随着集成电路中互连焊点微型化及互连材料无铅化的发展趋势,微电子工业界对互连焊点的可靠性越来越重视。影响互联焊点可靠性的最关键因素是界面反应,因此,对无铅钎料的界面反应展开深入研究具有重要意义。Sn-Bi系无铅钎料以其熔点低、润湿性好等特性被认为是传统Sn-Pb钎料的理想替代品并已在工业中得到应用。本文以熔点最接近Sn-37Pb的Sn-35Bi-1Ag无铅钎料为研究载体,分别选取电子工业中广泛使用的Cu、Ni-P/Cu为焊盘金属层,对两种典型Sn-35Bi-1Ag无铅焊点的界面反应进行了研究,针对焊点服役过程产生的缺陷,提出以Ni-Co-P改性层取代传统Ni-P扩散阻挡层的解决方案,并探究了Ni-Co-P镀层对焊点界面反应的影响。相关研究内容如下:（1）Sn-35Bi-1Ag/Cu的焊点界面反应研究。研究了Sn-35Bi-1Ag/Cu的焊点微观组织演变、界面IMC的生长行为及晶粒粗化行为,结果表明回流后的界面为扇贝状Cu₆Sn₅层,时效过程中Cu₆Sn₅层不断变厚,并有很薄的Cu₃Sn层出现在Cu₆Sn₅/Cu界面,最终的界面为较厚的层状Cu₆Sn₅和较薄的Cu₃Sn层。在Cu₃Sn生长过程中,界面处有Bi偏析和Kirkendall空洞出现,对焊点可靠性产生削弱作用。IMC层的生长动力学结果显示,130℃和150℃时效温度的IMC生长速率常数分别为0.0993 um/h^0.5和0.1413 um/h^0.5,可见焊点服役温度不同,IMC生长速度也不一样。150℃的时效温度下,Cu₆Sn₅和Ag₃Sn晶粒的生长指数分别为0.2388和0.3370,可见晶粒的粗化行为与晶粒种类有密切关系。（2）Sn-35Bi-1Ag/Ni-P/Cu焊点界面反应研究。通过制备薄（约1 um）、中（约5um）、厚（约10 um）三种Ni-P镀层,研究扩散阻挡层厚度对界面反应的影响。结果表明,经回流与时效后,薄镀层焊点界面最终呈现复合层状结构（Cu,Ni）₆Sn₅+Ni₂SnP+（Cu,Ni）₆Sn₅,而中、厚镀层的焊点界面最终均为（Ni,Cu）₃Sn₄+Ni₂SnP+Ni₃P的复合层状结构。非晶态Ni-P镀层时效过程中因消耗而逐渐转化为Ni₃P晶化层,Ni₃P层增厚过程中内部伴随大量空洞或微裂纹出现,当Ni-P层全部转化为Ni₃P后,Ni₃P继续被消耗形成较为稳定的Ni₂SnP化合物。生长动力学结果表明,薄、中、厚三种镀层的焊点界面IMC层的生长速率常数分别为0.4040 um/h^0.5,0.1137 um/h^0.5,0.4399 um/h^0.5,因此,中等厚度（约5 um）的Ni-P镀层能符合最佳焊盘厚度参数指标。（3）Sn-35Bi-1Ag/Ni-Co-P/Cu焊点界面反应研究。具体对Ni-Co-P焊点服役过程中的界面微观组织结构、IMC生长行为进行了研究,并与同等条件的Cu、Ni-P焊点进行横向对比。结果表明,Sn-35Bi-1Ag/Ni-Co-P/Cu焊点时效阶段界面IMC始终为（Ni,Co）₃Sn₄,未见Cu固溶物。（Ni,Co）₃Sn₄层增厚过程中,Ni-Co-P持续消耗生成（Ni,Co）₃P,镀层始终保持良好的阻扩散性能,且无空洞、微裂纹出现,界面层未见Bi偏析现象。进一步的生长动力学结果显示,150℃固态时效的Ni-Co-P焊点界面IMC层的生长速率常数为0.09843 um/h^0.5,低于同等条件的Cu及Ni-P焊点中IMC层生长速率常数。Co元素有效减缓了焊接及服役阶段Ni-P镀层的晶化行为,提高了Ni-Co-P层的扩散阻挡效果,使焊点中IMC生长受到抑制。