)Cu2(In,Sn)∥{111}Cu;<0001]Cu2(In,Sn)//<011>Cu Cu(102):{11-2-3)Cu2(In,Sn)//{102}Cu;<1-100]Cu2(In,Sn)//<010>Cu 固态时效过程中，界面化合物Cu(In，Sn)2和Cu2(In，Sn)在不同时效温度下会出现三种类型的相互转化。一是化合物Cu(In，Sn)2的生长和Cu2(In，Sn)的消耗;二是化合物Cu(In，Sn)2和Cu2(In，Sn)共同生长;三是化合物Cu2(In，Sn)的生长和Cu(In，Sn)2的消耗。以上三种情况的发生与扩散主元(Cu和In)的扩散能力密切相关，扩散系数(k1Cu2和k1In2)之间的三种关系对应着上述三种不同的相互转化。当双层结构的Cu2(In，Sn)转化为Cu(In，Sn)2时，细晶层Cu2(In，Sn)中大量的晶界对In，Sn原子的快速扩散起了关键的作用影响并促进了界面反应，导致在转化的某一特定阶段会形成Cu(In，Sn)2/Cu2(In，Sn)/Cu(In，Sn)2三明治结构的化合物层，从而使得整个转化过程非常独特并与其他体系有所不同。 Cr-marker实验显示粗晶Cu2(In，Sn)和细晶Cu2(In，Sn)化合物层是以液态In-48Sn焊料与Cu基体的初始界面为分界面，粗大的Cu2(In，Sn)晶粒为液固反应产物，由于Cu原子的扩散在焊料侧形核并生长，而细小的Cu2(In，Sn)晶粒为固固反应产物，由于In，Sn原子的扩散在铜基体侧形核并朝着Cu基体方向生长;粗晶层与细晶层交汇于柯肯达尔面(Kirkedall plane)，也即液态In-48Sn焊料与Cu基体的初始界面，由于In，Sn和Cu原子扩散流量的差异，即:JCu fine-JCu coarse＞In,Sn fine-In,Sn coarse，粗晶Cu2(In，Sn)和细晶Cu2(In，Sn)化合物层的分界面处容易形成Kirkendall孔洞，并呈线状形态稳定存在于此界面上;此外利用Cr-marker实验对扫描衬度一致的粗晶和细晶Cu2(In，Sn)化合物层的生长动力学进行了详细的研究。