对于目前可用的高铅钎料和金锡合金钎料等高熔点钎料而言，前者对人体和环境有严重的危害，其淘汰已是大势所趋，而后者成本又太高。此外，采用高熔点钎料进行钎焊回流的工艺温度较高，对电子元器件产生较严重的损伤。特别是当用于当前蓬勃发展的柔性和可穿戴设备的封装中，高熔点合金需要更高的处理温度来实现熔化和粘合，这可能会损坏电路和基板。因此，电子封装产业急需一种能够在低温下实现互连，并且在高温下持续可靠工作的互连材料和工艺。

1.3高熔点焊点的研究

当异种金属紧密接触时，由于原子所具有的化学势不同，原子会通过相交界面产生相互扩散，并在界面处形成金属间化合物(Intennetalliccompond,IMC)。在电子封装领域的钎焊过程中，钎焊温度高于钎料熔点而低于基板熔点，只造成钎料熔化而母材并不融化，使得仍是固态的基板中的金属元素能够扩散到熔融的液态钎料之中。两者在界面处发生反应生成界面金属间化合物，造成界面的边界弯曲不平，所以测量厚度一般需要借助影像工具，可以借助图像处理软件先测量界面金属间化合物的面积，并且通过将面积除以界面的线长度获得的平均厚度，即通过换算像素点的方法得到厚度值[21]。固液界面反应生成界面金属间化合物的过程中包含了许多不间断性的反应:既有基板和钎料中的元素进行相互扩散，也包括界面金属间化合物的形核与长大。反应速率主要由反应较慢的一方所决定，称为反应控制扩散。在界面反应中，根据异种原子相互反应的时间与原子扩散通过界面的时间的相对长短，可以将扩散分为扩散控制(Diffusioncontrolled)和反应控制(Reactioncontrolled)。对于电子封装所需要的无铅钎焊而言，常见的钎料包括Sn/Cu和Sn/Ni所组成的反应偶，其生成的界面金属间化合物包括Cu6Sn5、Cu3Sn、Ni3Sn4等。

除了元素的种类会影响界面金属间化合物的厚度外，反应条件（如反应温度和时间等）也是决定界面金属间化合物厚度的重要因素。界面处生成一层连续且薄厚适中的金属间化合物，不但可以阻挡基板与钎料之间元素的相互扩散，提高焊点的机械强度。而且因为金属间化合物的熔点普遍较高，焊点中生成金属间化合物将有利于提高焊点的服役温度。但由于金属间化合物普遍本身呈脆性，如果界面所生成的金属间化合物过厚，在回流和随后的服役过程中容易在金属间化合物与基体交接处产生裂纹[22,23]，从而对焊点的可靠性造成影响[23]。

制备由金属间化合物(IMC)组成的高熔点焊点是实现在低温下互连，高温下持续可靠工作的互连材料和技术的理想方案之一。目前，较成熟的互连工艺是利用高温液相键合或共晶键合工艺制备全IMC互连焊点，即在正常钎焊温度下使Sn基钎料层钎料与金属焊盘（通常为Cu焊盘）发生充分反应，使Sn基钎料完全转化成高熔点的IMC层，最终形成全IMC焊点。但是，高温液相键合技术存在的最大问题就是全IMC互连焊点的形成速率缓慢，需要非常长的时间才能完全消耗焊料合金。在常规的时效键合中，整个样品经受一个均匀的温度环境，此过程的主要限制是键合的后期涉及固态扩散因此该过程相对较慢，通常需要等待很长时间。这将导致产生额外的热应力以及对包装系统的可靠性造成不利影响。Li等人[24]的研究表明，Cu/Sn(25μm)/Cu微焊点在300℃条件下反应1小时才能生成全IMC微焊点，即使对于小至10μm的微焊点，产生全IMC焊点所需的时间也大于10min。为了使键合方法在批量生产中拥有经济上的可行性，键合时间必须控制在10min以内。因此，键合效率低成为制约高温液相键合技术被广泛应用的主要瓶颈。所以，实现Sn钎料层的IMC快速转变和调控IMC晶体取向，进而改善互连焊点的性能及可靠性是高温液相键合技术的发展方向，对提升封装互连技术水平具有重要意义。 热梯度键合全Ni3Sn4IMC微焊点的研究(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_203906.html