这些年来，各国的研究者对于二元无铅钎料的研究更加地深入，范围也越来越广，锡铋，锡银，锡铟，锡锌，锡金，锡锑，锡铜等二元无铅钎料已经大量投入到实际的生产过程中。下表1-1举出了一些常见的无铅钎料和含铅钎料性能上的对比。

表1-1 无铅钎料与传统含铅钎料的对比

合金成分 熔点（℃） 优     点 缺      点

37Pb- 63Sn 183 良好的综合性能，成本低 组织易细化，易蠕变

58Bi- 42Sn 139 高流动性 应变速率敏感，润湿性能差

96.5Sn- 3.5Ag 221 高强度，抗蠕变 熔点偏高，成本较高

49Sn- 51In 120 润湿性好 熔点太低，成本较高

91Sn- 9Zn 199 高强度，资源丰富 耐蚀性和润湿性差

95Sn- 5Sb 245 抗蠕变，强度高 熔点高

80Au- 20Sn 278 抗蠕变，耐腐蚀 硬、脆，熔点高，成本高

这些年，以二元合金钎料为基础，材料研究者还开发了各种多元合金钎料，如：锡银铜系，锡银金锑系，锡锌铟系，锡铋银系，锡银铋铜系等多元合金钎料。

1.3  钎料基板间的固/液界面反应

当钎料和基板金属共同受热熔化后，二者形成的合金元素在经过渗透、反应、沉淀等作用后，会于界面处生成一层薄薄的金属间化合物。在微电子封装的过程中，而正是这层在钎料与基板间形成的金属间化合物，保证了焊点能够牢牢地将二者相互连接起来，然而界面间的这层金属间化合物通常质地比较脆，遇到外力时容易发生脆性断裂，这个特性成为了产品在使用过程中极为不确定因素，因此界面反应也成为了焊点可靠性最为核心的问题[7]。

由于紫铜具有良好的物理性能，使得它被广泛应用于电子产业中。研究人员通过将各种不同的无铅钎料放在铜板上进行界面反应后可以发现，钎料与母材中含有的Sn原子和Cu原子会在界面处发生反应，形成金属间化合物，通常研究其中的Cu6Sn5、Cu3Sn这两种不同成分的金属间化合物颗粒。Cu6Sn5的晶格有两种不同的类型当界面反应温度超过186℃时，为密方六排结构；当界面反应温度低于186℃时为斜方结构。

当界面反应的温度高于钎料的熔点而低于母材的熔点时，界面处Cu6Sn5的形成是在一瞬间完成的。在这个过程中分为三个阶段：钎料的溶解、界面反应和钎料的凝固。第一阶段：先用助焊剂将表面氧化膜去除，加热使钎料瞬间融化然后在母材上迅速润湿铺展[8]。与此同时，母材也开始慢慢溶解，Cu原子开始源源不断的向融化的液态钎料中迁移。因为母材溶解和扩散的速率较快，界面处的Cu原子浓度在短时间内将不断升高。第二阶段：熔化的钎料与溶解的基板在界面处持续反应，界面处持续沉淀析出Cu6Sn5。使得余下熔融钎料中的Cu原子浓度不断降低，基板上的母材继续分解、扩散补充Cu原子。母材中Cu原子向熔融钎料中扩散速度随着界面处沉淀析出的金属间化合物颗粒之间的缝隙增大而增大[9]。由于Cu6Sn5的外观呈扇贝状，相邻颗粒间存在小槽，成为了母材中的Cu原子通过IMC层到达其前沿的快速通道。界面处的金属间化合物颗粒不断长大，新生成的Cu6Sn5会填充相邻颗粒间的缝隙，最终所有的裂缝都会被填充。第三阶段：经过钎料升温、保温过程以后，焊点最终冷却并凝固成形。

1.4  焊点可靠性及液态时效机制

1.4.1  焊点可靠性

由于无铅钎料的推广，越来越多的国家开始应用无铅钎料，但是随之而来的无铅钎料焊点的可靠性问题变得非常重要。焊点的可靠性为在指定的运行时间内焊点各方面性能保持稳定且不发生失效的能力。一般来讲，因为某种特定失效机制引起的失效行为叫做特定的失效行为，往往指材料的特殊性能和周围的特定环境。