新型无铅焊料合金体系

过来近年来对二元无铅焊料进行了深入广泛的研究，主要有Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-In、Sn-Cu、Sn-Sb等体系。然而二元无铅焊料在润湿性及力学电化学性能方面都难以达到传统锡铅焊料的水平、因此研究人员开始注重三元或多元合金体系。通过对无铅焊料合金的多元化设计，无铅焊料的熔化温度、润湿性、焊料组织结构及力学性能抗氧化及腐蚀性能等得到优化。目前研究比较深入、电子封装应用较多的三元合金体系为Sn-Ag-Cu，此外Sn-Zn-Al、Sn-Cu-Ni、Sn-Zn-Bi、Sn-Bi-Fe、Sn-Ag-In等也有相应的报道。

Sn-Ag-Cu焊料是在Sn-Ag二元焊料基础上发展起来的。焊料由于具有优良的物理性能和力学性能，可靠性高、润湿性好，是全球公认Sn-Pb钎料最主要的替代品，也是目前应用较多普遍认可的焊料之一。美国Ames实验室对无铅共晶焊料合金Sn-Ag4.7-Cul1.7及其共晶合金Sn-Ag3.8-Cu0.7和Sn-Ag3.6-Cu1.0进行了研究，并在钎料中添加Co、Ni等元素以改善合金的凝固组织和抑制焊点界面处金属间化合物的生长。Sn-Ag4.7-Cu1.7三元共晶合金具有良好的可焊性，是目前在欧洲应用最广泛的无铅焊之一。此外，韩国和日本对Sn-Ag3.0-Cu0.5的研究较多，目前已经有许多厂商开始应用该合金焊料进行电子封装。无论是欧盟、美国还是日本推荐使用的合金成份，其Ag含量都大于3%。高Ag含量不仅不符合低成本的要求，而且在钎料中的Ag以粗大板条状Ag3Sn的形式存在，会降低焊点的抗冲击性能。然而Ag含量降低，同样会导致钎料的融成变短，润湿性下降。目前，广大科研工作者在降低Sn-Ag-Cu钎料中Ag含量的同事，通过适当添加其他组元如Bi、Pi、Ni、Cr、Al等元素在一定程度上改善钎料的润湿性、抗氧化等性能，取得了较好的效果。在未来的一段时间内，通过设计开发三元甚至多元无铅焊聊体系，进行微量元素改变及进化改善钎料合金的某方面性能仍是无铅焊料合金研究的主流。

自从1998年10月，索尼公司推出第一款MD机以来，无铅焊料已获得了广泛的应用。全球每年消耗的钎料11·13万吨，其供货形态由传统的丝状、条状、带状发展到线状、箔带状、膏状、BGA球和药芯钎料等。我国无铅钎料的规模化生产始于21世纪初，起步较晚，但发展迅速，目前我过已有超过300家的软钎焊企业，生产钎料的品种要600种，软钎料的产量已超过每年80000吨，除国内供应外，国外的订单也日俱增多，并已占主导地位。然而，高端产品如膏状和BGA球等由于缺乏核心技术，主要市场被美国、欧洲、日本等企业占据。随着电子产品的小型化和多功能化，膏状和BGA球等高端产品将成为必然的发展趋势。