随着信息技术的高速发展,便携式电子设备的市场需求大大增加。为降低生产成本,减少元器件在封装焊接时的损伤,迫切需要在通信电子设备的生产中推广和使用低温焊料。锡铋共晶合金价格低廉,熔点较低,具备较高的机械强度和抗蠕变能力,是低温钎焊的理想选择。但是,锡铋合金在使用过程中会出现富铋相的粗化,导致焊点脆性增大。银元素的加入可以在一定程度上改善这一缺点。因此,Sn-58Bi-Ag焊料合金被作为最具备推广使用潜力的低温焊料受到了学界和业界的高度重视。为了定量地表征Sn-58Bi-Ag在服役过程中的微观组织演化并分析其可靠性,针对电子设备常见的使用场景,我们设计了 Sn-58Bi-Ag焊点的温度循环实验、老化时效实验以及纯Sn焊点的应力时效试验,通过系统研究取得的主要成果如下:Sn-58Bi-Ag焊点的温度循环实验结果表明:焊点的回流微观组织由界面IMC、不规则片层状富铋相、富锡相以及富锡相内部析出的短针状与椭球状的细碎富铋相构成。界面处IMC的厚度以及不规则片层状富铋相的平均片层厚度均随着温循周次的增加逐渐增厚,界面IMC厚度与循环周次、富Bi相片层厚度与循环周次之间均呈现指数小于1的幂函数关系。并且温循的峰值温度越高,IMC的最终厚度以及富铋相的片层厚度的最终值越大。峰值温度为110℃的样品中,椭球状细碎铋相很快随着温循周次的增加逐渐消失,温循结束之后留下成片的短针状细碎铋相,而峰值温度为85℃的样品中短针状富铋相很快消失,留下成片的椭球状富铋相。Sn-58Bi-Ag焊点的老化时效实验结果表明:IMC厚度随时效时间增加呈线性上升关系,证明该温度下界面反应的控制步骤为扩散组元的反应过程而非扩散过程。时效过程中,富铋相片层厚度具备与温度循环实验中类似的幂函数生长特征。两类细碎铋相在时效过程中均很快消失,最终只留下粗化的团状的大块富铋相。跌落实验失效分析表明,随着时效时间的延长,焊点的断裂形式由准解理断裂逐渐转变为解理断裂,断裂位置逐渐由焊料内部断裂转移至富铋相内部加富锡相/IMC界面处混合断裂。Cu/Sn/Cu焊点的应力时效实验结果表明:不同的垂直应力状态下,IMC的形貌会产生较大的差异。从截面形貌上来看,压应力的作用使得IMC/Sn界面变得更加平直,起伏程度降低;拉应力的作用使得IMC/Sn界面变得凹凸,起伏程度变得更大。从俯视形貌上来看,压应力状态下的IMC顶面更加平整,突出的大晶粒较少;拉应力状态下的IMC顶面则存在很多突起大晶粒,界面起伏较大。应力状态也会影响IMC的生长速率,其中压应力使得IMC生长速率加快,而拉应力使得IMC的生长速率变慢。生长动力学分析结果表明,三种应力状态下,IMC的生长因子均为约0.4左右,即其生长均由晶界扩散和体扩散共同控制。而IMC粒径大小分布结果分析表明,无应力状态下IMC晶粒的平均粒径raver与其正态分布方差w分别为3.37μm与1.83。压应力状态下的IMC平均粒径(raver=2.74μm)较小,粒径值分布更加均匀(w=1.69);拉应力状态下IMC的平均粒径更大(raver=3.91μm),其粒径值分布更加分散(w=1.89)。结合上述实验结果,分析认为不同应力状态下IMC生长差异是由于应力的作用影响了 IMC生长中的奥斯瓦尔德熟化过程。压应力延缓了奥斯瓦尔德熟化过程,导致优势晶粒的生长受到限制,而拉应力加速了奥斯瓦尔德熟化过程进而使得优势晶粒的生长优势得到扩大。