微电子封装向高密度、高集成度发展,微互连尺寸随之越来越小。当其尺寸小到几个微米时,对于无铅焊点来说,界面金属间化合物所占焊点比重相对增大,会对焊点的机械性能产生极大负面影响。因此,深入研究金属间化合物对微小无铅焊点的力学性质和微观断裂行为的影响具有重要的理论和现实意义。针对Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微小焊点进行了研究。首先考察了界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)厚度和形态,然后利用纳米压痕技术测量了IMCs的力学性能;并利用电子背散射衍射技术考察了焊点界面IMCs的晶体取向规律;最后利用SEM、TEM原位拉伸实验对微小无铅焊点在不同老化条件下的微观断裂行为做出了准确而深入的动态分析,考察了IMC对焊点变形的影响。并对焊点裂纹尖端的真实物理过程进行观察和分析,讨论了IMC对裂纹扩展的影响。研究结果表明:长时间重熔后扇贝状的Cu6Sn5顶端和侧面会出现具有1~2个折角的小平面,夹角大约为120°,Cu6Sn5化合物层还会存在形状规则的圆形盘状缺陷。小体积焊点的金属间化合物层厚度要大于大体积焊点,并且Cu6Sn5生长速度明显高于Cu3Sn,与大体积焊点情况相反。纳米压痕硬度规律是:富Sn相<共晶组织<Ag3Sn<Cu3Sn<Cu6Sn5而弹性模量规律是:富Sn相<共晶组织<Ag3Sn<Cu6Sn5<Cu3Sn。长时间重熔和老化后,Cu6Sn5和Cu3Sn的晶体择优取向关系没有改变,表现出Cu6Sn5的(0001)晶面(或者(100)晶面,单斜结构)平行于焊盘平面,Cu3Sn的(100)面平行于焊盘平面。重熔和老化焊点在拉伸断裂过程中,表现出显著的韧性断裂,裂纹在扩展过程中,焊点会发生再结晶现象;长时间重熔后,界面IMCs生长到足够大,在正应力作用下,会发生显著的沿Cu6Sn5 (0001)面破坏的解理断裂。裂纹尖端表现出穿晶断裂行为,扩展方式是裂纹尖端的前方由于应力集中出现薄区,继而产生孔洞,裂纹与孔洞相连而进行扩展。裂纹在扩展过程中易朝向第二相Ag3Sn颗粒,并沿其相边界扩展。