当前,关于无铅焊料的研究基本上集中在以下3个方面:
(1)新型无铅焊料合金材料的开发;
(2)焊接头、焊点的疲劳特性研究及焊点可靠性的研究与设计;
(3)无铅焊料的工艺研究。
通过近20年的研究开发,各国都取得了一定研究成果,在有限改变工艺条件前提下,无铅焊料已可部分取代锡铅焊料。目前开发出的无铅焊料有百余种。所有的无铅焊料几乎都利用Sn作为基体材料,因为它成本低,货源充足,并具备理想的物理特性,如导电/热性和润湿性等,同时它也是63Sn/37Pb合金的基底金属,通过加入Bi、Cd、In、Zn、An、TI、Ga、Hg、Cu、Sb和Ag等元素中的一种或几种可得到合适的熔点和力学性能。
针对现有的有铅焊料,选择适当的无铅焊料合金替代品是无铅组装技术的基础。从纯技术的角度,取代传统的Sn63一Pb37或Sn60一Pb40有铅焊料产品的无铅焊料产品已经成熟。目前多为以Sn作为基体的Sn—Cu、Sn—Ag、Sn—Ag—Cu或Sn—Zn系列的组成成分。
对上述无铅焊料焊接工艺,比较普遍的看法是,手工电烙铁焊应该采用Sn Cu、Sn—Ag系或Sn Ag Cu系,浸焊和波峰焊采用Sn—Cu系,回流焊采用Sn Ag系和Sn AgCu系,特别需要低温时可考虑Sn Zn Bi系。虽然现在已经有很多种无铅焊料面世,但还没有一种能够全面直接替代SnPb焊料的解决方案,仅对于某些特殊的工艺过程,某些特定的无铅焊料可以实现直接替代。
就目前而言,最吸引人的无铅焊料是Sn—Ag—Cu系列。而锡/银/铜合金的优点主要在于合金成份简单,原材料丰富,成本较低,对环境相对友好。熔点温度(217 ℃)虽然高于锡铅合金,但总体性能较好。其它有潜力的组合包括Sn -0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Bi等正在开发研制中。同时目前还没有合适的高铅高熔点钎料的无铅替代品出现。