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铝铜异质金属连接是制冷工业、电子电气和通讯设备中的主要难题,为了解决铝铜之间可靠性连接的问题,本论文使用Sn-Zn-Bi基无铅钎料,通过软钎焊的方法来实现铝铜异质金属之间的可靠性连接。采用“[团簇]+[连接原子]”理论模型设计了Sn-Zn-Bi-Ga和Sn-Zn-Bi-Ag(Ni)两种体系的无铅钎料,主要研究了体钎料的微观组织、升温和降温阶段的熔化特性、在铝基板和铜基板上的润湿性能、铝铜钎焊接头中界面的微观组织以及界面反应对钎焊接头剪切强度的影响。得到的主要结论如下：1.研究Sn-Zn-Bi-Ga体钎料的性能,发现Sn-Zn-Bi-Ga体钎料的微观组织主要由Sn-Zn-Bi三元组织、Sn-Zn二元组织和针状的Zn相组成,并且Ga元素固溶到钎料中的Zn相中。在DSC曲线的升温过程中,十五种Sn-Zn-Bi-Ga体钎料均存在两个吸热峰,分别对应Sn-Zn-Bi三元非平衡凝固组织的熔化和Sn-Zn二元非平衡凝固组织的熔化；在DSC曲线的降温过程中,十五种Sn-Zn-Bi-Ga体钎料均存在三个放热峰,分别对应先析出的Zn相、Sn-Zn二元共晶组织的凝固和Sn-Zn-Bi三元共晶组织的凝固。体钎料在铝基板上的铺展面积随着Ga含量的增加而增加。2.研究Al/Sn-Zn-Bi-Ga/Cu钎焊接头的界面微观组织和剪切性能,发现钎料与铝基板侧界面通过形成富Al(Zn)型固溶体和富Zn(Al)型固溶体来实现相互结合。钎料与铜基板侧界面通过形成金属间化合物(IMC)来实现相互结合,并且该金属间化合物的类型随着无铅钎料合金成分的变化而变化。当钎料中Ga元素的含量逐渐增加时,Al/Sn-Zn-Bi-Ga/Cu钎焊接头的剪切强度先升高后降低。3.研究Sn-Zn-Bi-Ag(Ni)体钎料的性能,发现当向钎料中加入少量的Ag元素时,所有Ag元素全部固溶在Zn相中；进一步增加Ag元素含量时,体钎料的微观组织中析出AgZn3金属间化合物,导致Zn相变得短小,并且在DSC曲线的降温过程中,存在AgZn3金属间化合物析出时的放热峰。当向钎料中加入少量的Ni元素时,所有Ni元素全部固溶在Zn相中；进一步增加Ni元素含量时,体钎料的微观组织中析出Ni3Zn14金属间化合物。4.研究Al/Sn-Zn-Bi-Ag(Ni)/Cu钎焊接头的界面微观组织,发现钎料与铝基板侧界面形成富Al(Zn)型固溶体和富Zn(Al)型固溶体,使钎料与铝基板相互结合。Sn-Zn-Bi-Ag(Ni)钎料与铜基板侧界面发生界面反应形成金属间化合物,使钎料与铜基板相互结合。