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随着电子产品向“轻、薄、短、小”及多功能方向发展,先进封装技术向着小型化、高密度和细间距方向演进,因此,焊球的导电性和散热性不足、易产生封装缺陷等问题日益突出。一个较好的解决办法是采用以高强高导电高熔点材料为核心的核壳型焊球,但因目前此类焊球主要采用电镀法制备,因此其应用受到严重制约。本文研究了Al-Bi-(Sn)偏晶合金的相分离和凝固行为,探讨了核壳组织的形成和影响机理,获得了Al@Sn-Bi核壳型球粒及其一步法制备工艺,为核壳型金属颗粒包括电子封装用焊球的制备和应用奠定了基础。首先,针对Al-Bi二元体系,采用射流断裂法研究了合金成分、过热度、硅油温度、液滴飞行距离和液滴尺寸的影响。结果表明,由于表面偏析,不同成分的Al-Bi合金颗粒壳层总是由富Bi相组成。颗粒有圆环型和月食型核壳两种形貌。通过ANSYS软件模拟液滴的温度场,并计算第二相小液滴的运动速率,发现只有当冷却速度和温度梯度精确地配合,才会使Marangoni和Stokes运动速率相平衡,从而能获得圆环型核壳组织。对于Al-65.5Bi (in wt.%)合金,当熔体过热度为100 K,液滴自由飞行距离为3 mm,硅油为常温时,直径0.9 mm左右的颗粒基本能获得圆环型核壳形貌,否则易获得月食型核壳形貌。根据上述分析,总结并图解了Al-Bi合金的凝固路径和核壳形貌的形成过程。此外,还发现核壳型Al-65.5Bi合金球粒的整体与内核直径满足关系式:Dcore=0.9137 Dparticle-0.0312,线性相关度为0.96。其次,对于Al-Bi-Sn合金,研究了7种成分,发现成分点位于液相难混溶区内和边界上都易于获得核壳形貌。随着过热度降低和硅油温度提高,颗粒由三层变成两层同心和两层偏心核壳形貌。对于(Al34.5Bi65.5)67.8Sn32.2合金颗粒,当过热度为100 K,飞行距离为30 mm,硅油温度为283-473 K时,易形成完好核壳组织。其壳层由Sn-Bi基合金组成,熔化范围为407-431 K,符合低温无铅焊料的熔化温度要求;其核层由Al-Sn基合金组成,熔化温度为823-844 K左右,有利于提高导电导热性并在封装过程中保证共面性。通过示差扫描量热仪研究了Al-Bi-Sn合金的相变行为,并结合能谱分析和电镜观察,总结并图解了Al-Bi-Sn合金的凝固路径和核壳组织形成过程。