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Pb及其化合物由于对人类健康和环境具有毒害作用而被禁用。随着无铅化进程的日益深入，无铅钎料的开发和应用已经成为电子封装工业中的关键技术。Sn-Zn系合金熔点与材料成本低且具有优良的力学性能，被认为是能够替代传统Sn-Pb合金用于电子封装与互联的无铅钎料合金系之一。但是，由于Zn非常活泼，Sn-Zn系合金的润湿性、耐蚀与抗高温氧化性能较差且焊点具有脆化倾向。针对Sn-Zn系钎料合金所存在的问题，本文以共晶Sn-Zn无铅钎料作为参照物，研究了快速凝固及微合金化对Sn-Zn系钎料显微结构、合金特性、钎料/Cu界面行为及焊点力学性能的影响。研究表明，Sn-Zn钎料/Cu焊点界面紧靠Cu基板侧形成CuZn金属间化合物（IMC）层，CuZn IMC有与钎料中的Zn原子继续反应生成Cu5Zn8的趋势；Cu原子越过Sn-Zn钎料/Cu基板界面IMC层向钎料中的扩散与聚集呈现“脉动”形式，并在邻近结合面的钎料中形成粒状Cu5Zn8IMC；Sn-Zn钎料与Cu基板界面IMC主要表现为3种形貌：粗糙的界面Cu5Zn8IMC层、致密的Cu5Zn8胞状晶层、板状CuZn IMC层。合金微观分析表明，Sn-Zn钎料在本试验快速凝固条件下，初生β-Sn相快速生长与分枝形成网络状枝晶，Zn相的长大被抑制，呈尺寸为0.52μm的细小颗粒状被包覆于β-Sn枝晶中；与Sn-9Zn合金相比，0.1wt.%Cr的添加对基体组织的细化作用促进了快速凝固过程中Zn在Sn中的固溶，组织中β-Sn相枝晶更为均匀，颗粒状Zn相更为细小（尺寸基本上不大于1μm）且分布更为弥散；快速凝固态Sn-8Zn-3Bi合金中，Zn相以不规则的尺寸大致为2-4μm的细小条块状或颗粒状分布于Sn枝晶中，Bi均以过饱和固溶体形式存在于Sn相中。钎料熔化特性分析结果表明，经本文工艺条件下快速凝固制备后，Sn-Zn合金的熔点几乎无变化，Sn-9Zn-0.1Cr合金的熔点降低约9°C，而Sn-8Zn-3Bi合金由于Bi完全固溶在Sn中导致熔点反而升高了约7°C；与常态合金相比，处于热力学亚稳定状态的快速凝固态Sn-Zn系合金熔化区间均显著减小，在钎焊加热过程中结晶潜热的释放促进了钎料对基板的润湿与铺展。Sn-Zn/Cu界面IMC分析表明，快速凝固态钎料中细小的Zn相与析出相在钎焊过程中与基板元素间的反应均匀，避免了界面处粗大块状Cu5Zn8IMC的形成，能够促进钎焊时均匀界面反应层的形成，显著提高了焊点结合强度。150°C长时间时效会导致Sn-Zn/Cu焊点界面Cu-Zn化合物的分解，IMC层厚度表现为随时间的延长先增大而后减小的趋势，局部被破坏的界面区Cu基体处形成Cu6Sn5化合物；与常态钎料相比，使用快速凝固态Sn-Zn钎料所形成的较为均匀致密的界面IMC层在高温时效过程中较稳定。界面IMC生长动力学分析结果表明：适量合金元素Cr、Bi在Sn-9Zn合金中的添加能够抑制钎焊过程中界面Cu-Zn IMC的生长；本文试验条件下，钎焊温度为240°C时钎料/Cu基板钎焊过程中IMC生长速率常数k分别为：使用Sn-9Zn钎料时约为3.5，使用Sn-9Zn-0.1Cr或Sn-8Zn-3Bi钎料时均大致为2.83.1；不同初始工艺条件对两种状态钎料/Cu焊点界面IMC生长速率的影响无明显差异；不同状态钎料对焊点固态时效过程中界面IMC生长动力学的影响不明显。Sn-9Zn中添加0.1wt.%Cr后，钎料的铺展性能及钎料/Cu焊点结合强度明显改善，快速凝固态Sn-9Zn-0.1Cr钎料/Cu焊点界面IMC相对更为均匀，力学性能的提高更为显著；0.1wt.%Cr在Sn-9Zn中的添加能够减小钎料/Cu焊点固态时效过程中界面IMC的生长速率，对界面IMC在服役过程中的过度生长抑制作用明显。微量稀土（RE）元素在Sn-9Zn合金中的添加具有明显变质作用，添加量较多时合金中所形成的RE化合物在局部的聚集会导致性能下降；Sn-9Zn合金中添加0.1wt.%RE元素Nd时，界面组织的均匀细化有利于改善焊点力学性能。本课题的试验研究表明，快速凝固及微合金化技术在部分Sn-Zn系无铅钎料改性制备中的单一或复合应用，能够实现钎料/基板间在较低温度和/或较短时间工艺条件下即形成有效连接，能够抑制界面IMC的不利影响和改善接头组织与力学性能。本课题的研究拓宽了高性能Sn-Zn系无铅钎料的研究与应用范畴。