目前很多國家都在積極立法限制鉛的鐵氟龍焊接使用以保護環境，這也推動了無鉛電子組裝的應用。但各種新型合金的整合性和可靠性問題現在仍沒有徹底解決，到底應選擇何種合金已迫在眉睫。
無鉛替代方案中現在提得較多的是用銀或銅代替焊料中的鉛，因此我們下面主要對錫與這幾種金屬組合所形成鐵氟龍的合金進行討論。
Sn/Ag合金
Sn/Ag3。5～4。0在厚膜電路和電子裝配中有著悠久的曆史，因此業內人士認爲用Sn/Ag焊料作爲Sn/Pb替代品應該很方便，但是這種材料卻有幾
個問題。首先，該焊料的熔點(221℃)和回流焊峰值溫度(240℃～260℃)相對于許多表面安裝器件和工藝來說都太高；其次，它裏面含有3。5%～4
%的銀，將會因成本過高而在某些領域受到限制；第三也是最重要的一點，這種焊料因爲銀相變化而無法通過可靠性試驗，這主要是由于合金內不同區域冷卻速率不
同而造成。
爲了深入研究這種焊料，我們將一條Sn96/Ag4錫塊進行回流並從底部強制冷卻，然後檢查它在不同冷卻速率下的微觀結構。如圖1所示，Sn96/Ag4
合金由于冷卻速率不同而有三種金相結構，這種結構缺陷與焊點上發生的情況很類似，可能引起現場失效。正是由于這個緣故，多數OEM廠商和工業組織都反對采
用Sn/Ag作爲主要的無鉛焊料，銀的相變問題還引起人們對含銀量高的Sn/Ag/Cu合金的擔心。
Sn/Ag/Cu合金
盡管存在專利方面的問題，世界上多數國家還是主張使用Sn/Ag/Cu系列合金，但是應選擇什麽樣的比例呢？本文重點研究其中兩種，即一些業界組織關注的Sn/Ag4/Cu0。5以及低含銀量對照合金Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5。
在分析這兩種合金的可靠性試驗結果之前，可以先從經驗上對它們做一個比較。總體來講，它們非常相似，都有很好的疲勞特性、優良的整體焊接強度和豐富的材料供貨源，但也有些細微的差別值得進行討論。
◆熔點 兩種合金的熔點很接近鐵氟龍噴塗：Sn/Ag4/Cu0。5是218℃，Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5是217℃。雖然熔點對現實應用有無影響還有待商榷，但如果能夠嚴格控制回流焊工藝，熔點溫度降低對于減少元件在高溫下的停留時間將會有積極影響。
◆濕潤性 在比較這兩種合金時，有必要先問一下爲什麽要選擇一種含銀量高的合金，因爲這會增加成本。一些人認爲含銀量高的合金有助于提高濕潤性，但是濕潤試驗表明，含銀量低的合金實際上比含銀量高的合金濕潤性更強。
◆專利狀況 業界希望能找到一種可以廣泛使用的合金，所以不會考慮有專利保護的類型。盡管Sn/Ag4/Cu0。5沒有專利保護，而Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5已注冊了專利，但鐵氟龍加工還是應該用更爲慎重的觀點來看待專利的影響以及這些合金供應渠道的真實數量。
如上所述，Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5已注冊了專利，不過它已被許可轉讓給了衆多焊料制造商且沒有數量上的限制，同時無需初始費用。Sn
/Ag4/Cu0。5沒有注冊專利，但用這種焊料的用戶應該知道，該合金所形成的焊點卻可能申請了專利，美國法律允許銷售這種産品的電子級焊料制造商數量
是極其有限的。
雖然Sn/Ag4/Cu0。5所形成的焊點可能會違反現有專利，業界還是推薦使用這類合金，因爲人們認爲這種工藝過去就已經存在，所以不應再受專利的保護。但這是錯的，因爲多數專利既包括合金組分又包括應用(焊點鐵氟龍塗裝)。
換言之，如果能證明以前就有這樣的工藝，那麽合金成分可能就不會受專利保護；但是如果專利寫得比較詳細(包括了應用部分)，那麽該工藝就必須要面對受到專
利保護的焊接過程。從根本上講，這意味著制造商使用的即使是專利範圍之外的合金(如Sn/Ag4/Cu0。5)，但如果在制造期間焊料“吸收”了其中某種
金屬(通常爲Cu)，形成含有專利保護成分的金屬互化物，那麽制造商就會因違反專利而可能會引起法律訴訟。
◆金屬成本
高銀含量(銀的數量在3。5%～7。7%之間)會使合金成本很高，在填充波峰焊機的錫槽時，銀含量每上升1%將使每公斤成本增加1。45美元。爲減少開
支，有人建議在波峰焊中使用不含銀的無鉛焊料，而將含銀合金僅用于表面安裝組件。下面會討論到，這將因Sn/Cu缺陷以及雙合金工藝而可能導致産品失效。
Sn/Cu合金
盡管Sn/Cu合金可以節約一部分成本，但它也有幾個問題必須要考慮。首先，這種合金的熔點是227℃，因此在許多溫度敏感場合其應用會受到限制；其次，
各種情況證明，與其它無鉛焊料相比這種合金濕潤性較差，在很多時候要求使用氮氣和活化程度高的助焊劑，並可能引起與濕潤有關的問題；第三，Sn/Cu的毛
細作用力很低，難于吸入PTH的孔中，同時它缺乏表面安裝組件所需要的抗疲勞性；最後，這種合金很差的疲勞特性會引起現場失效，完全抵消因低廉的價格所帶
來的初期成本節約。
雙合金工藝
還應該指出的是，除了Sn/Cu本身的缺點之外，在組裝中應用兩種焊料合金(如SMT用Sn/Ag/Cu而波峰焊用Sn/Cu)也會産生問題。最好不要將
Sn/Ag/Cu和Sn/Cu混雜使用，因爲這會引起焊點合金不均勻，出現這種情況後，焊點可能因無法釋放應力和應變而容易受疲勞失效的影響。正是由于這
種潛在的混雜問題，雙合金工藝的修複或修整也需要准備兩種合金，並且還要有特別操作說明和監督，才不致于使合金混雜。但遺憾的是不管管理得有多好，操作人
員總是喜歡用最容易使用的焊料，即流動性最好並且熔點溫度較低的合金，所以許多焊點都可能用Sn/Ag/Cu進行修補，即使這些原先是用Sn/Cu裝配。
這好比是免洗和RA芯焊錫絲並用的情況，如果它們都放在生産線上，RA經常會被濫用，原因很簡單，就是因爲它容易用。所以從根本上來講，雙合金組裝工藝會
引起可靠性問題，且很難進行管理。
焊點可靠性試驗
爲了分析Sn/Cu和Sn/Ag/Cu合金的可靠性，對它們分別進行熱和機械疲勞試驗，試驗情況如下。
◆熱循環試驗
在一塊試驗板上用Sn/Cu0。7、Sn/Ag4/Cu0。5和Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5焊接1206薄膜電阻，然後將試驗板在
-40℃～+125℃之間分別進行300、400和500次15分鍾熱沖擊試驗，完成之後對焊點進行截面分析，檢查有無裂縫。
試驗後的檢驗表明，Sn/Cu合金由于濕潤性差(圖3)而會使焊點出現裂縫，Sn/Cu形狀完好的焊點在第三組試驗板循環到500次時也出現了裂縫。
有意思的是，合金在試驗到500次時沒有出現任何裂縫，這表明Sn/Ag/Cu與Sn/Cu相比具有非常優良的抗熱疲勞性。但是從圖4也可以明顯地看到，Sn/Ag4/Cu0。5合金在熱循環後整個焊點的晶狀結構確實也出現了一些變化。
◆機械強度-彎曲試驗 用同樣的試驗板進行彎曲試驗，可以看出Sn/Cu0。7(圖5)制成的焊點在彎曲試驗時出現裂縫，表明焊點不能承受較大的機械應力。相反，Sn/Ag4/Cu0。5和n/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5形成的焊點則全部都通過了彎曲試驗要求。
新型方案
爲緩解電子業界對無鉛焊接的擔心，Consultech International半導體獨立咨詢顧問Bance
Hom開發了一種全面無鉛組裝新方案。她采用不光滑的Sn/Pb引腳鍍層(QFP 208
IC)、塗有機表面保護劑的PWB和Sn/Ag2。5/Cu0。7/Sb0。5合金焊膏，做出全無鉛組裝件同時並沒有大幅增加複雜性和費用。她成功的關鍵
在于組件的回流焊峰值溫度爲234℃，應該指出的是，這些組件是在惰性氣體下進行加工的。當然，並不是所有組件都能在上述環境下組裝，因爲元件的來源問題
以及不可能在所有組件上都達到234℃峰值溫度(由于元件質量、夾具等會引起ΔT不同)，但重要的是，在有些情況下應用某些材料還是能很容易地實現無鉛焊
接。
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