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微电子器件及微系统封装不断朝着更高密度方向发展,这驱使着微互连焊点更微小化,焊点尺寸已经与晶粒尺寸接近,其微观力学行为将不同于大尺寸焊点。本文针对Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料与Cu焊盘的焊点,研究仅含有限晶粒的微小尺寸焊点(直径从200微米到600微米)的微观力学行为。对微小尺寸焊点中包含的晶粒数目和取向研究发现,焊点中包含的晶粒数目在1~6个之间,平均不超过3个。长时间高温老化对焊点晶粒数目影响很小;多次重熔焊点的晶粒数目要略高于一次重熔焊点;热循环导致焊点发生了再结晶,从而晶粒数目增加。Sn晶粒c轴倾向于与焊盘夹角小角度分布,而取向差角则有着60度孪晶关系择优值。试验结果显示,焊点剪切力随着焊点尺寸的减小而减小,剪切强度则随着焊点尺寸的减小而显著增加。高温老化和热循环都导致了焊点强度下降,下降幅度约为20%。小尺寸重熔焊点表现出更好的塑性变形能力,断裂主要发生在剪切平面。而大尺寸重熔焊点则主要断裂在界面附近。高温老化改善了大尺寸焊点塑性变形能力,增加了小尺寸焊点的脆性。此外,还通过纳米压痕测试,得到了焊点中各组成相的力学性能。随着重熔焊点尺寸的减小,焊点中Sn树枝晶宽度显著变小。小尺寸焊点界面存在有大量的空心长管状Cu6Sn5相。对界面金属间化合物厚度进行测量,发现随着焊点尺寸减小,界面化合物厚度显著增加。焊点尺寸的减小还导致了焊点中Ag3Sn的形貌由珊瑚状变为颗粒状。经过高温老化,焊点界面化合物分为Cu6Sn5和Cu3Sn两层。不同尺寸焊点界面化合物厚度与老化时间的平方根有着良好的线性关系。在小尺寸焊点中,Cu3Sn生长受到了抑制。对界面化合物的取向进行分析发现,Cu6Sn5 (0001)面平行于焊盘面,Cu6Sn5 (10-10)面大致平行于TD-RD平面。Cu3Sn (100)面平行于焊盘面。Cu6Sn5 (0001)面平行于Cu3Sn (100)。通过对不同剪切阶段的焊点进行观察考察了焊点尺寸对焊点剪切变形行为的影响,并且通过TEM原位拉伸实验验证了焊点变形机制。结果表明,小尺寸焊点变形过程中发生了动态回复和再结晶,其中第二相Ag3Sn可以约束晶粒尺寸和阻碍裂纹扩展。大尺寸焊点在很小的塑性变形后就通过界面附近不连续裂纹的扩展互连,最终断裂。第二相Ag3Sn形貌的不同是焊点变形行为显著不同的原因。老化后,大尺寸焊点剪切变形行为将与小尺寸焊点相同。利用SEM原位拉伸实验,考察了含有限个晶粒接头的变形行为。结果表明,晶粒取向对接头变形行为有着关键性影响。取向的不同导致了晶粒在焊点变形过程中发生变形的顺序和程度显著不同。小变形情况下,接头变形主要通过多个晶粒多取向协调滑移变形来完成。其中,(100)[001]和(110)[001]容易滑移,(110)[-111]和(101)[-101]较难滑移,(121)[-101]难以滑移。老化导致了接头界面结合性能恶化,变形过程中发生了接头块体从界面剥离现象。