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在过去的50年间，电子封装与组装中最主要的焊接材料为锡-铅合金。但近年来，科学界和公众已认识到铅对环境和人类健康的危害作用，并立法减少或禁止产品中使用含铅的材料；从2006年开始，电子工业已步入无铅电子产品时代。然而，目前寻找合适的材料来替代高温高可靠性环境下普遍使用的高熔点高铅钎料仍然是一个世界性难题，因此电子封装无铅化的全面实施对受RoHS指令暂时豁免的高铅钎料是个严峻挑战，发展高铅钎料替代合金或新型无铅化工艺势在必行。
本文主要以几种较有潜力代替传统高铅钎料的Bi-Ag、Bi-Ag-Cu、Zn-Sn等系列合金钎料为研究对象，系统研究了其熔化特性、润湿性能、界面反应及力学性能等，并与最具代表性的高铅钎料95Pb5Sn钎料进行了对比分析和研究，探讨了它们代替高铅钎料的可行性。
采用示差扫描量热仪（DSC）表征了钎料的熔化特性；结果表明，Bi-Ag、Bi-Ag-Cu系钎料的熔化温度范围为260℃-270℃，熔程很小，满足高铅钎料替代钎料的要求；Zn-Sn系钎料的熔化温度范围较大，但基本上也可以满足要求。
使用视频光学接触角测量系统（OCA），对各种钎料液态时的表面张力及其在Cu基板上的润湿性进行了研究。结果表明，钎料的表面张力由大到小为：Zn-Sn系>Bi-Ag-Cu系>Bi-Ag系。Ag含量的增加使Bi-Ag系钎料的表面张力有所提高；Cu含量的增加使Bi-Ag-Cu系钎料的表面张力逐渐增大；Zn-Sn系钎料的表面张力随Sn含量增加而变小。Bi-Ag、Bi-Ag-Cu、Zn-Sn系钎料在Cu基板上的润湿性能尚可，润湿角均为40°左右，Cu的加入对Bi-Ag的润湿性能影响较小，这些钎料的润湿性基本能满足钎焊工艺要求。
此外，还研究了上述钎料及其钎焊接头的力学性能，并与95Pb5Sn进行了对比。结果表明，Bi-Ag、Bi-Ag-Cu的剪切强度高于95Pb5Sn，微量Cu的加入提高了Bi-Ag钎料的剪切强度，Zn-Sn钎料的剪切强度最高；Bi-Ag、Bi-Ag-Cu接头断裂时呈解理模式，钎料与基板界面结合处为薄弱环节；95Pb5Sn、Zn-Sn接头的剪切破坏模式为塑性断裂且一般发生在钎料内部。
本文还研究了上述钎料与Cu基板的界面结合情况。结果表明，Bi-Ag和Bi-Ag-Cu系与Cu基体间并未形成金属间化合物，其结合并不属于冶金结合，而是机械附着结合；95Pb5Sn、Zn-Sn与Cu基体间均有金属间化合物的生成，属于冶金结合；界面结合特征对钎料在Cu基板上的润湿性能和力学性能影响较大。