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现代科学技术的飞速发展带来了全球信息化时代,促进了电子工业的蓬勃发展,对集成电路能够承载的功能提出更高的要求。超摩尔定律的提出指明了电子封装微型化及高密度化的发展方向,使得封装系统中互连焊点的尺寸持续减小,其能够承受的电流密度和焦耳热呈指数增加,导致电迁移成为引发封装系统失效的关键可靠性问题之一。同时,集成电路复杂性的增加又导致封装体中互连焊点的数量急剧上升,因此,互连焊点电迁移可靠性的研究具有重要意义。Sn基无铅焊点中通常包含有限数目的Sn晶粒,其体心四方结构具有强烈的各向异性,因此,会导致焊点严重的电迁移极化现象,造成焊点的提前失效。细化焊点中的Sn晶粒是一种能够降低各向异性对焊点性能影响的有效方法之一,对于焊点的电迁移行为具有缓解作用。因此,研究Sn基多晶焊点生长形成机制,以及包含不同Sn晶粒数目焊点的电迁移行为对提高焊点电迁移可靠性具有十分重要的意义。本文首先通过分析Sn基多晶焊点的晶体生长模型,进而阐述其对提高焊点电迁移可靠性的影响。另一方面,通过调控焊点基体中金属间化合物（IMC）,从而缓解金属元素的迁移,是另一种能够提高焊点电迁移可靠性的有效方法。由于实际应用的电子封装中通常采用Au/Ni/Cu作为焊点焊盘,焊点基体中形成的IMC与Cu焊盘焊点中的Cu-Sn相IMC不同,并且基体中IMC种类随着钎料和焊盘金属化层的不同而发生变化,其中Au-Sn相和Au-Sn-In相电迁移行为与Cu-Sn相存在较大差异,不同金属元素在焊点电迁移过程中的影响机制往往被忽视。因此,本文研究了不同种类IMCs对Sn基焊点电迁移行为的影响规律,提出了In元素通过细化原有IMC达到抑制焊点电迁移行为的微观机理。本文的主要研究内容和结论如下:（1）研究了不同冷却速率对Sn基焊点中Sn晶粒细化的机制。建立了In元素引导Sn晶体以交错孪晶（Interlace twins）的方式相互交错的生长模型。In元素影响Sn晶体的生长方式,使相互交错的Sn晶粒之间形成多为60°的孪晶界。同时,Bi和In元素能够有效降低Sn-Ag基钎料的熔点,并增大其过冷度。在冷却速率为3.43℃/s的条件下,选取Sn3.0Ag0.5Cu、Sn3.0Ag3.0Bi、Sn3.0Ag3.0In、Sn3.0Ag3.0Bi3.0In四种钎料,通过分析相应焊点中的Sn晶粒数目和晶界类型,表明Bi和In元素的加入能够提高Sn晶粒的临界形核驱动力,为Sn晶粒提供更多的形核质点,利于多晶焊点的形成。此外,通过对3.43℃/s和81.67℃/s两种冷却速率条件下Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.0Ag3.0Bi3.0In焊点微观组织结构的分析,研究了不同冷却速率对Sn晶粒形成的影响。结果表明提高冷却速率可以增大钎料过冷度,提高形核率,抑制Sn晶粒的长大,减小Sn晶粒平均面积,提出了基于提高冷却速率能够稳定细化Sn晶粒形成多晶焊点的工艺路线。（2）通过对具有不同Sn晶体取向焊点电迁移行为的分析,研究了Sn晶粒c轴轴向以及c轴与电子运动方向夹角（θ）对焊点电迁移行为的影响机制。研究表明,Sn晶粒c轴轴向决定焊点中Cu原子的迁移扩散方向,从而影响Cu-Sn相IMC的生长行为。c轴轴向指向焊点观察面时,Cu原子向焊点表面扩散堆积形成Cu-Sn相,反之则Cu原子则向焊点基体内部运动,Cu-Sn相不出现在焊点观察面。其次,夹角θ影响Cu原子的扩散系数。当Sn晶粒c轴轴向一致时,θ角越小,Cu原子的扩散系数越大,Cu-Sn相生长越快速,正极界面IMC层厚度增长速率越快,电迁移现象严重。建立了θ角与Cu-Sn相及IMC层生长速率之间的关系,阐明了Sn晶粒c轴轴向和θ角对焊点正极界面IMC层和基体内IMC的影响机制。（3）揭示了细化Sn晶粒对提高焊点电迁移可靠性的作用机制。以焊点基体中Cu-Sn相生长行为作为研究对象,通过对单晶焊点、双晶粒焊点、以及多晶粒交错孪晶焊点电迁移行为的研究,表明焊点中Sn晶粒数目增多能够有效缓解Sn基焊点的电迁移行为,降低Sn晶粒各向异性对焊点性能的影响,减少极化效应的产生。同时根据晶界能量理论,孪晶能量低,稳定性高,验证了高密度的孪晶界对于Cu原子及电子具有明显的散射和阻碍作用,避免基体中Cu-Sn相的聚集,阻碍Cu原子的长程定向迁移。（4）结合不同Sn晶粒数目及晶界类型对焊点中Cu-Sn相IMC电迁移行为影响规律研究,阐明了In元素通过细化Au-Sn相IMC进而提高焊点电迁移可靠性的微观强化机理。Au-Sn相IMC的电迁移行为受Sn晶粒各向异性的影响较大,只能靠孪晶界缓解焊点的电迁移行为。Au-Sn-In相IMC在电流应力作用下发生了由针状向非连续颗粒状的相变过程其电迁移行为不受Sn晶粒各向异性的影响。结合STEM观察手段,分析了Au-Sn和Au-Sn-In相IMC的微观结构演变。结果表明,In元素降低了Au元素在Sn中的溶解度,发生相变生成了具有更低生成焓的另一种Au-Sn-In相,晶格结构由Au Sn4变为Au In2。IMC的形态由致密态向疏松态发生转变,以Au元素包裹Au-Sn-In相存在。由于IMC由针状转变为多个非连续颗粒状,增加了第二相颗粒数量,强烈阻碍电迁移过程中原子的迁移,从而缓解焊点的电迁移行为。