根据不完全统计，如今无铅钎料的配方专利已经有100多种了，但是真正能被大家接受并能投入生产使用的无铅钎料少之又少。造成这种现象的原因有很多，第一：通过添加组元来改善钎料的性能势必会增加钎料的生产成本。第二：选择新型无铅钎料时对合金的兼容性考虑不周，这会造成电子产品的腐蚀和损坏。第三：大多数的无铅焊料的熔点比Sn-Pb高，这需要更高的钎焊温度，这使得当前的设备与元器件不兼容。第四：在显微组织方面，无铅焊料会导致粗大的金属间化合物，产生锡须和焊点空洞等，这将会降低焊点的可靠性。当前，对于取代Sn-Pb共晶焊料的无铅焊料替代品，Sn-Ag-Cu系，Sn-Ag系与Sn-Cu系共晶焊料以及衍生出的多元合金已经得到了广泛认可[13]，这些钎料将是无铅焊料的最佳选择，其基本性质、优点、缺点以及应用领域如表1-2所示。

表1-2 几种无铅钎料系的对比[14]

钎料系 共晶成分 共晶点℃ 优点 缺点 应用领域

Sn-Ag Sn-3。5Ag 221 焊接性能好，可靠性好。 熔化温度高 再流焊

Sn-Cu Sn-0。7Cu 227 价格低廉，热疲劳性能好。 润湿性能差 波峰焊

Sn-Zn Sn-8。8Zn 198。5 熔点与传统的Sn-Pb接近，价格低廉，无毒。 Zn容易氧化 波峰焊

1。3。2 Sn-Ag-Cu系无铅钎料特点及发展现状

Sn-Ag-Cu系无铅钎料的共晶温度大约为217℃，其热疲劳性能、润湿性能及力学性能好。这种钎料合金已经被大多数国家认为是传统Sn-Pb钎料最好的替代品，并且开始在生产实验中使用。目前，各国推荐使用的Sn-Ag-Cu钎料合金成分并不一样。主要有美国推荐的Sn-3。9Ag-0。6Cu，欧盟推荐的Sn-3。8Ag-0。7Cu，日本推荐的Sn-3。0Ag-0。5Cu，如图1-4这三种钎料合金的DSC曲线。Nokia和Multicore研究发现：Sn-Ag-Cu合金的可靠性比Sn-Pb共晶钎料好，在钎焊工艺性能方面也比Sn-Ag和Sn-Cu合金好。尽管大量实验结果表明Sn-Ag-Cu共晶钎料具有良好的可靠性、热疲劳性，和较好的钎焊工艺，在各个方面表现出比Sn-Pb钎料更好的性能，但因其熔点为217℃，相对于Sn-Pb钎料183℃高很多，所以到目前为止仍然未被广泛应用。目前，研究者们正在研究降低其熔点的方法。如果解决了这一问题，那么Sn-Ag-Cu无铅钎料将有广泛的应用前景[15]。来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

图1-4 三种常用Sn-Ag-Cu钎料合金DSC曲线

目前，在电子行业中主要采用的焊接方法有波峰焊与再流焊。其中再流焊所使用的焊料即为Sn-Ag-Cu无铅钎料。研究发现在界面反应时Sn-Ag-Cu反应过于剧烈，在界面处产生了许多的金属间化合物。这种脆性化合物一方面造成电子元器件在使用过程中微焊点的可靠性降低另一方面降低了钎料的润湿性。Moon等人研究发现：Sn-Ag-Cu三元合金钎料的平衡显微组织由β-Sn枝晶、IMC（Ag3Sn和Cu6Sn5）组成。界面反应过程中，由于钎料中含有的Ag和Cu与Sn发生反应在钎料合金中产生大量的金属间化合物，这些金属间化合物的形态和尺寸随着Ag含量和Cu含量的多少发生相应的变化。因为金属间化合物是脆硬相，这将会影响焊接接头的力学性能，在界面处引成大量的微裂纹，降低了接头的力学性能和服役寿命。微量元素的添加，例如Al，能够在一定的程度上改变Sn-Ag-Cu钎料的显微组织，这些微量元素在Sn-Ag-Cu基体中一方面可以产生尺寸较大的枝晶，从而减少晶界的产生，另一方面微量元素的存在使得组织更加均匀，提供了许多细小的结晶核，抑制了β-Sn枝晶的长大[16]，如图1-5，Al元素的添加使基体的组织变细了。因此，对该系列钎料进一步微合金化（即向基体中添加微量元素）以提高钎料焊接性能，这是目前最主要的研究方向[17]