Sn钎料是目前电子封装行业应用最广泛的封装材料,对电子产品性能影响显著。化合物在Sn钎料及钎焊接头中广泛存在,可以起到改善钎料性能和提高接头强度的作用。由于纯净化合物单晶体试样难制备、性能存在各向异性导致准确测量困难等原因,绝大多数尚无准确的性能数据,严重阻碍了钎料的设计开发。目前钎料研发模式主要依靠研究者个人经验和大量重复性实验,该方法成本高、精确度差、研发周期长。借鉴“材料基因组计划”的理念,采用材料计算与实验相结合的方法,对化合物性能进行理论计算与验证,该工作对钎料基础数据积累、优化钎料设计、提升接头性能具有重要意义。本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,以Sn钎料和连接界面中的金属单质和化合物为研究对象,开展性能理论计算研究,最终建立了化合物结构稳定性、合金化能力的相对关系,以及单质和化合物电极电位的大小关系,得到金属单质和化合物的力学和热力学性能参数。结果显示,计算值与实验值比较一致,并获得一些实验上难以获得的性能参数,主要结论如下:二元Sn钎料中Cu6Sn5稳定性最好,AuSn合金化能力最强,在钎料中最先生成;多元Sn钎料中CoSn稳定性最好,Ni3Sn2合金化能力最强,最先生成;连接界面中FeSn结构稳定性最好,AuSn4合金化能力最强,在连接界面中最先生成。随着Sn含量增加,Co-Sn和Ni-Sn化合物的结构稳定性降低,Co-Sn化合物的合金化能力降低,随着Zn含量增加,Ag-Zn和Cu-Zn化合物结的构稳定性和合金化能力降低,越不易生成。通过构建AgZn3超晶胞模型,实现了对AgZn3性能的计算,计算了单质和化合物的力学性能参数。Zn、CoSn和FeSn2为脆性材料,其他单质与化合物为塑性材料;AuSn、AuSn2和CuZn具有强烈的弹性各向异性,容易诱发微裂纹,降低钎料力学强度。随着Sn含量增加,Co-Sn和Ni-Sn化合物的体积模量、剪切模量、杨氏模量和硬度均降低,Co-Sn化合物的弹塑性提高,Ni-Sn化合物的弹性各向异性指数增加;随着Zn含量增加,Ag-Zn化合物的体积模量和弹性各向异性指数降低;具有相同晶体结构的Ag-Zn和Cu-Zn化合物,Cu-Zn化合物的结构稳定性、合金化能力和体积模量高于Ag-Zn化合物。通过计算单质与化合物的电子态密度,证明均具有良好的金属性与导电性;Ni、Co、FeSn和FeSn2为铁磁性材料,Co-Sn和Ni-Sn化合物为顺磁性材料;通过计算费米能级得到电极电位顺序,可用于判断Sn钎料和连接界面的电化学腐蚀性。计算所得的热力学性能,与热力学手册中所得到的性能趋势相一致。Ag和Au、Ag5Zn8和Cu5Zn8、Al2Cu和FeSn2具有相似的热力学性能,AuSn和CuZn的热力学性能受温度影响很小;随着温度升高,等容比热趋向于和晶格结构有关的常数。本文通过第一性原理计算方法对Sn钎料中化合物物性进行理论计算,所得到的理论计算结果与实验数据比较相近,可以为钎料设计提供理论数据和依据,有助于钎料数字化设计技术的发展。