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出于环境保护法规和微电子高集成化发展的要求,新型无铅电子焊料的研究和开发已成为电子和材料界近年的热点之一。共晶Sn-Zn系合金因为其低廉的成本、较低的熔点和良好的力学性能等明显优点而受到广泛的关注,有望成为下一代的无铅焊料。然而Sn-Zn二元合金在Cu基板表面润湿性差、Zn易氧化,成为其应用和发展的主要障碍。近年来,采用合金化方法改善Sn-Zn系焊料润湿性等性能的研究已经取得了一定的进展,但还没有得到根本解决。本文在总结大量关于Sn-Zn系合金研究的基础上,以最具应用前景的Sn-Zn-Bi合金为研究对象,探索采用Cr元素进行微合金化等方法,就提高Sn-Zn-Bi合金的抗氧化性,进一步改善润湿性以及合金的塑性等性能进行了研究。此外,本文还采用时效的方法研究了Sn-Zn-Bi合金与Cu和Ni基底钎焊的焊点界面反应和界面金属间化合物长大行为,并探讨了Cr对Sn-Zn-Bi合金的焊点可靠性的影响。研究表明:向Sn-Zn-Bi焊料中添加微量的Cr可以明显提高焊料的抗氧化性,抑制了表面氧化膜的生长,而元素Bi降低焊料合金的表面张力。同时添加Bi和Cr可以显著改善Sn-Zn基焊料的润湿性能,Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr合金具有最佳的润湿性能。在Sn-8Zn-3Bi合金中添加微量的Cr,由于细化晶粒作用使合金的塑性得到提高,Sn-8Zn-3Bi-0.1Cr合金具有最佳的力学性能,室温下2mm/min的拉伸速率下,合金的强度达到76MPa,延伸率接近50%。Sn-8Zn-3Bi合金的断口上有大量的准解理面且较为粗大,断裂机制为准解理脆性断裂;添加Cr后合金的断口变得细小,断口形貌以韧窝为主,断裂的机制主要为延性断裂,合金的塑性较好。Sn-8Zn-3Bi和Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr两种合金的焊点在150℃时效过程中界面金属间化合物(IMC)厚度随时效时间的延长而增加,在相同时效时间的情况下,Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr合金的焊点界面IMC厚度小于Sn-8Zn-3Bi焊点。Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr/Cu界面γ-Cn5Zn8 IMC的长大速度只有Sn-8Zn-3Bi/Cu界面的1/2左右;而Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr/Ni界面γ-Ni5Zn21 IMC的长大速度只有Sn-8Zn-3Bi/Ni界面的1/4。对于Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr合金的焊点,由于Cr在时效过程中与Zn结合产生Sn-Zn-Cr中间相化合物,消耗了原先组织中游离的Zn,改变了组织形貌且控制了Zn向界面的扩散,从而间接抑制了界面IMC的长大。