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在电子产品的封装及后续服役中,焊料与基材会发生界面反应,从而影响焊点的性能以及封装的可靠性。因此,研究焊料与基材体系界面反应的热力学和动力学,对焊料成分与焊接工艺的设计具有重要的理论意义和实用价值。本文在国家自然科学基金项目“锡基无铅焊料与基材间界面反应的热力学和动力学研究(No.50371104)”和“两种金属在界面反应时中间相形成序列的动力学研究(No.50671122)”的支持下,采用扩散偶技术和合金法,并结合相图计算方法(CALPHAD)对多种锡基合金与基材体系的相平衡关系、界面反应新相形成动力学进行了实验和理论研究,获得了如下结果：(1)结合X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针微区成分分析(EPMA),首次测定了Sn-Zn-Co三元系650℃和750℃的相平衡关系,并结合文献报道的相图及热力学数据,优化计算了Sn-Zn-Co三元系,获得了一组合理的热力学参数。(2)采用CALPHAD方法评估了Ag-Co二元体系的热力学参数,结合已有的Ag-Sn、Co-Sn二元体系的参数外推计算并建立了Sn-Ag-Co三元系的热力学数据库。采用Sn-Ag-Co三元系的热力学参数和Scheil-Gulliver的模型模拟了3个典型Sn-Ag-Co合金的凝固过程,计算结果合理地解释了合金凝固组织的演变。(3)借助SEM、EPMA分析手段和扩散偶技术,实验研究了300、400、500和600℃的Co/Sn界面反应。结果表明,300℃的Co/Sn界面反应产物为CoSn3,400℃和500℃的Co/Sn界面产物为CoSn2,600℃的Co/Sn界面产物为CoSn。(4)实验研究了300℃的Sn-3.5wt.%Ag/Co界面反应。结果表明,界面产物为CoSn3,其生长服从扩散控制的抛物线长大规律。与300℃时Co/Sn界面CoSn3层的生长相比,发现Ag对CoSn3层的生长具有抑制作用。(5)研究了360。C时不同成分的Sn-Zn合金(Sn-35,60at.%Zn)与基材Co的界面反应。结果表明,Sn-35at.%Zn/Co的界面产物为化合物γ1-CoZn7, Sn-60at.%Zn/Co的界面产物为化合物γ2-CoZn13.(6)综合考虑新相的形核及生长的动力学,理论上提出了一个定量预测两个金属组元之间界面反应新相形成的动力学判据；采用该判据和相关体系的热力学参数,能够合理地解释二元反应偶(如Cu/Sn、Ni/Sn、Ag/Sn、Au/Sn、Co/Sn、Al/Cu、Al/Ni、Al/Au、 Al/Co等)和简单的三元反应偶(Sn-Ag/Co与Sn-Zn/Co)在界面反应中优先形成的相。