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在近20年的研究中成果表明，最有可能替代SnPb系合金的钎料以Sn为主，另外添加加能产生低温共晶的Ag、Cu、Zn、Sb、Bi、In等元素。传统电子组装工艺和设备基本上都是围绕SnPb钎料而设计的，因此要求无铅钎料的性能必须达到或者接近SnPb钎料。目前研究发现的二元系无铅钎料主要有SnAg、SnCu、SnZn、SnBi、SnIn系等，三元系钎料包括SnAgCu、SnCuNi、SnZnCu等三种。SnAg系钎料整体性能较好，但由于钎料中缺少Cu元素容易造成铜基板腐蚀；SnCu系钎料的优点是成本较低，但熔点较高，热稳定性较差，在服役过程中疲劳性能不如SnAg系钎料好；SnZn系钎料是目前熔点最接近SnPb钎料的Sn基无铅钎料，且价格便宜，具有良好的应用前景，但SnZn极易氧化，润湿性能及耐腐蚀性也较差；SnBi系钎料延展性较差，Bi还会使钎料产生脆性；SnIn钎料的润湿性能和延展性都较为优异，但In价格昂贵，且强度相对较低。可见以上二元系钎料均不太可能成为SnPb钎料的代用品。在三元系钎料中，SnAgCu系钎料的熔点相对较低，同时具有良好的综合性能，在SnAg钎料基础上添加适量的Cu元素，既抑制了钎料向铜基板溶解造成的腐蚀，又能显著提高钎料的润湿性能，增强了焊接可靠性，因此三元系SnAgCu钎料已成为SnPb钎料中最具潜力的替代品。值得注意的是，SnAgCu合金中Ag的含量过高，接头中会出现粗大的Ag3Sn化合物[3]，影响焊接接头的可靠性，因此在制备钎料过程中要控制Ag的含量，当前研究及使用的SnAgCu钎料中Ag的含量一般在3。0～4。0%范围内。国外各大机构推荐在电子工业中应用的的SnAgCu最佳组分也有所不同，如日本JEITA推荐在电子封装工艺中应采用Sn3。0Ag0。5Cu或Sn3。5Ag0。7Cu钎料替代SnPb钎料；美国NEMI建议在电子行业回流焊中采用Sn3。9Ag0。6Cu钎料；欧洲IDEALS则推荐电子封装行业中应用Sn3。8Ag0。7Cu钎料。87857
在实际应用中，研究者们通过向钎料中加入其它合金元素来进一步提高钎料的性能。如添加适量的Si、Mn、Zn元素，可以有效抑制组织中Sn树枝晶的形成，添加Co元素可以使金属间化合物Cu6Sn5在组织中均匀弥散分布，添加Ge、Ni元素则能改善钎料的润湿性能。论文网
除此之外，在钎料中添加少量稀土元素也能显著改善钎料的组织，提高钎料的润湿性能、力学性能等。稀土元素被称为金属的“维生素”，其表面活性较高，同时具有良好的浸润性，添加至金属中可以起到净化晶界、细化组织的作用。香港城市大学CML Wu等人系统地研究了混合稀土元素La-Se对几种代表性钎料的影响。研究发现微量稀土元素引入可以改善钎料的润湿性能，同时起到细化组织的作用，增强了焊点的力学性能。国内研究人员[4-5]发现向SnAgCu钎料中添加Er后，钎料的整体焊接性能得到显著提高；Li[6]等向SnAgCu中添加1%的Bi元素，发现焊点组织得到细化，焊点可靠性明显提高；陈志刚等[7-8]通过在钎料中加入微量的混合稀土进一步提高了焊点的抗蠕变性能；张亮等[9]发现向钎料中添加0。03%的稀土元素Ce对钎料润湿性能也有很大的改善。