随着电子产品小型化、轻薄化、低成本等发展需求,使得因材料热膨胀系数不同带来的翘曲、变形导致的开裂,桥连及球窝等失效风险越来越大,故而降低钎焊温度成为解决失效问题的有效途径。加之环境保护问题成为全球关注的热点问题,无铅钎料的应用已成为必然趋势。因此,研制钎焊温度更低、焊接可靠性更高的无铅钎料已成为在电子封装领域亟待研究的课题。本文以具有较低熔点的Sn58Bi钎料作为研究对象,采用添加Ag、Zn、Sb、Ge的合金化方式改善其组织与性能。并分析讨论了合金元素对钎料、焊点的组织,润湿性能及力学性能的影响,得到如下结论:(1)首次提出了 Sn58Bi-Ag-Zn-Sb-Ge合金体系。与Sn58Bi钎料相比,钎料中生成了Ag5Zn8、Sb2(Sn,Zn)3化合物相,β-sn总量与枝晶含量显著增加,二次枝晶臂间距、共晶片层间距减小,而Ge的添加使组织进一步细化。(2)提出了一种适用于软钎料润湿性能评价的指标——铺展面积系数,且铺展面积系数结果与钎料润湿平衡试验结果更为吻合。Sn58BilAg钎料中添加1wt.%Zn或Sb时,钎料润湿性能明显提高。添加Ag、Zn、Sb和Ge的多元合金化可明显促进钎料润湿。(3)建立了 Sn58Bi-X钎料等轴共晶维氏硬度与其Bi相含量、共晶片层间距的关系式。添加Ag和Zn的钎料,Bi相含量是等轴共晶硬度的主要影响因素;添加Ag和Sb的钎料,Bi相含量是焊态等轴共晶硬度的主要影响因素,而老化态等轴共晶硬度受Bi相含量和共晶片层间距的共同影响。添加Ag、Sb和Zn的钎料,等轴共晶硬度低于Sn58Bi钎料,而微量Ge添加可提高老化态等轴共晶硬度。(4)Ag 和 Zn 添加使 Sn58Bi/Cu 焊点界面IMC 由 Cu6Sn5转变为 Cu8Zn5+Ag5Zn8。Ag、Zn和Sb各添加1wt.%时,焊态下界面IMC仍为Cu8Zn5+Ag5Zn8复合层,老化后界面IMC 为Cu6Sn5+Cu8Zn5+AgsZn8,微量 Ge 添加会使焊态下即生成Cu6Sn5。Sn58Bi-X/Cu焊点界面IMC生长速度由低到高的顺序为Sn58Bi-1Ag-Zn<Sn58Bi-1Ag1Sb1Zn<Sn58Bi-1Ag1Sb1Zn0.008Ge<Sn58Bi-1Ag-Sb<Sn58Bi。(5)与Sn58Bi钎料相比,Sn58Bi-1Ag1Sb1Zn0.008Ge钎料组织细化、润湿性能提高、焊点界面IMC生长速度降低、焊点剪切强度提高7%,具有良好的综合性能。