微观结构的稳定性/IMC的生长

    普遍认为，对于锡铅焊料微观结构的研究不是很有必要，而研究无铅焊料微观结构却对其焊接特性及可靠性非常重要。如果在合金中只添加银或铜，那么合金基本是由纯锡及其IMC所组成，其中包括：锡，AgB3BSn及CuB6BSnB5B。在锡铅焊料中这两种IMC的状态是柔软、易延展、有光泽、无棱角的。而合金在无铅焊料中表现为坚硬、脆及无金属光泽的特性。如果焊料的组成及冷却条件在开始就促进该合金的生长，那么合金聚合物将出现明显的多面体结构（图13）。AgB3BSn晶体呈现扁平薄片状，CuB6BSnB5B通常以六棱柱体的形式存在，有时也表现为空洞。

    即使常见的共晶结构，如Sn-3.8Ag-0.7Cu合金，通过将合金在凝固前冷却到额定熔点以下20℃可阻碍该IMC晶核的形成，这样就可以应用过冷过程，在游离态元素聚集凝固成具有均匀的伪二元或三元共晶前，使锡形成枝晶状成为微观结构中的主要形态（图14）。

    通常，无主要枝晶状锡的均匀锡铅微观结构（图2）是焊料的理想特性。某些定性的分析证明，通过加入三元锡铜共晶也可得到均匀的微观结构（图15）从而提高合金特性。

    锡铅焊料均匀的共晶结构在高温老化时会变得粗糙(图16)，这是因为锡与铜基材之间有相互作用，而铅使这个过程变得缓慢；但是，再没有一种元素可以代替铅起到同样的作用。无铅焊料的金属间相相对稳定，但高含量的锡会造成IMC的增长（图16）。

    银是加速界面上IMC的增长另一个元素，而镍被发现可以阻止锡铜共晶中IMC的增长（图17）。此合金在焊接后虽然会形成较厚的IMC，但在锡铜镍合金中其增长的速度要低于在其它合金中。因此，稳定的IMC可在使用中得到更好的可靠性。

    可靠性

    可靠性问题不仅非常复杂而且难有定论。图18比较了Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu-0.06Ni+Ge 和Sn-37Pb在30个重力加速度下振动试验的结果，图19比较了此合金做温度循环试验的结果。从机械特性及微观结构的比较中可证实，锡铜镍合金与锡铅合金的可靠性更接近。