在软钎焊过程中,保证连接质量的关键取决于熔融金属钎料的润湿性。钎焊工艺是否可行需要建立在钎料在母材上能够良好润湿铺展的基础上。因此,提高接头质量需要能够预测液态钎料的润湿铺展过程,需要定量的建模和预测。另一方面,随着微电子封装软钎焊向高性能和微型化方向发展,而且对环境保护意识的增强,无铅化越来越严格。而由于二元Sn基钎料使用过程中各自性能均存在一定的不足,限制了其应用,需要添加一定量的第三元素后制备出三元合金,来弥补二元合金存在的一些缺陷。在此背景下,Sn-35Bi-1Ag(178℃)钎料由于其熔点与传统的共晶Sn-Pb钎料(183℃)相似,并且具有优异的力学性能和润湿性,因而在业界被认为具有重要前景。本文针对上述问题,研究了Sn-35Bi-1Ag钎料在典型金属基板(Cu、Ni和Cu化学镀镍基板)上的润湿铺展行为,研究了温度和基板表面粗糙度对Sn-35Bi-1Ag/Cu体系润湿铺展过程的影响。自主搭建了可以实时同时监测动态润湿角、三相线移动的平台,在氩气保护下进行了 Sn-35Bi-1Ag钎料在随机抛光Cu基板、Ni基板和Cu化学镀Ni基板的原位润湿铺展试验,对三相线的顶部和侧面移动过程进行了实时数字化同步记录。结果表明,随着温度升高,钎料在基板上的最终铺展面积增大,最终接触角下降,而润湿铺展过程所需总时间变短。在温度为473 K、513 K和553 K条件下,其润湿铺展过程特征相似,整个过程分为4个阶段:即i)初始阶段;ⅱ)快速铺展阶段;ⅲ)缓慢铺展阶段;ⅳ)渐进平衡阶段。Sn-35Bi-1Ag钎料在Cu基板上的润湿性优于Ni基板和Cu化学镀Ni基板。同时,Sn-35Bi-1Ag钎料在Ni基板上的润湿性和在Cu化学镀Ni基板上相似,化学镀Ni阻隔层对Sn-35Bi-1Ag钎料的润湿性几乎没有影响。根据分析,快速铺展阶段和缓慢铺展阶段应用Rn～t模型的n值分别为1和4,分别通过反应速率限制(n=1)和扩散速率限制(n=4)控制润湿铺展动力学过程。同时,动态接触角θ随铺展时间t的变化可以用以下公式来表示:cosθF-cosθ=(cosθF-cosθ)e(kt)。其中,k值随着温度的升高而减小。研究了基板表面粗糙度以及温度对Sn-35Bi-1Ag/Cu体系润湿铺展行为的影响。结果表明Sn-35Bi-1Ag钎料的润湿性随着Cu基板表面粗糙度和温度的增加而增强。但是,表面形貌特征(即各向异性或各向同性)对Sn-35Bi-1Ag钎料的润湿性几乎没有影响。当Sn-35Bi-1Ag钎料在各向异性的表面上润湿铺展时,液态钎料具有优先的扩散方向,形成椭圆形的三相线图案,而当Cu基板表面各向同性时,焊料几乎会形成一个理想的圆。此外,表面粗糙度对界面结构影响不大,而界面IMC随温度升高而增加。此外,Sn-35Bi-1Ag钎料在具有不同表面粗糙度的Cu基板上的润湿铺展过程在483K和553 K温度条件下相似。整个铺展过程具有4个可区分的阶段:即i)初始阶段;ⅱ)快速铺展阶段;ⅲ)缓慢铺展阶段;ⅳ)稳定阶段。用Rn～t模型描述了快速铺展阶段和缓慢铺展阶段的润湿铺展动力学过程,发现随着Cu基板表面粗糙度Ra的增加,快速铺展阶段和缓慢铺展阶段的n值略有下降。但温度和表面形貌特征对快速铺展阶段和缓慢铺展阶段的n值影响不大。同时,动态接触角与时间t的关系可以用cosθF-cosθ=(cosθF-cosθo)e(-kt)方程来描述。其中,k值随着温度和Cu基板表面粗糙度的增加逐渐减小,而表面形貌特征对k值的影响不大。