在转向无铅时，除了焊料合金方面的变化之外，还需要用新的电路板表面处理。对锡铅组装件来说，最常见的表面处理是锡铅热空气焊料均涂层（hasl）。因为组装材料中不能含铅，所以许多材料正在从热空气焊料均涂层转向有机焊料保护剂（osp）、浸银（imag）、浸锡（imsn）或者化学镀镍浸金（enig）。
由于化学上的这些变化必需防止新的焊接合金和工艺可能会对焊点可靠性造成的有害影响。电子行业普遍认为，焊点中最薄弱的环节是焊料与基片之间的界面。不仅如此，在界面上一层薄的而且连续的金属互化物（imc）保证了焊点的可靠和耐用。不过，从统计数据看，如果界面上的金属互化物层比较厚，比较容易引起焊点开裂并且使裂缝扩大，这可能会降低焊点的强度，会减少有延展性材料的体积。由于整个焊料连接面上热膨胀系数（cte）是不同的，因而会产生张力，因为有延展性材料体积减少，承受张力的能力将下降。因此，在长期老化过程中，微结构变化的速度必须很慢，而且微结构的变化不会引起焊点的整体机械强度很快下降。
本文详细描述了界面上和表面安装焊点中金属互化物的形成，焊点是用sac305合金（锡96.5%、银3.0%、铜0.5%）和sn63pb37（锡63%、铅37%）两种合金在表面经过有机焊料保护剂、浸银、浸锡和enig处理的印刷电路板上焊接形成的。这些测试电路板用了0603和0402电阻器、qfp和间距为0.5mm的bga元件，并且根据菊琏电路分开来布置。这些电路板在125℃的恒温下经过48、192、432和768个小时的老化处理；研究了各种金属互化物的生长情况。金属互化物的化学特性和形成的微结构的形态与焊料按照焊料和表面处理分别作了记录。整个金属互化物的生长速度与表面处理有关，但不是很明显。对于不同合金和印刷电路板不同表面处理，形成的金属互化物的厚度不同。金属互化物的整体厚度为2至6祄。此外，老化也会引起焊点出现结构性损坏。
以往关于无铅组装的研究表明，影响焊点中焊锡与焊盘之间的界面上金属互化物形成的化学元素仍然是锡。sac或者sn0.7cu焊料在镀了锡或者osp的焊盘上进行再流焊时，留在界面上的主要化合物是一层cu6sn5[9-12]。延长在高温下的停留时间可能会引起铜和锡穿过界面相互扩散，在紧挨着焊盘的地方形成一层富铜的cu3sn。sac焊料中含有少量的银，对于界面上形成金属互化物的过程中似乎没有起到什么作用，当它与锡发生快速反应时，会形成ag3sn微粒、均匀地分布在整个焊点上。
这个曲线是无铅焊料系统再流焊温度曲线，在生产供恒温老化研究使用的样品时使用这条温度曲线。最高温度和再流焊时间都经过优化，能够达到最理想的再流焊效果。
用sac合金在镀银焊盘上焊接时，同样会产生cu6sn5和cu3sn，这与焊盘表面镀锡是一样的。不过，观察到ag3sn微粒会从铜锡金属互化物生长到焊点中去。据说这些ag3sn微粒是在再流焊过程中形成的，会随着进一步老化而消失，它们对界面微结构的影响微乎其微。镀在焊盘表面上的银会溶解在液态焊料中，最终在焊料内部形成ag3sn微粒。
sac焊料在经过enig镀敷的表面进行再流焊时，据说金会迅速溶解在富锡的液态焊料中，就像镀锡焊盘上形成cu3sn那样，会形成一层ni3sn4。溶解在焊料中的金与锡相互作用形成大片的ausn4，它们分布在靠近界面的地方。
关于金属互化物的生长速度，研究表明，在125℃下老化时间达到400小时，发现界面上的imc层厚度均达到4-8祄。这些研究还说明，在观察到的金属互化物中，连续而均匀的铜锡层的生长速度最慢。与此相反，在镀银表面形成的那层金属互化物在生长时形状是无规则的。研究焊点和界面微结构的变化是非常重要的，这是因为，在全面研究可靠性（例如热循环）时通常观察到的可能的有害影响，可以用这种简单的办法观察到。
样品的准备和验收
这块smt电路板能够贴装八个间距为0.5mm的cabga、两个间距为0.5mm的qfp和由五十个0603和0402电阻器，与一个32脚的插装（pth）连接器相连，呈菊花链状。在这项研究中使用的所有元件的表面处理都是无铅的。根据实验设计,研究了四种电路板表面镀层：0.5祄厚的有机焊料保护剂、20祄厚的浸银、40祄厚的浸锡和200祄厚的enig。用来组装测试电路板的焊料有传统的锡铅合金（sn63pb37）和sac305无铅焊料。无论是无铅样品还是锡铅样品，再流焊窗口（峰值温度和再流时间）都经过优化，对含有四种不同元件的电路板进行再流焊的效果是最好的。表2是用来生产和验收合格试验样品的实际工艺环境和标准。根据实验设计的要求，需要在一条自动表面安装生产线中组装二十四块测试电路板。根据ipc标准来检验这些组装电路板的焊缝湿润情况和几何形状。然后，再把这些电路板放进老化炉内，把炉温调到125℃（±3℃），接着，八块电路板为一组（两种化学材料，四种表面处理），分组进行老化处理，当老化时间分别达到48小时、192小时、432小时和768小时之后，再把各组电路板从老化炉中
