无铅焊料的研究进展
无铅焊料研究报告综述
无铅焊料研究报告综述无铅焊料是一种对环境友好且高效的焊接材料。
本文将综述无铅焊料的研究报告，涵盖其背景、特性、应用和发展趋势。
总体而言，无铅焊料是一种有希望替代传统铅基焊料的焊接技术。
1.背景无铅焊料的研发是为了减少对环境的污染。
传统的铅基焊料含有大量的铅，当焊接过程中铅被释放到环境中时，对人体健康和环境造成了潜在的危害。
为了保护人类和环境的健康，全球范围内开始研发无铅焊料。
2.特性无铅焊料具有一系列优点。
首先，无铅焊料在高温下的性能比传统铅基焊料更好，可以在更高的温度下进行焊接，提高了焊接的质量和可靠性。
其次，无铅焊料不会产生有毒的铅蒸汽，避免了对工人和环境的污染。
此外，无铅焊料还具有较低的成本和更长的寿命，使其变得更加可行和具有竞争力。
3.应用无铅焊料广泛应用于电子产品的制造过程中。
例如，它可以用于手机、电脑、电视和其他电子设备的电路板的焊接。
无铅焊料还可用于汽车制造、航空航天、医疗器械和其他领域的焊接。
4.发展趋势无铅焊料的研究和应用仍在不断发展。
研究人员正在寻找更好的无铅焊料配方，以提高其性能和可靠性。
此外，随着全球对环境保护要求的提高，无铅焊料将会得到更广泛的应用。
目前，一些国家已经颁布了禁止使用铅基焊料的法律和法规，促使了无铅焊料的市场需求。
总结起来，无铅焊料是一种有希望替代传统铅基焊料的焊接技术。
它具有环境友好、高效和广泛应用的特点。
随着全球对环境保护意识的提高，无铅焊料的研究和应用将会得到更大的关注和发展。
无铅焊料研究报告综述
无铅焊料研究报告综述无铅焊料是一种替代传统有害铅族元素的焊接材料。
由于铅的毒性和环境污染问题，无铅焊料的研究和应用已经成为焊接领域的一个热门话题。
本综述将对无铅焊料的研究现状进行概述，并讨论其应用前景。
一、研究背景无铅焊料的研究起源于对铅的环境和健康问题的关注。
传统的铅焊料在焊接过程中会释放出有害物质，对人体健康和环境造成潜在风险。
随着环境保护意识的提高，研究人员开始寻找无铅的替代品，以减少对环境和人体的伤害。
二、无铅焊料类型目前，无铅焊料的研究主要集中在两个方面：无铅钎料和无铅焊丝。
无铅钎料是一种用于电子元器件和微电子封装的焊接材料，其主要成分是镍，银和锡等无铅合金。
无铅焊丝则适用于半导体和电子组件的焊接，广泛用于电子设备制造和汽车行业。
三、无铅焊料的特点与传统的铅焊料相比，无铅焊料具有以下几个显著的特点：1.环保：无铅焊料不会释放有害的铅元素，对环境和人体健康无毒害性，符合环保要求。
2.可靠性：无铅焊料能满足组件焊接的可靠性要求，其焊缝强度和抗热冲击性能优于传统铅焊料。
3.经济性：由于铅焊料的成本逐渐增加，无铅焊料因其可再生性而具有更低的成本。
四、无铅焊料的研究进展在无铅焊料的研究中，研究人员主要关注材料的性能和工艺优化。
针对无铅钎料，目前的研究主要集中在改善焊缝强度和抗热冲击性能，提高焊接质量。
而对于无铅焊丝，研究人员主要致力于提高其润湿性和可焊性，以满足高要求的焊接工艺。
五、无铅焊料的应用前景随着环保意识的提高和环境保护法规的加强，无铅焊料将逐渐取代传统铅焊料成为焊接领域的主流材料。
虽然无铅焊料在性能和工艺上仍存在一些挑战，但其广泛应用的前景是十分乐观的。
尤其是在电子设备制造、汽车行业和航空航天等高端领域，无铅焊料将成为必备的焊接材料。
六、总结无铅焊料的研究和应用是一个具有重要意义的课题。
其环保性和可靠性使得无铅焊料成为未来焊接材料的重要发展方向。
然而，目前研究仍面临一些挑战，如材料性能和工艺优化等。
无铅钎料的研究现状及进展
无铅钎料的研究现状及进展学院：材料科学与工程学院姓名：张晨阳班级:焊接二班学号：130********无铅钎料的研究现状及进展作者：张晨阳学号130********（佳木斯大学材料科学与工程专业）摘要：从环保概念出发，介绍了使用无铅钎料的必要性; 综述了近几年国内外无铅钎料的研究现状; 分析了无铅钎料研究必须解决的几个关键问题，并提出了解决这些问题的思路和建议.关键词：无铅钎料；现状;进展；0引言进入21世纪，环境保护已成为国家可持续发展策略的一部分。
国家信息产业部2004年2月通过了《电子信息产品污染防治管理办法》。
该办法规定自2006年7月1日起, 列入电子信息产品污染重点防治目录的电子信息产品中不得含有铅、汞、⋯⋯有毒有害物质.钎焊是电子产品制造中的关键技术。
在钎焊材料中,锡铅合金钎料的用量最大,国内年消耗量在万吨以上。
其中电子工业用量占70%～80%。
此外, 随着微电子技术的发展，对电子设备小型化、轻量化、高性能方面提出更高要求，焊点尺寸越来越小,而其承受的热、电、力载荷则越来越高。
表面组装技术清楚地说明了Sn—Pb 钎料在蠕变、热疲劳等力学性能方面的不足.国际上在电子等工业部门限制或禁止使用铅的呼声日见高涨.通用电器公司指出，60Sn-40Pb 钎料焊点存在疲劳失效现象;同时欧洲空间中心发现，无引线陶瓷芯片载体（LCCC)封装软钎焊焊点，在— 55～125℃经100周热循环，就能出现可视缺陷和电信号传输失真［1］。
欧盟已通过立法将在2008年停止使用含铅钎料，美国和日本也正积极考虑通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。
因此,发展无铅钎料已迫在眉睫，含铅钎料的限制使用和禁止使用只是一个时间问题了。
所以，研究和开发绿色环保无铅钎料以取代Sn-Pb钎料已成为世界各国广泛关注的前沿课题。
1铅的危害在焊料的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅"及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视.美国环境保护署(EPA)将铅及其化合物定性为17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，铅右通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链；在日常工作中,人体可通过皮肤吸收、呼吸、进食等吸收铅或其化合物，当这些物质在人体内达到一定量时，会影响体内蛋白质的正常合成，破坏中枢神经，造成神经和再生系统紊乱、呆滞、贫血、智力下降、高血压甚至不孕等症状；铅中毒属重金属中毒，在人体内它还有不可排泄、并且会逐渐积累的问题。
电子组装用无铅钎料的研究现状及发展趋势
电子组装用无铅钎料的研究现状及发展趋势目前，无铅钎料的研究现状主要包括以下几个方面：
首先，无铅钎料的材料基础得到了广泛研究。
例如，采用银、铜、锡、锡合金等元素
作为主要材料，制备出了各种不同性能的无铅钎料。
此外，还有一些新材料的研究，如非
晶态、纳米材料等，这些材料的应用能够进一步提高无铅钎料的性能和应用范围。
其次，无铅钎料的性能研究已经得到了很好的发展。
这里指的是无铅钎料的润湿性、
燃烧性、机械性能等关键性能指标。
这些性能指标在不同情况下需要满足不同的要求，因
此在无铅钎料的性能研究中，也要根据实际需求进行针对性的优化。
第三，在无铅钎料的制备工艺上，研究人员也进行了很多努力。
现在，常用的制备方
法包括球磨法、物理混合法、化学共淀法、静电纺丝法等。
在制备工艺上的优化能够提高
无铅钎料的质量和性能，从而更好地满足工业应用需求。
最后，关于无铅钎料应用的研究也越来越多。
例如，在各种工业应用中，如电子组装、汽车电子、医疗电子等领域中，无铅钎料得到了广泛的应用。
未来，无铅钎料的发展趋势主要是三个方面：首先是材料创新，研究新型的无铅钎料
材料，以进一步提高其性能和应用范围。
然后是工艺优化，研究更高效、环保、经济的制
备方法，以提高生产效率和质量。
最后是应用拓展，研究无铅钎料在新兴领域中的应用，
提高其市场竞争力。
综上所述，无铅钎料的研究已经有了广泛的进展，其应用前景也越来越广阔。
对于电
子组装行业而言，使用无铅钎料能够保证产品的质量和环保，同时也能够满足消费者对于
环保产品的需求。
无铅钎料的开发与应用技术研究
无铅钎料的开发与应用技术研究一、引言随着环保意识的普及和环保法规的越来越严格，对于环境友好型制造业的需求越来越强烈。
无铅钎料作为一种环保型的焊接材料，在电子、机械、建筑等领域得到了广泛的应用。
本文主要介绍无铅钎料的开发与应用技术研究。
二、无铅钎料的研发历史与技术1. 无铅钎料的发展历史无铅钎料的发展源于对环境保护的要求。
早在上世纪80年代，就有一些发达国家开始规定生产电子元件使用的钎料必须去掉含铅成分。
随着限制的加强，无铅钎料的研发和应用逐渐成为了焊接材料领域的一个热点问题。
2. 无铅钎料的技术特点①低温熔点：无铅钎料的熔点比含铅钎料低30℃左右，这有利于减少焊接温度，从而减少对元器件和电路板的损害。
②流动性好：无铅钎料的流动性好，初次布料比例好控制，这既有利于提高生产成品率，又能减少材料损耗。
③可焊性良好：无铅钎料的可焊性与含铅钎料相当，同时无铅钎料的黏合强度和疲劳寿命也较高。
④低氧化率：无铅钎料的氧化率较低，有利于减少焊接温度，提高焊接质量以及延长焊接炉的使用寿命。
三、无铅钎料的种类与应用1. 无铅钎料的种类无铅钎料的种类比较多，根据其成分分为Sn-Ag-Cu系列、Sn-Cu系列等。
其中，Sn-Ag-Cu系列占据了无铅钎料市场的主流，Sn-Cu系列则由于成本较低，被广泛运用于广告物制造、舞台工程、灯光、家电等。
2. 无铅钎料的应用无铅钎料主要应用于电子、机械、建筑等领域。
其中，①电子领域：无铅钎料被广泛应用于电子产品的生产，如计算机、手机、平板电脑等。
②机械领域：无铅钎料的应用也较为广泛，如汽车、铁路、电力行业等。
③建筑领域：无铅钎料在铜制品、铜管、空调、水暖等产品中也被广泛使用。
例如，家用冷热水管道连接及安装。
四、无铅钎料的未来发展趋势无铅钎料的发展仍然是技术创新的中心。
未来，无铅钎料的发展趋势主要是从以下几个方面进行：1. 合金新材料的研发：目前，工业界正在研制Sn-Ag-Cu体系的镉类替代者，如 In/Sn Ag/Sn系列。
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展摘要：电子封装产业的无铅化是国民经济发展的重要方向，本文根据近年来无铅焊料的新发展趋势，着重叙述了Sn-Bi系无铅焊料的研究进展，阐述了Sn-Bi系无铅焊料的优缺点，以及合金化对其性能的改良情况。
最后展望了无铅焊料的发展趋势和新的发展思路。
关键词：Sn-Bi焊料；无铅；可靠性；脆性1 前言传统电子行业中，Sn-Pb焊料以其优异的物理冶金性能，广泛应用于电子封装领域。
然而Sn-Pb焊料中主要金属元素铅是有毒重金属，美国和欧盟均相继通过立法对含铅电子产品逐步禁止使用Sn-Pb焊料。
针对这一趋势，各主要工业国相继开展了无铅钎料的研制，目前商业化最成功的无铅焊料为SAC305（典型成分：96.5%Sn/3.0%Ag/0.5%Cu）和其同系列焊料。
三元Sn-Ag-Cu焊料降低了Sn-Ag焊料的高成本，也增加了焊料在铜基板上的润湿性，是电子封装行业里最受欢迎的无铅钎料。
当前，无铅焊料的研发主要目标是在性能、成本上完全替代Sn-Pb焊料，除前文叙述的Sn-Ag-Cu合金外，Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-Ag二元合金及其衍生多元合金的性能均不如Sn-Pb合金，尤其是在焊料温度方面[1]，Sn-Pb合金的共晶温度点约为183oC，而Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系合金的共晶温度分别约为221oC、227oC和198oC，均高于Sn-Pb合金，这给电子封装可靠性带来了十分不利的影响。
Sn-Bi合金以其低熔点（139oC）广泛应用于温度敏感器件、防雷等设备的封装，尤其在多层基板封装工艺上更加适合回流工艺。
此外，Sn-Bi系合金的抗热疲劳性能及抗蠕变性好、润湿性好，且Bi能够降低或阻碍Sn合金中的锡须生长，极大地增加了电子封装的应用可靠性[2]。
但同时，Sn-Bi系合金的缺点也很明显：脆性高、延展性差、机械加工性能差。
合金化成为了克服Sn-Bi系合金缺点的主要手段。
2 Ag、Cu添加对Sn-Bi合金的影响。
电子组装用无铅钎料的研究现状及发展趋势
电子组装用无铅钎料的研究现状及发展趋势无铅钎料是一种用于电子组装的新型焊接材料，其主要成分是锡（Sn）、银（Ag）和铜（Cu），不含有害的铅（Pb）。
近年来，由于环境保护和健康安全的要求，无铅钎料得到了广泛应用和研究。
本文将介绍无铅钎料的研究现状和发展趋势。
目前，无铅钎料已经成为电子组装行业的标准材料。
与传统的含铅钎料相比，无铅钎料具有以下优点：无铅钎料不含有害的铅，可以减少对环境的污染，符合环保要求。
无铅钎料具有较低的熔点和较高的润湿性，可以在较低的温度下完成焊接，减少对于电子元件和印刷电路板的热应力，提高了焊接的质量和可靠性。
无铅钎料还能够减少侵蚀、白化和其他与锡-铅合金相关的缺陷。
无铅钎料的研究主要包括合金设计、工艺优化和性能测试等方面。
在合金设计方面，研究者通过调整Sn、Ag和Cu的含量，改变无铅钎料的特性，以满足不同的应用需求。
工艺优化主要是针对无铅钎料的焊接工艺进行研究，以提高焊接的质量和效率。
性能测试方面，主要通过焊接接头的剪切测试、拉伸测试和膨胀测试等方法，评估无铅钎料的焊接性能和可靠性。
未来，无铅钎料的发展趋势主要包括以下几个方面：研究者将会继续优化无铅钎料的合金设计，以提高其焊接性能和可靠性，使其更好地适应电子组装的需求。
随着电子产品的不断发展和更新，对于无铅钎料的要求也会不断提高，例如更高的熔点、更好的润湿性和更低的电阻等。
研究者将会致力于开发新型的无铅钎料，以满足这些新需求。
由于无铅钎料的研究还比较新颖和创新，因此还有许多待解决的问题和挑战，例如无铅钎料与其他材料的兼容性、无铅钎料的长期稳定性和环境影响等，这些问题将会成为未来研究的重点。
无铅钎料是电子组装领域的重要材料，其研究和应用具有广阔的前景。
通过进一步的研究和开发，无铅钎料将会更好地满足电子组装的需求，并推动电子产业的环保和可持续发展。
低银无铅焊料性能与可靠性研究进展
低银无铅焊料性能与可靠性研究进展低银无铅焊料是一种新型的焊接材料，用于电子器件的制造。
与传统的含铅焊料相比，低银无铅焊料具有环保性能更好的特点。
随着环保法规的加强和环保意识的增强，低银无铅焊料在电子行业中的应用越来越广泛。
本文将就低银无铅焊料的性能和可靠性进行研究进展的介绍。
首先，低银无铅焊料的性能方面。
低银无铅焊料主要由银、铜、锡等金属组成，其主要特点是焊接温度低，熔点低，流动性好。
与传统的含铅焊料相比，低银无铅焊料的熔点通常在200-250摄氏度之间，而含铅焊料的熔点通常在300-350摄氏度之间。
这极大地降低了焊接温度，减少了对焊接元件的热影响。
其次，低银无铅焊料的可靠性方面。
低银无铅焊料在焊接过程中容易形成均匀的焊点，焊接强度高，焊缝致密。
传统的含铅焊料在高温下容易生成金属酥化物，这些酥化物对焊接点的稳定性有很大影响。
而低银无铅焊料在焊接过程中不易生成酥化物，焊接点的可靠性更高。
此外，低银无铅焊料还可提供更好的电子化学性能，抗氧化性能更强。
然而，低银无铅焊料也存在着一些问题。
低银无铅焊料的成本较高，价格昂贵。
尽管随着生产技术的改善，低银无铅焊料的价格有所下降，但与传统的含铅焊料相比，仍然较贵。
此外，由于低银无铅焊料的熔点较低，其焊接温度和焊接时间需要精确控制，过高的温度和过长的时间会导致焊接点的氧化和烧损，从而影响焊接质量。
为了解决这些问题，研究人员一直致力于提高低银无铅焊料的性能和可靠性。
首先，研究人员通过合理设计焊料配方和工艺参数，提高了低银无铅焊料的焊接强度和焊接质量。
其次，在研究材料的基础上，研究人员还开展了焊接工艺的改进和优化。
例如，采用较低的焊接温度和较短的焊接时间，以减少焊接热量的影响。
此外，还可以采用辅助工艺或使用助焊剂来提高焊接质量。
综上所述，低银无铅焊料具有较好的性能和可靠性。
虽然其成本较高，但随着技术的进步和价格的下降，其在电子器件制造领域的应用将越来越广泛。
未来，研究人员还将继续努力提高低银无铅焊料的性能，降低成本，以满足不断增长的环保需求和电子行业的发展。
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无铅焊料的研究进展姓名：***学号：************学院: 材料科学与工程专业：金属材料科学与工程摘要随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。
关键词：无铅焊料，电子封装，稀土ABSTRACTWith the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder.Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth1 前言长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。
但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。
欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。
严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。
世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。
2 无铅焊料的研究现状据统计全球范围内共研制出焊膏，焊丝，波峰焊棒材等100多种无铅焊料，但公认能用的只有几种。
日本及欧盟给出了目前在几种不同焊接工艺中可替代锡铅焊料的最佳无铅焊料，如表 1 所示。
但无铅焊料相对于Sn-Pb焊料而言仍存在三大不可忽视的弱点：（1）浸润性差焊接的浸润性不良主要表现为焊锡不扩展，焊锡的流动性差，焊锡没有布满整个焊盘而缺焊。
浸润性较差，带来以下几方面的不足：1）容易产生接合不良；2）为提高浸润性而对操作温度要更高；3）为提高浸润性而使用高活性的助焊剂，会导致焊点可靠性降低。
（2）熔点高无铅焊料普遍比Sn-Pb焊料的熔点高出30℃以上，由此会带来：对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤；容易导致平面基板弯曲变形。
（3）金属溶解速度快金属溶解速度过快会导致以下几方面的问题：1）焊池中焊料由于溶铜、溶铅容易受到污染；2）被焊的基体易溶入到焊料中（例如铜细丝的溶解断裂）；3）焊接时金属间化合物生长过剩；4）溶焊、回流焊的焊池材料因为金属溶解而被腐蚀，导致过早报废。
2.1 Sn-Cu系Sn-Cu系焊料价格便宜，从经济角度来说是不可多得的熔焊用焊剂。
这种合金由于形成Cu6Sn5的微细弥散相而获得很高的初期强度，目前是波峰焊及手工焊中推荐使用的无铅焊料的第二替补。
但当温度超过 100 ℃，弥散相会变粗大。
因此，Sn-Cu焊料的热疲劳和可靠性等还有待证实。
目前这种焊料还不宜用于高可靠要求的组装场合。
2.1.1 Sn-Cu系优点（1）材料价格便宜，Cu 矿产资源丰富；（2）慢冷时焊接处表面的孔洞较少。
2.1.2 Sn-Cu系缺点（1）熔融温度高。
Sn-Cu系焊料的熔融温度比Sn-Ag-Cu 合金焊料要高出约10℃；（2）浸润性较Sn-Ag-Cu 焊料差，仅限于单面基板上的熔焊等应用；（3）耐高温性能较差；（4）和 Cu 基体结合的界面处不平整，容易形成克根达耳孔洞；（5）与镀Pb 元器件兼容性差（易出现热断裂）；2.1.3解决方案为了解决这些问题，尝试在Sn-Cu添加微量的Bi,Ag,Ni等合金元素。
Bi的加入可使钎料的熔点下降，润湿铺展能力提高，但同时也使钎料电阻率增大和变脆，冷却时易产生微裂纹，不适宜气密性封装。
另外含Bi无铅焊料具有较低的超电势，不适宜用于较大电流，较高电压，以及潮湿环境的电器元件焊接[1]，所以必须控制Bi的加入量。
添加适量的Ag也可以改善钎料的润湿性，同时改善其热疲劳性能，可提高Sn-Cu基复合钎料钎焊街头的蠕变寿命。
2.2 Sn-Ag-Cu系在几个候选的合金体系中Sn-Ag-Cu系是新一代的代表焊料，并正在世界范围内推广使用。
这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性，因此也成为各种无铅焊接工艺中的首选候补焊料。
2.2.1 Sn-Ag-Cu系优点（1）由于合金中弥散分布有微细的 Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物强化相，因此可实现优良的机械性能和高温稳定性；（2）溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；（3）Sn-Ag-Cu 焊料可以满足各种形状需要，包括焊条、焊丝、焊球等；（4）与镀Pb 元器件兼容较好，由溶Pb引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。
2.2.2 Sn-Ag-Cu系缺点（1）熔点比Sn-Pb共晶合金高，这是制约这种无铅焊料推广应用的技术瓶颈；（2）浸润性比Sn-Pb焊料差。
对于双面基板的组装，需要采取措施提高通孔的浸润性，如控制波峰焊参数，采用氮气保护性气氛等都相当有效；（3）熔点高，导致它与现在广泛使用的基板材料不相容，而且返修也不得不采用高温，这将大大增加基板损坏的可能性；（4）慢冷时焊接处容易形成孔洞。
（5）超电势问题。
在有电流通过的情况下,不可逆电势与可逆电势差的绝对值(抑或在某一电流密度下,实际发生电解的电极电势与平衡电极电势之间的差值)称为超电势。
传统的Sn-Pb焊料中Sn与Pb对H, Cl等元素的超电势(Over-potential)都较高,而Sn-Ag-Cu焊料中Ag, Cu元素对H, Cl等元素的超电势都很低,而超电势的降低易引起集成电路元件的短路等[2,3]。
2.2.3解决方案影响焊料润湿性的主要因素有[4]:焊料和母材的成分、温度、金属表面氧化物、钎剂、母材表面的状态、表面活性物质等。
Sn-Ag-Cu焊料的润湿性比Sn-Pb 较差,但就当前发展的无铅焊料而言,其对铜及含镀层的铜板上的润湿情况首屈一指,目前改善其润湿性的途径主要集中于对新型焊剂和新型焊接工艺的研究。
当然材料方面也在不断发展,如添加低熔点合金元素(In, Bi)等。
目前,无铅焊料的研究有以下几种趋势[5~11]:其一, Sn-Ag-Cu合金的设计应朝多元化方向发展,因为: (1)熔点(液相线和固相线温度)偏高; (2)合金的性能有可能通过添加多种合金元素得到进一步提高; (3)通过优化钎剂和焊料合金化提高可焊性。
其二,当前Sn-Ag-Cu焊料中Ag含量约3%~4%,成本较高,此外,国际Ag含量储备有限,如果仅仅依靠Sn-Ag-Cu系焊料则不能满足庞大的电子市场需求,因此,积极开展资源丰富的廉价焊料将成为未来的热点。
其三,机制的研究,当前对无铅焊料的材料研究相比较多,而对机理方面的研究相比较少。
传统的正交合金设计法已不能满足材料发展,从微观量子化理论研究焊料及其界面具有重大和深远的意义。
2.3Sn-Zn系在几种常见的无铅焊料中，Sn-Zn共晶焊料的熔点与Sn-Pb焊料最为接近，因此目前对于Sn-Zn焊料的研究也较为广泛。
目前在欧美等国，Sn-Zn焊料已经实用化，日本厂家则通过改良焊剂，在大气中钎焊，已达到不亚于Sn-Pb焊料的组装效果。
今后，将进一步通过耐蚀性的评价等，提高可靠性，加以推广。
Sn-Zn 系焊料与其他含Bi焊料同样，与Sn-Pb电镀层之间也存在兼容性问题。
目前，添加3%Bi 的 Sn-Zn 合金已达到实用化，但二次返修时，会发生类似脱焊的现象。
对焊料的最佳成分组成仍需要进一步研究，但在不降低浸润性的范围内Bi 含量越低越好，以提高焊接的可靠性[12]。
2.3.1 Sn-Zn系优点（1）Sn-Zn系焊料的熔点大致在198℃，与现在通用的Sn-Pb共晶焊料的熔点183℃很接近，两者的工艺设备可以共享；（2）溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；（3）原材料价格便宜，而且矿产资源丰富；（4）连接强度高。
2.3.2 Sn-Zn系缺点（1）Zn 较活泼，容易氧化腐蚀，必须在氮气等非活性气氛中进行回流焊；（2）浸润性极差，这是阻碍Sn-Zn合金焊料应用的主要原因之一（目前已有通过对Sn-Zn的合金化改性来改善其浸润性，并取得了一定效果[13,14]。
并已有实验证明，在乙醇-松香中加入少量SnCl2作为助焊剂可大大改善 Sn-Zn 对铜的浸润性[15]）；（3）Cu 基体接合部位抗高温高湿强度较弱，原因是Sn-Zn焊料与Cu的结合界面形成很薄的Cu-Zn化合物层，在 150℃时，界面反应快速进行，Cu-Zn 化合物层容易受到侵蚀穿孔，Sn 向 Cu 中扩散，在形成Sn-Cu化合物层的同时产生许多空洞[16]。
2.3.3 解决方案针对Sn-Zn焊料与Sn-Pb相比较的弱点,可以通过添加合金元素的方法进行改进。
Ga,Bi降低钎料熔点,提高润湿性;Re细化晶粒,提高与Cu基板的润湿性;Al、Cr、P、Ti提高抗氧化性;Cu和Ni抑制IMCs的生长,提高抗蚀性,提高机械强度。
但是各种合金元素的添加量要适宜[17~22]。
Zn是一种极易腐蚀和氧化的金属。
若往合金中添加Ag,可以提高合金的抗腐蚀性。
在焊接时,合金处于熔融状态,Zn极易氧化成氧化锌,导致焊点缺陷。
若在合金中掺入P,则在焊接时,P会在熔融的合金表面形成一层薄膜,从而阻止焊料直接接触周围的空气而达到防止氧化的目的。
当P的质量分数少于0.001 %时,防氧化性能就不明显了;当P的质量分数超过1 %时,会导致合金的可焊性变差。
Sn-9Zn与Cu基板焊接强度为(3.21±0.73)MPa(250e,10 s),而在Sn-Zn合金焊料中添加微量元素,对焊点与基板间的焊接强度有一定的影响。
当往Sn-Zn合金中添加Ag时,合金与基板间的焊接强度就会有所增加。
Tao -Chih Chang等人[23]的研究表明:Sn-9Zn-0.5Ag与Cu基板间的焊接强度为(4.11±0.56) MPa(250e,10 s),与Sn-9Zn相比,强度增加28 %。
这是由于(1)高纯度Ag3Sn的IMC沉淀在连接界面上,改善了焊点与基板间的连接强度;(2)在靠近焊点一侧,Sn -9Zn焊点的IMC为Cu5Zn8,而Sn-9Zn-0.5Ag焊点的IMC为Cu6Sn5,由于Cu6Sn5不会直接与合金发生反应,阻碍Sn的扩散,使得在焊接的过程中避免Sn 的损耗;[24] (3)此外,对Cu基板上的Sn基焊点,Cu、Sn间的反应使得焊点中的Sn减少;而高纯度的Ag-Zn化合物分散在焊点中,减少Sn的损耗。