集成电路产业中微电子封装具有十分重要的意义,其中焊球的性能对提升微电子封装可靠性至关重要。均匀液滴喷射法(UDS)制备焊球具有独特的优异性能,本文采用耦合了自由枝晶生长模型的平均体积法对UDS凝固过程进行了模拟研究,并对自由枝晶生长模型本身进行了进一步扩展。扩展中充分考虑了由晶体各向异性和非平枝晶固液界面引起的界面非等温特性,并采用了弯曲相边界相图替代了线性相边界假设,使得模型更具物理意义。在UDS模拟中,本文采用的平均体积法将液滴分为三部分,即固相区、液相区和固液相间的糊状区,每个部分具有各自平均的温度和溶质成分。这就使得模型对焊球的描述更为精细化,因而能够充分避免现有模拟方法对小球具有均匀、单一温度的假设。此外,本模型严格保证了小球内部的溶质守恒。本文对所建立的界面非等温、弯曲相边界的自由枝晶生长模型与传统的界面等温、弯曲相边界的模型进行了比较分析,讨论了非等温对凝固行为的影响,并进一步研究了对平均体积法的影响。基于耦合了所建立的自由枝晶生长模型的平均体积法对UDS无容器凝固过程进行模拟,讨论了过冷度、小球半径以及系统冷却速率等因素对凝固行为的影响。结果表明,现有模拟方法所采用的均匀、单一的液滴温度假设会带来明显的模拟结果偏差,并且不能保证焊球内部的溶质守恒。因此,对于UDS制备锡铅焊球的凝固微结构模拟,本文建立的耦合了自由枝晶生长模型的平均体积法具有一定的理论意义和潜在的实用价值。