新型无铅合金的热疲劳
ATC数据的获得 表贴器件焊点所受的热疲劳和蠕变作用是焊点失效的 主要原因[6]，一般使用加速温度循环试验(ATC)作为评估低 周疲劳失效的标准方法。对于共晶锡铅焊点的热疲劳可靠 性，各种文献已有深入研究，理解也非常透彻。但在整个 电子行业切换至无铅焊料和焊接工艺的过程中，无铅焊点 的可靠性仍然是一个具有较多争议的热门研究课题[7-11]。
目前业界针对新型无铅焊料的热疲劳研究尚不多，这 主要是由于资源、费用以及时间的限制和要求。尽管焊料 供应商在无铅合金发展中扮演着极其活跃的角色，但却很 少有公司将加速温度循环疲劳数据研究作为其主要的开展 方向。因此，在新型无铅合金研究中，仍然需要那些掌握 着原始数据的设备制造商和行业机构发布更多的信息。
ATC试验的挑战
加速温度循环试验的目的是为了使产品满足高可靠性 要求，因此本试验选择了几种高银含量的无铅合金焊料作 为评估对象，如SAC405，396，387和305，而对于低银合 金，如SAC105，热疲劳数据则较少。这就引发了一个潜在 问题，即并未考虑到在许多高可靠性和高寿命要求的产品 上会出现大量的低银合金器件。另外，在试验参数的选择 上仍有许多分歧，包括温度保持时间和变化时间、温度变 化范围、测试周期等；这些因素制约了试验结果之间的可 对比性，同时也导致了许多文献和出版物中其研究结果之间的相互矛盾和不完整。
高银含量合金的热疲劳可靠性 在比较SAC405和SAC305的热疲劳表现方面，业界已 发布的数据较少。Celestica在相同试验条件下比较了这两 种合金及其可靠性数据，如图7所示，它认为SAC405也许 比SAC305有更好的热疲劳可靠性[12]。但Unovis却认为两者在此方面相当（数据未发布）[13]。
低银含量合金的热疲劳可靠性
在低银合金的热疲劳可靠性方面已发布的数据非常少， 特别是面阵列器件应用方面。业界相关机构的试验数据表 明，对于普通基板的面阵列器件，SAC405和SAC305的热 疲劳可靠性相当，但SAC205却比这两者稍好[13]。其中由 Kang等人针对商用面阵列器件完成的评估是最详细的研究之 一[14]，他们认为低银合金比高银合金的热疲劳可靠性更好。
Kang等人最初的目的是研究低银合金能否通过抑制 Ag3Sn IMC层的形成和生长来改善其抗热疲劳性能，同 时他们也进行了冷却速率和热循环曲线方面的分析，所使 用的CBGA器件名义特征寿命为1,000个循环，并对比了 SAC387和SAC219两种合金成分。
Kang的研究数据如表2所示。在0～100℃温度循环 下，寿命最短的是dwell停留时间最长的（120分钟/每循环 周期）那组。这也证实了SAC合金在长的dwell停留时间下 可靠性降低的观点。不管ATC条件如何，慢的冷却速度都 会产生最好的可靠性结果，这是由于慢冷却速度改善了焊 点的微观组织。慢的冷却速度会产生更多的β-Sn相，具 有更好的抗疲劳、延展性以及在SMT过程中产生低的残余 应力。对120分钟/每循环周期，低银合金SAC219可靠性较 好。尽管如此，通过所有条件的试验，银含量对ATC寿命的影响关系仍然不能统一，如表2所示。
失效分析显示，在SAC387合金焊点中裂纹扩展非常 接近封装体界面，但是在SAC219合金中更多失效是发生在 焊料中，这很可能由于银含量的不同导致了失效模式的不 同，但是作者没有详细讨论板状Ag3Sn的影响。