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随着电子封装技术无铅化进程不断推进,无铅焊料研究与开发已经成电子封装领域的重要课题之一。新型具有高可靠性和工艺性的中、低温无铅焊料必将崛起。在电子组装产业中,所用何种焊料合金是基本,也是重中之重。本论文首先对添加微量元素Cu、Ag对Sn-Bi性能的影响进行探讨。其中Sn-Bi为高Bi含量的Sn-Bi焊料,即Sn-50Bi、Sn-57Bi和Sn-65Bi。而后,一方面鉴于Sn-Bi焊料的固溶特性,对Sn-Bi低Bi含量的焊料进行了探讨。另一方面,由于Bi相的低强度特性,Bi元素的含量越低时,焊料合金中的Bi相越少,强度越高。选取了三种Bi含量的Sn-xBi(x=5,10,15)焊料合金,并对Sn-xBi采取水冷、空冷、炉冷三种不同的冷却方式获取焊料。重点研究了不同冷却方式下Sn-xBi焊料的组织特性和力学性能。以上的研究结果表明,通过尝试添加Cu、Ag合金元素来改善Sn-Bi焊料合金的性能。添加1%的Ag后,合金组织中的Sn相和Bi相均明显细化,并析出弥散分布的颗粒状金属间化合物Ag3Sn;而添加0.5%的Cu后,合金组织中的Bi相虽然细化,但不明显,并出现弥散分布的颗粒状金属间化合物Cu6Sn5。Ag、Cu元素的添加改善了合金的综合力学性能。对Sn-xBi焊料合金的研究表明,随着Bi含量的增加,焊料合金的固相线温度降低,可Bi元素的添加可以降低焊料合金熔点,Bi元素具有表面活性作用,Bi元素的添加可降低焊料合金的表面张力,改善焊料合金的润湿性。对Sn-xBi焊料合金进行显微组织的观察和讨论发现,Bi相以固溶体的形式均匀分布在Sn基体中,且冷却方式不同,Bi相在Sn基体中的固溶度不同。由于Bi的固溶强化作用,随Bi含量的提高,Sn-Bi焊料合金抗拉强度增加。水冷方式下获得的焊料合金,Sn-5Bi焊料合金抗拉强度为60.2MPa,Sn-10Bi抗拉强度为78.6MPa,Sn-15Bi抗拉强度达到了81.6MPa,缘于固溶体的时效强化机制,时效处理后,Sn-5Bi抗拉强度提高到67.8MPa,Sn-10Bi提高到82.4MPa,Sn-15Bi提高到82.9MPa。对Sn-xBi焊料合金进行纳米压痕测试,计算其蠕变应变速率敏感指数和蠕变应力指数。其抗蠕变性能变化如下水冷Sn-15Bi>水冷Sn-10Bi>空冷Sn-15Bi>空冷Sn-10Bi>炉冷Sn-15Bi>炉冷Sn-10Bi。Sn-10Bi和Sn-15Bi水冷和空冷焊料合金均属于位错蠕变机制主导的蠕变变形,炉冷Sn-10Bi和Sn-15Bi焊料合金属于原子扩散机制主导的蠕变变形。