现阶段,集成电路的特征尺寸已经迈入7 nm技术节点,摩尔定律逼近物理极限,对先进封装的要求进一步提高。作为先进封装具备代表性的铜柱凸点互连技术,具备优良的电气和机械性能,应用十分广泛。铜柱凸点的微型化导致界面反应加快,Kirkendall孔洞数量同时急剧增多,严重影响互连结构的可靠性。当今时代,3-D封装所用铜柱凸点直径缩小到5μm。该尺度上,由于焊料体积有限,金属间化合物（IMC）生长速率加快,焊料易被全部IMC化,进一步时效或回流,Cu₆Sn₅分解形成多孔Cu₃Sn成为键合失效的新机制。本论文从多孔Cu₃Sn形成的根源出发,采用薄Ni阻挡层,避免厚Ni层对焊料的过度消耗,同时利用铜镍锡三元合金的阻挡Cu原子扩散作用,降低焊料层全部IMC化速度。本论文通过分布电镀法制备不同薄Ni层厚度的Cu/（Ni）/Sn样品,主要研究了Sn焊料层完全IMC化前以及IMC化后,不同薄Ni层厚度对Cu/Sn界面反应的影响,包括IMC形貌变化,孔洞生长规律以及IMC生长动力学分析与机理探究,最后针对Cu/（Ni）/Sn凸点结构研究了IMC和Kirkendall孔洞的生长情况以及验证了薄Ni层对Cu/（Ni）/Sn凸点结构界面反应的抑制作用。焊料Sn层完全IMC前,薄Ni层最先与Sn反应生成Ni₃Sn₄,于富铜环境转化为铜镍锡三元合金,有效降低了IMC的生长速率。Cu/Sn平面结构IMC生长最快,扩散系数为5.610×10^-17 m²/s,其次是Cu/100nm Ni/Sn平面结构,扩散系数为4.139×10^-17 m²/s,Cu/300 nm Ni/Sn平面结构为2.494×10^-17 m²/s,Cu/700 nm Ni/Sn平面结构IMC生长最慢,扩散系数为0.396×10^-17 m²/s,约为Cu/Sn平面结构扩散系数的1/10。柯肯达尔孔洞主要集中分布于（Cu,Ni）₃Sn/Cu界面及（Cu,Ni）₃Sn层内,并且随着Ni层厚度不断增加,相同的时效时间,Kirkendall孔洞数量逐渐减少,当Ni层厚度超过700 nm,Kirkendall孔洞消失。焊料Sn层完全IMC化后,IMC形貌发生很大变化,含Ni阻挡层样品中,表面IMC失去反应初期的晶粒特征,溶解连接成一体,同时,Sn层耗尽后,Ni层失去阻挡层作用,（Cu,Ni）₃Sn生长加快,界面Kirkendall孔洞数量增多。分析认为是Ni元素细化了（Cu,Ni）₆Sn₅的晶粒尺寸,晶界数量增多,有利于Cu原子沿（Cu,Ni）₆Sn₅的晶界扩散,（Cu,Ni）₃Sn生长速度反而提升。（Cu,Ni）₃Sn生长的同时抑制了Cu原子扩散,进而促进了（Cu,Ni）₆Sn₅自身分解趋势的增加,释放Sn原子的速度更快。Sn原子受到极高浓度差的驱使被迅速拉离,于（Cu,Ni）₃Sn内部生成大量孔洞。Cu/（Ni）/Sn凸点结构中,100 nm的薄Ni层明显的抑制了IMC的生长,IMC为（Cu,Ni）₆Sn₅,时效4 h后,（Cu,Ni）₆Sn₅的厚度约为Cu/Sn凸点结构IMC厚度的1/2,（Cu,Ni）₆Sn₅/Cu界面产生少量Kirkendall孔洞。Ni层很快消耗完,失去阻挡层效果。700 nm Ni层的阻挡作用明显,IMC为（Ni,Cu）₃Sn₄,无Cu₃Sn的生成,且没有观察到Kirkendall孔洞。凸点直径为5μm及以下时,Cu和Sn原子表面扩散方式所占的比例越来越大,扩散系数的计算需要考虑表面扩散。