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微电子封装工艺中,无铅焊料合金组织中的金属间化合物（intermetallic compound, IMC）起到热、电和机械连接作用,其形态和分布直接影响着该合金的连接性能。焊料在基板上的焊接性能直接决定着焊点的可靠性,进而影响整个电子设备的服役寿命。稀土元素以其特殊的性能被添加到无铅焊料中,得到了许多研究者的关注。本文以极具应用前景的Sn30Bi0.5Cu、Sn35Bi1Ag和Sn57Bi1Ag无铅焊料合金为基体,分别添加不同质量分数的混合稀土元素（rare earth, RE）制备新型无铅焊料合金。研究了新型无铅焊料与Cu基板焊接后其焊接接头的微观组织演变,时效过程中界面处金属间化合物的生长规律及稀土元素的添加对无铅焊料硬度的影响机制。又同时研究了Sn58Bi无铅焊料与电镀不同元素的Cu基板反应,其焊接接头微观组织和界面金属间化合物的演变。全文主要内容和结论如下:稀土元素的添加对SnBiCu-xRE和SnBiAg-xRE（x=0, 0.25和0.5）无铅焊料合金的熔点略有影响。微量稀土元素的添加细化了焊料合金基体中的β-Sn相、Cu6Sn5相和Ag3Sn相,并使其均匀分布在焊料合金基体中。随着稀土元素的添加,焊料合金的显微硬度明显升高。当添加0.5wt.% RE时,由于基体组织中少量脆性富Bi相枝晶的析出,SnBiAg焊料合金的显微硬度增长缓慢;焊接接头处金属间化合物层Cu6Sn5相的生长受到抑制,这是因为添加的稀土元素抑制了Sn元素的活性,降低了Cu6Sn5层生长的驱动力。通过对Sn57Bi1Ag-xRE/Cu（x=0, 0.25,0.5,0.75和1.0）焊料合金微观组织演变的研究发现:随着微量稀土元素的添加,Sn57Bi1Ag-xRE焊料的固相线下降,糊状温度区间略有上升。当添加微量稀土元素时,焊料合金中的富Bi相得到细化,但是过量稀土元素的添加导致RE（Bi,Sn）3金属间化合物的形成,使稀土元素对富Bi相枝晶的吸附作用减弱,从而促进了富Bi相的生长。由于稀土元素在界面处的吸附作用,使得界面处金属间化合物Cu6Sn5层的生长受到抑制。通过时效处理SnBiAg-xRE/Cu焊接接头,探讨了焊接接头界面处金属间化合物的生长规律。结果表明:焊料界面处金属间化合物的生长和厚度变化受稀土元素对Cu6Sn5相吸附作用的影响。稀土元素对富Bi相晶粒的细化作用会促进金属间化合物的生长,而其在界面处Cu6Sn5相表面的吸附会抑制金属间化合物的生长。这使得SnBiAg -0.5RE/Cu界面处的金属间化合物的厚度生长速度最小。研究了Sn58Bi/x（x=Cu,Ni/Cu,Au/Ni/Cu,Ag/Cu和Zn/Cu）焊接接头微观组织及界面金属间化合物层的演变。研究发现:Sn58Bi焊料合金在不同基板上焊接时,界面形成的金属间化合物是不同的,且其厚度也不相等。电镀Au和Ag的焊接接头微观组织中分别出现了长条状的AuSn4相和Ag3Sn相,而界面处出现了不同的金属间化合物,比如AuSn4相、Ag3Sn相和Ni3Sn4相。电镀Au和Ni元素后,微观组织中的富Bi相尺寸减小,得到细化。而电镀所有元素后,与没有电镀相比,界面处金属间化合物层的厚度增加。