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摘要：对目前电子封装中低银无铅焊料的研究现状进行了总结，说明低银无铅焊料的可靠性优于高银焊料，并且在微观组织的研究与模拟上取得了一定的成果，最后对低银无铅焊料的研究进行了展望。
關键词：低银无铅焊料；纳米压痕试验；可靠性；微观组织
随着人类环保意识的增强及电子行业对成本的控制，低银无铅焊料逐渐取代了高银无铅焊料。低银无铅焊料明显降低了成本，同时提高了延展性，相对于高银焊料，有更优异的抗跌落性能，但由于其出现的时间还不长，许多性质需要研究，低银无铅焊料的出现为电子封装的可靠性提出了新的课题。目前对低银无铅焊料的研究主要分为以下几个方面对材料的改性、对材料的力学性能的研究，可靠性的研究，微观组织结构的研究几个方面。
1对材料的改性的研究
研究发现，低银含量的焊料相对于高银焊料有优异的抗跌落性能，但是随着银含量的减少，其也存在一定的缺点，比如焊接时具有较高的起始熔化温度，熔程加长，高温蠕变性能变差等，通过在材料中添加微量元素可以使材料的性能得到改善，例如毕文珍等对Sn-XAg-0.3Cu-3Bi-0.05Er（SACBE）（X=1.0，1.5，2.0）的性能进行了研究，发现与高银焊料Sn-3.0Ag-0.5Cu相比，SACBE焊料的起始熔化温度降低，润湿性能提高，韧性也得到改善。
2材料的力学性能的研究
目前为止，应力和应变仍然是评价材料力学性能的主要参数。随着消费型电子产品的广泛使用，跌落、撞击现象时有发生，只考察材料的准静态下的力学性能已经不能满足当前电子行业发展需求。研究发现，材料的动态力学性能与静态力学性能有很大差别，且温度对材料的动态力学性能都是不能忽略的。
另外，随着封装技术的高集成度与高密度的发展趋势，焊点的体积已经由常规的毫米数量级（mm）降至微米数量级（?m）在微小尺寸和微小尺度内，材料在宏观状态下呈现出的力学性能已经不再适用。表现出尺寸效应。因此，许多宏观的力学参数进入微观尺度后要重新界定。纳米压痕技术能够在有限的微小的材料体积内产生很高的应力、应变或应变率，已广泛应用于对无铅焊点的力学性能的研究中。张新等将分离式霍普金森压杆系统与压痕实验装置相结合，设计了动态压痕试验装置，能够得到微小焊点的动态性能。刘美娜等通过利用纳米压痕实验比较了低银无铅焊料与高银无铅焊料在循环力的作用下的性能，发现在实验过程中，低银无铅焊料Sn-0.3Ag-0.7Cu的能量损耗大于高银无铅焊料Sn-3.0Ag-0.5Cu。
3可靠性研究
电子产品在使用时，会放出大量的热，热量会通过封装体的传导到达焊点，因为封装体与基板间的热膨胀系数存在差异，则电子产品在使用过程中，焊点反复经历着拉压应力的变化，如同热疲劳；会慢慢产生裂纹，直至形成一断裂面，电路发生断路，最后导致元件失效。
另外，在实际生活中，电子产品经常暴露在大气中，大气中的水分会进入到封装材料中，封装体会发生膨胀，当水分蒸发时，会导致封装体材料的收缩，伴随着封装体材料的反复的吸湿与水分蒸发，，焊点在反复的拉伸与挤压的应力的作用下，如同热循环作用慢慢产生裂纹，最终导致焊点断裂，当电子产品在跌落时候，由于电路板与封装体刚度膨胀系数的不同，在电路板因为受到跌落撞击弯曲时，焊点也会反复承受拉压应力，最终导致失效。综上，可得焊点在湿热载荷以及跌落中的失效的共同点都是因为焊点反复受到了不同方向的应力，最终导致焊点失效。王强翔，吴卫华等比较了低银焊料与高银焊料，锡铅焊料的抗跌落性能，温度循环及老化性能进行了对比，发现低银无铅焊料的温度循环特性差于高银焊料，抗跌落性能优于高银焊料。成俊，郝虎等除了研究热疲劳的影响，还从微观角度探讨了电流对焊点的影响。
4微观组织
材料的微观组织结构决定了材料的性能，微观组织的不同是材料的性能不同的根本原因。Mookam，N 等对不同的焊接条件下低银无铅焊点与基板间的金属化合物组织的生长进行了研究。刘艳斌等发现，与高银焊料相比，低银焊料不仅成本低，而且组织和性能较好。目前对其金属化合物的力学性能的研究取得了一定的成果。秦飞等建立了微观尺度下的焊料/金属间化合物/铜焊盘的有限元模型，实现了对金属间化合物微观尺度下损伤，开裂和扩展的模拟。
5.结束语
近年来，对于焊点性能的研究跨越了机械、化学、材料学、力学、晶体学等各个学科。又出现了许多新方法、新技术，例如同步辐射技术、原位观察等技术，相信各个学科的结合对焊点的研究更能够全面揭示焊点失效的本质，而不仅仅停留在对某一种性能的研究上，为电子行业的可靠性设计提供更全面、科学的数据。
参考文献：
[1]胡安民，等.Sn-Ag-Cu-Bi-Cr低银无铅焊料 [J].固体电子研究与进展，2015（1）
[2]毕文珍，林飞，鞠国魁，等.低银Sn-Ag-Cu-Bi-Er焊料及其焊点的拉伸性能研究[J]. 电子与封装，2015（5）：12-16
[3]施纪红.低银无铅焊料的应用―SAC105+Mn焊点可靠性验证试验[J]. 电子工艺技术，2016（3）
[4]王宏芹，王玲，符永高，等.微量Co对低银无铅焊料润湿及界面反应的影响[J]..电子元件与材料，2015（4）
[5]徐金华，马鑫，吴建雄，等.一种低银无铅焊料合金[P] [7] 张新，候兵，李玉龙.基于霍普金森压杆系统的动态压痕实验[J]. 功能材料，2015（4）
關键词：低银无铅焊料；纳米压痕试验；可靠性；微观组织
随着人类环保意识的增强及电子行业对成本的控制，低银无铅焊料逐渐取代了高银无铅焊料。低银无铅焊料明显降低了成本，同时提高了延展性，相对于高银焊料，有更优异的抗跌落性能，但由于其出现的时间还不长，许多性质需要研究，低银无铅焊料的出现为电子封装的可靠性提出了新的课题。目前对低银无铅焊料的研究主要分为以下几个方面对材料的改性、对材料的力学性能的研究，可靠性的研究，微观组织结构的研究几个方面。
1对材料的改性的研究
研究发现，低银含量的焊料相对于高银焊料有优异的抗跌落性能，但是随着银含量的减少，其也存在一定的缺点，比如焊接时具有较高的起始熔化温度，熔程加长，高温蠕变性能变差等，通过在材料中添加微量元素可以使材料的性能得到改善，例如毕文珍等对Sn-XAg-0.3Cu-3Bi-0.05Er（SACBE）（X=1.0，1.5，2.0）的性能进行了研究，发现与高银焊料Sn-3.0Ag-0.5Cu相比，SACBE焊料的起始熔化温度降低，润湿性能提高，韧性也得到改善。
2材料的力学性能的研究
目前为止，应力和应变仍然是评价材料力学性能的主要参数。随着消费型电子产品的广泛使用，跌落、撞击现象时有发生，只考察材料的准静态下的力学性能已经不能满足当前电子行业发展需求。研究发现，材料的动态力学性能与静态力学性能有很大差别，且温度对材料的动态力学性能都是不能忽略的。
另外，随着封装技术的高集成度与高密度的发展趋势，焊点的体积已经由常规的毫米数量级（mm）降至微米数量级（?m）在微小尺寸和微小尺度内，材料在宏观状态下呈现出的力学性能已经不再适用。表现出尺寸效应。因此，许多宏观的力学参数进入微观尺度后要重新界定。纳米压痕技术能够在有限的微小的材料体积内产生很高的应力、应变或应变率，已广泛应用于对无铅焊点的力学性能的研究中。张新等将分离式霍普金森压杆系统与压痕实验装置相结合，设计了动态压痕试验装置，能够得到微小焊点的动态性能。刘美娜等通过利用纳米压痕实验比较了低银无铅焊料与高银无铅焊料在循环力的作用下的性能，发现在实验过程中，低银无铅焊料Sn-0.3Ag-0.7Cu的能量损耗大于高银无铅焊料Sn-3.0Ag-0.5Cu。
3可靠性研究
电子产品在使用时，会放出大量的热，热量会通过封装体的传导到达焊点，因为封装体与基板间的热膨胀系数存在差异，则电子产品在使用过程中，焊点反复经历着拉压应力的变化，如同热疲劳；会慢慢产生裂纹，直至形成一断裂面，电路发生断路，最后导致元件失效。
另外，在实际生活中，电子产品经常暴露在大气中，大气中的水分会进入到封装材料中，封装体会发生膨胀，当水分蒸发时，会导致封装体材料的收缩，伴随着封装体材料的反复的吸湿与水分蒸发，，焊点在反复的拉伸与挤压的应力的作用下，如同热循环作用慢慢产生裂纹，最终导致焊点断裂，当电子产品在跌落时候，由于电路板与封装体刚度膨胀系数的不同，在电路板因为受到跌落撞击弯曲时，焊点也会反复承受拉压应力，最终导致失效。综上，可得焊点在湿热载荷以及跌落中的失效的共同点都是因为焊点反复受到了不同方向的应力，最终导致焊点失效。王强翔，吴卫华等比较了低银焊料与高银焊料，锡铅焊料的抗跌落性能，温度循环及老化性能进行了对比，发现低银无铅焊料的温度循环特性差于高银焊料，抗跌落性能优于高银焊料。成俊，郝虎等除了研究热疲劳的影响，还从微观角度探讨了电流对焊点的影响。
4微观组织
材料的微观组织结构决定了材料的性能，微观组织的不同是材料的性能不同的根本原因。Mookam，N 等对不同的焊接条件下低银无铅焊点与基板间的金属化合物组织的生长进行了研究。刘艳斌等发现，与高银焊料相比，低银焊料不仅成本低，而且组织和性能较好。目前对其金属化合物的力学性能的研究取得了一定的成果。秦飞等建立了微观尺度下的焊料/金属间化合物/铜焊盘的有限元模型，实现了对金属间化合物微观尺度下损伤，开裂和扩展的模拟。
5.结束语
近年来，对于焊点性能的研究跨越了机械、化学、材料学、力学、晶体学等各个学科。又出现了许多新方法、新技术，例如同步辐射技术、原位观察等技术，相信各个学科的结合对焊点的研究更能够全面揭示焊点失效的本质，而不仅仅停留在对某一种性能的研究上，为电子行业的可靠性设计提供更全面、科学的数据。
参考文献：
[1]胡安民，等.Sn-Ag-Cu-Bi-Cr低银无铅焊料 [J].固体电子研究与进展，2015（1）
[2]毕文珍，林飞，鞠国魁，等.低银Sn-Ag-Cu-Bi-Er焊料及其焊点的拉伸性能研究[J]. 电子与封装，2015（5）：12-16
[3]施纪红.低银无铅焊料的应用―SAC105+Mn焊点可靠性验证试验[J]. 电子工艺技术，2016（3）
[4]王宏芹，王玲，符永高，等.微量Co对低银无铅焊料润湿及界面反应的影响[J]..电子元件与材料，2015（4）
[5]徐金华，马鑫，吴建雄，等.一种低银无铅焊料合金[P] [7] 张新，候兵，李玉龙.基于霍普金森压杆系统的动态压痕实验[J]. 功能材料，2015（4）