向无铅焊接的切换即不只要承认长时刻可靠性，和温度（资料组）升至260℃时所发生的各种改动，还要对可制作性和测验才干进行承认。假如这些根本成果不能到达，那么这种合金就不是一个适宜的替代品。假如一种工艺不能出产出产品且坚持可控，那么这种工艺便是不可行的。了解无铅是怎样影响到功能体现和工艺操控的，才是其履行的核心内容。
从高铅资料（PbR）切换到无铅资料时, 应该加强对失效形式的剖析(FMEA)。从机械学角度上看，典型的无铅资料要比高含铅资料硬。一般文献中所引证的具有代表性的特性数据是源自一个固态样本（规范的体积巨细及质量）。
不幸的是，回流后的焊料合金即不是规范的体积，也与初始的合金具有不同的成分（金、铜、镍、钯和其它金属会污染合金，改动其机械参数）。咱们短少能够比照球状和块状焊点机械功能的、有凸点和无凸点倒装芯片的、以及显现无铅合金机电功能改动的图表。
对焊料凸点和外部环境直触摸区域的仔细检查显现出，硬度对插座规划，电气触摸（阻抗和触摸电阻）以及整个产出有显着的影响。不只包含无铅合金硬度添加带来的问题，就连外表氧化物/助焊剂残留的归纳效应，也能在初次电气触摸和触摸电阻上发生多种影响。
两种现成的“BGA”器材（相同封装，一种含铅量高，另一种不含铅；准确的合金成份与本次试验无关）被用来点评焊料切换带来的影响。图1和图2显现了一个显着的负荷改动状况，以证明相似的凸点变形。（形变程度和为构成电气触摸而在凸点上所施加的最小外力有直接关系关于运用锡铅合金的电气触摸而言，是典型的形变状况）
如图3和图4所显现的，在方针负荷状况下，含铅量高的器材会比无铅合金器材发生最高可达50%的形变。当负荷移走后，含铅量高的器材会保存比无铅合金器材多达75%的形变。这种现象和高铅焊料的机械特性有关，并在铜互连封装的倒装芯片上体现得特别显着。改动凸点的化学成份会导致在冶金学和机械功能方面的一系列改动；很或许是因为铜在焊接进程中的溶解和构成新的合金构成的。
当咱们寻觅改善安装到插座上的BGA或探针卡上的倒装芯片寿数的办法时，需求懂得怎么从高铅向无铅切换才会影响到电气和机械功能，那么，物理测验是必需的。关于倒装芯片，为承认是否在进步产出的一起能保持更好的工艺操控，电气机械特性的比较剖析是必需的。伴随着正确的东西设定（该进程运用改善自CSM外表的东西），电气触摸电阻——也包含切当的初次电气触摸及机械持久力——能很简略取得。
在评价中，咱们承认了处于切当电气触摸和机械形变之间的最佳触摸点，以便更好地进行工艺操控。数据显现，从高铅向无铅的切换，在电气或机械方面都不是一个简略的转化，这和回流温度无关。这一办法也给研究者供给了一个前期的时机，以评价在焊料凸点的可靠性方面因为测验设备未对准而构成的影响。
电气机械数据供给给工艺/规划FMEA人员在合金挑选办法上一个无差错的数据。相对建模办法，这一根据实践数据来挑选适宜资料的办法，在插座装备和界面硬件的装备上，从工程方面去除了凭猜想所做的作业，做到了“一次正确”的设定。合金的电气机械特性的承认不只仅协助了封装规划人员，也为器材规划供给了支撑。不管在机械仍是电气方面，因为将器材装入插座并测验而需求添加的负荷，硅片或许会被损坏。相同重要地，假如完结电气触摸所需求的力超越机械负荷极限时，具有低介电常数（Low K）结构的倒装芯片将会面对可靠性的问题。
小几许尺度的高铅倒装芯片凸点在完结电气触摸时，一般每个凸点需求接受15到20克的力。咱们的团队运用了一个经改装的“CSM－Instruments”的微米级硬度东西，针对模仿安稳电气触摸和产出所需求的力的变量做出快速的评价。成果显现，相关于锡铅焊料，无铅资料或许需求添加70%乃至更多的负荷（这个成果由四点探针组织的 Kelvin 衔接承认过了，显现了一个74%的不同。CSM东西运用了大约5分钟，而运用 Kelvin 衔接或许需求将近两周时刻才干得到成果）。替代规范测验模块的电阻系数和硬度，规划者和工艺工程师需求向焊料和仪器供货商索要这类数据。
上述要素在FMEA上或许带来更大的改动，而且对功能发生影响（对部件和器材是相似的），比方助焊剂残留物，氧化物，合金污染物应该和凸点合金一同被评价。清洗和其它经过去除助焊剂残留和氧化物来清洁凸点的工艺，能够作为一个附加的规范，以便在一个试验规划中得到验证。DoE进程能够被归纳为，针对凸点合金而主张选用正确的探针规划来匹配优先的方针产出，一起添加出产量和优化硬件规划。
针对凸点的几许形状优化探针规划是十分必要的，这有助于避免探针在有用刺穿助焊剂残留物和氧化层，确保电气衔接的一起，对凸点发生损害（要构成电气触摸，有些凸点的形变是需求的；过多的负荷导致了损坏和产出率的降 (低)。该工艺已从几个月（有临界成果）被改善到了几天（有准确的测验成果）。伴随着正确的办法，不断改善的工艺，以及器材和设备的优化，一个完好的凸点形变和电气优化的剖析用不了3天就能够完结。
最终，当比较无铅和高铅焊料时，留意因为尺度的改动，在倒装芯片的焊料凸点和μBGA封装间（250μm凸点几许尺度相对750μm），会发生耐久力的改动。当加载了不同的负荷时，能够观察到“形变”上的不同。试验的成果是符合实践的测验数据的，其差错小于5%（假如 Kelvin 衔接是个要素的话，部分的差错能够被消除）。关于测验硬件规划，预防性的保护（PM）和晶片的决裂而言，这一不同是十分要害的，特别是当无铅凸点安装在低介电常数焊盘上时。在封装或晶片上过多的负荷或许导致部件的损坏和设备的停机。假如运用无铅焊料，特别是运用在低介电常数结构上时，一个和这儿所评论的某个相似的剖析办法，或许对商场出售和可靠性的改善是有协助的。
