。

      基于焊料熔点和反应润湿必要性的认识，人们在寻找无铅焊料的最初阶段，就已经公认新的无铅焊料应该以Sn为基体的合金。这里包含两层含义：

1         .Sn是无铅焊料的集体元素，如同有铅焊料一样，通过Sn与母体金属之间形成金属间化合物来保证无铅焊料的润湿和实现连接。

2         无铅焊料是一种合金，即在纯锡中添加某些金属元素而形成的。金属元素地添加，可以抑制前述的纯锡的相变问题，同时可以改善强度等物理性能。

        考虑到无铅焊料的两个基本要求，一是以Sn为基体元素，二是熔点在350℃以下（这样才能保证焊接温度在450℃以下）纵观元素周期表和二元合金相图集，我们发现可供选择的二元无铅合金并不多，表1~5列出了其成分与熔点。

由于本书的写作目的是为电子工业界提供无铅化电子组装的相关信息，因此我们是以产业实用化为最终目的，而不是泛泛而谈目的有多少中无铅焊料。而考虑到产业使用化的问题，我们首先就要关注的是金属元素的资源与成本问题。

由表1~6中的数据可见，作为产业实用化的焊料合金的组成成分而言，除非实际特殊应用场合，金是可以被排除的，其高昂的价格是任何用户都难以承受的。其次是金属In，它的价格是白银的3倍，而相对廉价的则是金属Zn,Sb,Cu,等。金属铝在软钎焊焊料中的应用前景是很小的。

由表1~6可见，以Sn为基体的无铅焊料的成本肯定要高出传统上Sn~Pb焊料很多。尽管要付出生产成本方面的代价，无铅焊料的概念还是得以广泛重视，就是因为前世有毒有害的金属元素，那么，我们在选择新兴的无铅焊料的时候，也必须关注一下相关金属元素的毒性问题。尽管上述无铅焊料的相关金属元素都不在欧盟WEEE和ROHS指令的禁止使用无知的范围之内，但不代表其对人体健康和环境没有影响。例如Ag，人体血液中含有过量的银将导致“银制沉着病”其病理表现使皮肤变为银灰色；又如Sb，锑是驱虫剂，呕吐剂等的主要成分，三价锑的毒性更被认为是于砒霜的毒性相当。因此特别是在日本，锑是非常被关注的有毒金属元素。如日本《水道法》对饮水重金属元素含量的规定中要求Pb含量在0.05mg/l 以下，而Sb含量则更为严格的控制在0.002mg/l以下。

表1~7和1~8是无铅焊料相关金属元素毒性方面的一些数据资料及德国研究人员就某些无铅焊料的环境影响问题得出的研究结果。如果按照OSHA PEL 和ACGIH TLV 数据，相关金属元素的毒性大小排序为：

Bi＜Zn氧化物烟尘＜Sn(无机物) ＜Cu灰尘＜Sb及其化合物＜Sn(有机物) ＜Cu烟尘＜In及其化合物＜Ag灰尘及烟尘＜Ag及其可溶解化合物＜Pb无机物

如果按照慢性毒性，相关金属元素的毒性大小排序为：

Bi＜In＜Zn(氧化物) ＜Cu＜Ag＜Sn＜Sb＜Pb

而表面组装协会的研究报告给出了如下排序：

Bi＜Zn＜In＜Sn＜Cu＜Sb＜Ag＜Pb

在德国研究人员就某些无铅焊料的环境影像问题得出的研究结果中，有两个目前在环境科学中比较常用的名词。一个是LCA，可译为生命周期评价，其核心是指对产品从最初的原材料开采，原材料生产到产品制造，产品使用以及产品用后处理的全过程进行跟踪和定量分析与定性评价。另一个是TCLP，可以为废弃无毒性特性融出程序，就焊料合金而言，是模拟pH=4.8的酸雨环境来观测废弃物重金属元素的熔出量。综合而言，从环保的角度来讲，真正称得上是“环保焊料”或“绿色焊料”的应该是Sn~Cu合金以及Sn~Zn合金。

每一种金属元素均具有其独特的物理性能，这些性能也必然会对由其组成的合金的性能产生影响。在此我们给出无铅焊料相关金属元素的物理性能数据供大家参考（见表1~9）

含Zn焊料一直是被忌讳使用的。其原因在于Zn这种金属元素具有较强的氧化性和腐蚀性，会对组装后的焊点带来长期使用过程中的可靠性问题。

表1~10为相关金属氧化物的标准生成自由能，按照热力学原理，氧化物的标准生成自由能的负值越大，表示该金属越容易氧化。可见在无铅焊料的相关金属中，Zn是最容易氧化的，因此含Zn焊料的焊点表面经常可以见到一层氧化皮。                    

      另一方面是Zn的电化学腐蚀问题。如表1~11所示，每一种金属元素都有自己的标准电动势。当焊料金属与焊盘金属之间标准电动势不同，即存在电位差，则在焊点局部可构成一个微电池，作为阳极部分的金属离子将向作为阴极移动。如果电位差较大的话，这种一动就会相当迅速，并进而造成焊点裂开。如表1~12所示，Cu是最为常见的焊盘金属，某些场合会在Cu表面镀Ni Au Pb等来防止Cu的氧化。由表的数据可见，Zn与这些常见的焊盘金属之间存在最大的电位差，那么作为阳极的Zn将快速的向作为印记的焊盘金属移动，其结果就是焊点裂开，这也是使用Sn~Zn是最为常见的一种可靠性问题。正因为如此，Sn~Zn焊料的调子组装航已至少有应用。