传统上讲，在以前的封装技术中，Sn-Pb钎料已经应用于一级封装，比如芯片与基板的连接，另外还有二级封装，比如基板与板材的连接，由于锡铅基钎料合金的存在，主要成分是63Sn-37Pb共晶合金使钎料在微电子封装和可靠性方面具有了优异的热力学性能。由于人们意识到铅的危害，所以现在开始研发各种各样的无铅钎料。而Sn-Bi钎料作为一种新型的无铅钎料，以其独特的优点应用范围越来越广。

1。2 Sn-Bi无铅钎料

1。2。1 Sn-Bi无铅钎料微观结构和力学性能

    众所周知，材料的力学性能主要取决于材料的材料的微观结构，焊接接头的力学性能也不例外。因此，了解Sn-Bi无铅钎料接头的微观结构是对掌握Sn-Bi钎料接头的力学性能和可靠性等方面至关重要。这些性质可以使钎料应用在合适的场合，保证电子产品的可靠性。

    Bi元素含量的不同，钎料的力学性能和应用场合也不一样。现在市场上存在各种各样的Sn-Bi无铅钎料，其含量各不相同，添加其他合金元素也不一样。现在研究最多的是Sn-58Bi钎料。Xiaowu Hu等人[6]研究了Sn-58Bi钎料与Cu基板之间的界面反应和金属间化合物的生长。如图1-1所示，他们发现在熔融的Sn-58Bi和Cu基板间产生的金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn与焊接的温度和时间有关。只要熔融钎料和铜基板接触就会出现Cu6Sn5，而Cu3Sn会在更高的温度和更长焊接时间下在Cu6Sn5和Cu基板之间形成。两种金属间化合物晶粒的尺寸会随焊接温度和时间的增加而增加。随焊接温度（280℃以上）的增加，Bi会在Cu3Sn界面上聚集，最后形成一些孤立Bi颗粒[7]。

图1-1 Sn-58Bi焊接时间为30min不同温度的剖面显微组织图

分别是220℃、240℃、260℃和280℃[6]

     Sn-Bi钎料早在20年前就开始被研究其性能，主要因为它的力学性能。Sn-Bi系钎料的熔点范围在139℃—232℃，熔点相对于其他钎料熔点较低，最接近Sn-Pb钎料的熔点，因而工艺兼容性最好。无铅钎料的润湿性普遍较差的原因是钎料中的Sn含量较高，造成了Sn和基板之间的剧烈反应，从而抑制了液态钎料的铺展。而Sn-Bi钎料由于Bi不参加与界面反应使得润湿性较好。Sn-Bi钎料能进行阶段焊接，为不能一次性进行完的焊接的材料的连接提供了一种新的焊接方法。Sn-Bi钎料还能对热老化材料进行焊接，由于好多材料在焊接后需要时效，Sn-Bi钎料可以在时效后的材料继续焊接，这是其他钎料不能进行的。

1。2。2 添加合金元素对Sn-Bi钎料的影响

    Hisaaki Takao等人[8]研究添加合金元素铜对Sn-Bi钎料的影响。在Sn-Bi钎料中添加适量的Cu元素，可以有效提高韧性和抑制焊点剥离[9]。含40%Bi的Sn-Bi和Sn-Bi-Cu钎料有优异的塑性。Sn-40Bi-0。1Cu钎料的伸长率在25℃为171%，在80℃为516%，是Sn-37Pb钎料的2。5倍[10]。Sn-Bi和Sn-Bi-Cu钎料的优异的塑性归功于在Sn相周围的Sn相和Sn-Bi或Sn-Bi-Cu共晶相。添加合金元素Cu也使得Sn-40Bi-0。1Cu钎料的接头强度高于传统的Sn-37Pb钎料。

    Mansoura University[11]研究添加合金元素In和Ag对Sn-Bi钎料蠕变和强度的影响。结果发现，含2%wt Ag的Sn-Bi钎料中，会在相应的β-Sn和Bi相上出现金属间化合物ε-Ag3Sn、β-SnBi和InSn19[12]。并且可以发现，β-Sn、β-SnBi和InSn19相体积会随着In和Ag元素的增加而减小，Bi原子更容易和Sn结合形成金属间化合物SnBi。Sn-Bi钎料中添加Ag和In元素可以降低蠕变速率，且提高抗蠕变性能[13]。In和Ag的加入降低了Bi-Sn无铅钎料的熔点，这是因为InSn19和Ag3Sn金属化合物的存在。四元合金Bi-38Sn-2In-2Ag无铅钎料比三元合金钎料有更好的抗蠕变性能，力学性能更低的熔点，这是因为存在金属化合物β-SnBi和InSn19[14]。