酈金花 ，張 亮

（1.江蘇師范大學 圖書館，江蘇 徐州 221116；2.江蘇師范大學 機電工程學院，江蘇 徐州 221116；3.江蘇科技大學 先進焊接技術省級重點實驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

0 前言

在電子工業(yè)中，SnPb共晶及近共晶釬料因其優(yōu)良的潤濕性和力學性能而被廣泛應用，但是由于Pb的毒性會對人體造成很大的危害，因此各國紛紛出臺相關法令要求禁止鉛的使用[1]。無鉛釬料的研究成為諸多研究者爭相探討的熱點。目前電子工業(yè)中較為常用的是SnAgCu(再流焊)和SnCuNi(波峰焊)兩種無鉛釬料[2]，但是無鉛釬料在使用過程中也有其自身的缺點，例如熔點較高、潤濕性較差、脆性相較大等。

為了進一步提高無鉛釬料的性能，合金化的方法被諸多研究者所青睞，成為改善無鉛釬料性能的主要途徑。在諸多合金元素中，稀土元素以其特殊的作用而被稱為金屬材料的“維他命”[3]，在鋼材研究中，稀土元素具有脫氧和脫硫的作用，同時具備改善材料組織的作用，故而在相關金屬材料的行業(yè)中研究者們也紛紛借鑒含稀土鋼材的研究成果，達到改善金屬材料性能的目的。因此，含稀土的無鉛釬料也成為諸多研究者研究的熱點。

本研究基于SCI檢索，主要統(tǒng)計2002～2011年的文獻數(shù)據(jù)，通過計量和定性相結(jié)合的方法進行分析，探討國內(nèi)外關于含稀土無鉛釬料的研究現(xiàn)狀與進展，研究結(jié)果為無鉛釬料的研發(fā)提供重要參考。

1 研究成果的國家分布分析

被SCI收錄的關于發(fā)表含稀土無鉛釬料研究成果的國家分布見表1，可以看出中國在諸多國家中是發(fā)表該領域研究論文最多的國家，54.35%的研究成果是中國大陸的研究者發(fā)表的，其次是中國臺灣的研究占16.7%，美國的研究占13%，中國香港的研究占8.7%。從表1可以看出2008年以后逐漸有日本、芬蘭、斯洛伐克、韓國、伊朗等國家參與研究，說明該領域的研究日益受到世界關注。從發(fā)表論文的總體數(shù)量也可以看出，2008年以后的論文相對2008年以前的論文數(shù)量有大幅度的提高，并且維持在20篇/年以上。對2012年的部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計，已經(jīng)有重慶大學和江蘇師范大學的研究成果被SCI收錄，預計2012年該領域的研究成果SCI年產(chǎn)量將還會有一定程度的提高。

表1 含稀土無鉛釬料研究成果的國家分布 篇

針對國內(nèi)的研究課題組，2008年以前主要是北京工業(yè)大學以史耀武為首的研究小組，2008年以后，南京航空航天大學薛松柏課題組發(fā)表了系列含稀土無鉛釬料的文章。同時大連理工大學王來的研究小組也在該領域發(fā)表了較多的研究論文。因此2008年后國內(nèi)在該方向的研究成果有大幅度的增加。同時河南科技大學、西安石油大學、華南理工大學、南昌大學在該研究方向也有部分成果報道，均針對釬料的性能進行研究。中國科學院金屬研究所針對含稀土無鉛釬料也發(fā)表了多篇文章，但是主要針對稀土與錫須之間的內(nèi)在聯(lián)系進行研究。

中國臺灣主要是國立臺灣大學的Chuang T H的研究小組，針對含稀土無鉛釬料的性能、焊點可靠性以及錫須的生長抑制做了一系列的工作。同時國立成功大學Lee H T和國立中興大學 Song J M研究組也有關于含稀土無鉛釬料性能的研究成果。

中國香港的香港城市大學Wu CML研究小組也是最早開始進行含稀土無鉛釬料的研究單位之一，該研究小組主要針對無鉛釬料的性能和組織演化規(guī)律研究做出了豐富的研究成果。研究成果發(fā)表主要是在2002～2007年間的成果，2007年以后沒有相關含稀土無鉛釬料的研究成果被SCI收錄報道。

美國主要是亞利桑那州立大學Chawla N研究小組的研究成果。2010～2011年，韓國的成均館大學的Yoon J W研究小組和斯洛伐克理工大學M的研究小組加入含稀土無鉛釬料的行列，主要從界面入手研究稀土元素對界面生長的影響。芬蘭的阿爾托大學理工學院的Dong HQ研究組針對的主要是Au基含稀土無鉛釬料的相圖進行研究。伊朗的德黑蘭大學Mahmudi R的成果主要是針對含稀土無鉛釬料蠕變特性的研究成果。希臘國家科技研究中的微電子研究所也有部分關于含稀土無鉛釬料的成果，主要是關于Au-Sn無鉛釬料表面加了稀土層實現(xiàn)連接，由于稀土的尺寸為50 nm，也近似理解為含稀土的無鉛釬料。

2 研究成果的期刊分布分析

被SCI收錄的含稀土無鉛釬料研究成果的期刊分布見表2，可以看出該領域研究成果的分布具有明顯的傾向性，在2002～2006年間，含稀土無鉛釬料的研究成果51.9%（除去會議論文）發(fā)表在《Journal of Electronic Materials》上，可以說此刊是該時期該領域的重要核心期刊；2006年后逐漸有研究成果發(fā)表在《Journal of Materials Science：Materials in Electronics》期刊上，2007～2011 年間發(fā)表在此刊上的論文達到了16.7%，發(fā)表在《Journal of Electronic Materials》上的論文占此時期的21.1%，并且，從2010～2011年的數(shù)據(jù)可以看出前者發(fā)表的論文已經(jīng)超過了后者，已經(jīng)成為含稀土無鉛釬料研究成果發(fā)表的主要期刊之一。

除了以上兩個期刊以外，2006年以后《Journal of Alloys and Compounds》和《Rare Metal Materials and Engineering》也成為發(fā)表含稀土無鉛釬料的比較重要的期刊之一，兩刊發(fā)表的論文同時達到了該時期的 12.2%?！禞ournal of Alloys and Compounds》是材料大類的綜合性期刊，盡管沒有《Journal of Electronic Materials》和《Journal of Materials Science:Materials in Electronics》兩個期刊的專業(yè)性強，但也是2007～2011年間發(fā)表含稀土無鉛釬料較多的期刊之一。同時還有其他28種期刊也陸續(xù)發(fā)表了該領域的文章，說明該領域的研究得到了相關期刊的普遍關注，也表示該領域的研究是個新興的具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯款I域。

目前中國大陸發(fā)表含稀土無鉛釬料的SCI收錄的期刊有《Rare Metal Materials and Engineering》《Journal of Rare Earths》《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》《Rare Metals》《 Journal of Central South University of Technology》五種，2006～2011年間，每年均有論文在《Rare Metal Materials and Engineering》上發(fā)表，另外四種期刊上發(fā)表該方向的論文相對較少。這主要是因為稀土是稀有元素，符合《Rare Metal Materials and Engineering》論文的主題范圍，另外該期刊中英文均可發(fā)表，也進一步增加了該期刊在含稀土無鉛釬料方面發(fā)表論文的數(shù)量。另外四種期刊在發(fā)表論文的范圍上盡管也有一定程度的符合，但是由于僅限于英文論文，無疑這也是研究者在上面發(fā)表文章過少的原因。

針對含稀土無鉛釬料的研究，目前有評論和研究性論文兩類文章，針對含稀土無鉛釬料的專業(yè)性評論有三篇，其中兩篇發(fā)表在《Journal of Materials Science:Materials in Electronics》期刊上，分別為香港城市大學的W U C M L和南京航空航天大學的張亮，另外一篇是W U C M L發(fā)表在《Materials Science and Engineering R-Reports》的評論。這三篇文章也是目前為止關于含稀土無鉛釬料僅有的三篇評論性文章。評論性論文具有歸納性、綜述性和展望性，對了解該領域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展有重要的參考價值。

通過期刊論文的分布統(tǒng)計分析，有利于科研人員有所選擇地跟蹤重要期刊，瀏覽相關重要文章，以及有助于論文的投稿參考。Web of Science提供了許多輔助功能，其中包括期刊定制，即My Journal List的定制功能[4]，科研人員可以根據(jù)來源期刊收錄的相關論文數(shù)量、收錄的論文內(nèi)容等選擇要定制的期刊，方便地在桌面上瀏覽選擇的定制期刊的論文目錄，并選擇收錄相關論文數(shù)量大、收錄側(cè)重與本人研究內(nèi)容相一致的期刊投稿，提高命中率，也有利于擴大在該領域研究成果的影響，當然影響因子也是投稿的一個重要參考因素，目前Web of Knowledge平臺上的JCR提供期刊的影響因子。

3 期刊影響因子及論文的被引分析

在科研成果評價的體系中，影響因子是目前評價期刊和論文質(zhì)量的重要指標。發(fā)表含稀土無鉛釬料成果的期刊的影響因子（2010年）2.0以上的期刊見表3?？梢钥闯?，期刊影響因子較高的主要是《Materials Science and Engineering R-Reports》《Annual Review of Materials Research》《Acta Materialia》《Applied Physics Letters》《Scripta Materialia》五種期刊，其中前兩種期刊的影響因子都在10以上，是該領域發(fā)表論文的前沿期刊。

在發(fā)表的研究論文中，香港城市大學WU C M L 在《Materials Science and Engineering R-Reports》上發(fā)表的評論性文章：Properties of lead-free solder alloys with rare earth element additions，期刊影響因子達19.75，全文深入的探討了含稀土無鉛釬料的研究進展和發(fā)展趨勢；芬蘭赫爾辛基大學的評論性論文也發(fā)表在該期刊上，但是后者只是對含稀土無鉛釬料做了小部分的總結(jié)。日本大阪大學Matsumoto T的評論性文章發(fā)表在《Annual Review of Materials Research》，該期刊的影響因子是 10.333，主要是針對釬料的潤濕性，部分內(nèi)容闡述了含稀土無鉛釬料性能。

研究性論文中朗訊科技的Ramirez A G發(fā)表的期刊《Applied Physics Letters》的影響因子最高是3.82，其次是美國亞利桑那州的Dudek發(fā)表的期刊《Acta Materialia》，影響因子為 3.781。目前該領域含稀土無鉛釬料成果發(fā)表的期刊影響因子超過3的僅有這兩篇文章。

表2 含稀土無鉛釬料研究成果的期刊分布 篇

表3 期刊的影響因子及相關作者

在含稀土無鉛釬料研究領域，中國大陸目前發(fā)表論文對應期刊的影響因子最高為2.314(《Journal of Alloys and Compounds》)，有南京航空航天大學、北京工業(yè)大學、大連理工大學、東南大學四個單位在該期刊發(fā)表文章，南京航空航天大學發(fā)表的文章最多，有4篇。北京工業(yè)大學在該期刊發(fā)表2篇，東南大學和大連理工大學各1篇。

除了影響因子以外，被引次數(shù)也是評價論文質(zhì)量的重要指標。發(fā)表在重要期刊的論文中香港城市大學WU C M L(2004年)在《Materials Science and Engineering R-Reports》上發(fā)表的評論性論文被引次數(shù)最高，達到202次，也是目前該領域被引次數(shù)最高的論文。大連理工大學于大全的論文（2004年）發(fā)表在《Journal of Alloys and Compounds》被引次數(shù)達到了80次。北京工業(yè)大學陳志剛（2002年）發(fā)表在《Journal of Electronic Materials》的論文的被引次數(shù)為71次。是目前在含稀土無鉛釬料發(fā)表論文被引次數(shù)最高的三篇文章。在一定意義上可以說這三篇論文對該領域的后續(xù)研究具有深遠的影響。

總的來說，中國大陸在該領域的研究成果數(shù)量最多，但在國際有影響的期刊上發(fā)表的成果主要集中在影響因子中等的期刊上，但從論文被引的情況看，有兩篇論文被引次數(shù)排在前3名，說明研究質(zhì)量屬于世界前列，因此，大陸作者在投稿時應該注意投到前沿的核心期刊上，進一步擴大研究的影響，確立在世界上的研究地位。

4 未來展望

由于稀土元素的添加，無鉛釬料的潤濕性能得到不同程度的提高，力學性能和蠕變壽命也有一定的增加[5-6]。但是錫須的生長卻成為含稀土無鉛釬料進一步推廣的主要障礙。錫須的生長和稀土相的存在有密切的關系，目前多數(shù)的研究成果均是針對高稀土含量的成果，針對痕量稀土的研究成果中還沒有報道錫須的生長行為。因此該問題應該成為含稀土無鉛釬料的一個重要研究方向。

錫須生長行為的抑制也是含稀土無鉛釬料的又一問題。臺灣大學的研究組已經(jīng)有部分的研究成果，例如在含稀土無鉛釬料中添加Zn、Ge、Bi等[7-9]，可以在一定程度上抑制錫須的生長。但也有相關研究者提出相悖的研究結(jié)果，例如Sn-Zn-Nd無鉛釬料中[10]由于稀土Nd的存在，Zn的存在對焊點表面的錫須生長并未發(fā)現(xiàn)抑制作用。因此，含稀土無鉛釬料的錫須的抑制應該是研究的另一重要方向。

含稀土無鉛釬料的界面反應及電遷移特性是該領域的一個重要方向。焊點由于服役期間電流的作用，容易引起界面的快速生長，內(nèi)部電子的遷移則會將一部分能量傳遞給原子，大量電子的連續(xù)作用，會導致陽極原子產(chǎn)生晶格壓應力，會發(fā)生凸起、擠出、錫須，甚至塑性變形。導致焊點的最終失效。而對稀土對電遷移以及焊點失效行為的影響的報道相對較少。

含稀土無鉛釬料的應用及焊點的可靠性問題。目前針對含稀土無鉛釬料的應用成果有兩種情況，分別是QFP器件和BGA器件，QFP器件的含稀土無鉛釬料成果主要是南京航空航天大學研究小組的成果[11]，含稀土無鉛釬料用在BGA器件的成果主要是臺灣大學的成果。針對焊點在服役器件的可靠性[12]，目前主要是針對熱循環(huán)載荷試驗和機械靜載荷的試驗成果。對含稀土無鉛焊點的疲勞、濕氣、功率等測試的研究鮮有報道。

綜上所述，含稀土無鉛釬料的研究和應用還有相當長的一段路要走，這在一定層次上也說明了含稀土無鉛釬料的理論和試驗研究還需進一步加深，為含稀土無鉛釬料的應用和推廣提供理論支撐。

5 結(jié)論

含稀土無鉛釬料是電子工業(yè)材料研究中的一個重要的研究方向，該領域的研究可以進一步促進無鉛化的進程，通過對SCI近十年的文獻統(tǒng)計分析可以得出以下結(jié)論：

（1）對比國內(nèi)外在含稀土無鉛釬料研究中的成果(SCI檢索論文)，發(fā)現(xiàn)中國是目前從事該領域研究發(fā)表文章最多的國家，這和中國是稀土儲備大國有密切的關系。

（2）通過該領域發(fā)表論文的期刊分析，《Journal of Electronic Materials》和《Journal of Materials Science：Materials in Electronics》兩種期刊是發(fā)表含稀土無鉛釬料論文的主要期刊。

（3）對含稀土無鉛釬料的研究成果分析，發(fā)現(xiàn)香港城市大學WU C M L在《Materials Science and Engineering R-Reports》發(fā)表的論文，在該領域中無論是期刊影響因子還是論文被引次數(shù)都是最高的。

(4)對含稀土無鉛釬料的成果分析，發(fā)現(xiàn)含稀土無鉛釬料研究成果豐富，但是仍有許多重要的方面需要進一步的探討和分析。

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