人们对含铋焊料合金的兴趣在增长：铋很酷！

如果您现在还未听说过含铋（铋）焊料合金，那在不远的将来这种情况就会发生改变。现今对低熔点含铋焊料的应用日益增长，也越来越普及，原因在于其较低的溶解温度 —— 58Bi/42Sn 在 138℃ 的时候是共熔的，57Bi/42Sn/1Ag 在 137 – 139℃ 可熔解（二者都是无铅替代品）。

低温焊料比高熔解温度合金更有优势，因为低温加工要求可降低热损害和整体成本。诸如起鳞或“爆米花”的瑕疵都可通过使用低温焊料降到最低限或者消除。当渗入塑料元件内的湿气在加热时迅速扩散时，对湿度敏感的设备（MSD）上就会出现起鳞和爆米花的故障形式。这些低温合金也很合适与对温度敏感的元件、分步焊接工艺或返工操作一起使用。

大部分焊料的基本金属是熔点为 232℃ 的锡。用来降低合金溶解温度的合金元素有很多。镓、铟、铋及镉都可有效降低焊料合金的溶解温度。但镉并不常用，因其具有毒性。含镓的合金也不实用，因为一般在室温或稍高温度条件下含镓的合金呈液态。于是，铋和铟就成了低温锡基焊料合金的候选合金元素。铟和镓都具有独特的物理性质。

BiSnAg 合金的熔解温度比标准的锡铅焊料（Sn63/Pb37 或Sn63eutectic —— 183℃）更低，但在许多情况下也足以经受成品的操作温度。此外，其机械性能与Sn63 相似，但此焊料合金不含铅。该合金在 137 – 139℃ 会接近共熔。我们一般建议回流焊温度为液相线以上 20 – 40℃，BiSnAg 合金对最高回流焊加工温度仍只要求达到约 180℃ 即可。Sn63 组装一般要求温度为 205 – 215℃（回流焊无铅BGAs 或许会更高 —— 225 – 230℃），无铅组装的一般加工温度为 240 – 245℃。

HP 在切变强度、抗蠕变性、抗疲劳性以及其他机械测试中（bisnag_strength_and_fatigue___hp.pdf）显示，在大多数情况下，BiSnAg 所具有的性能接近或超越了 Sn63，包括达到 90℃ 的合理强度。

而对于含铋合金，也存在一些实际问题。主要问题之一是铋很脆。第二，如果在 96℃ 的温度下铋与铅混合使用会形成低熔点的共熔合金。在本行业有史以来第一次过渡到无铅时代的时候，此低熔点共熔合金成为了一个重要关注的问题；大部分组装只能做到部分无铅，而铅污染确是一个真正的难题。随着行业过渡的推进，这种状况有所减轻；现如今使用含铋材料是一种切实可行的选择。

关注的焦点主要在于BiSnAg 复合物，因为在早期 HP 发现微量银（或金）添加物会延长 BiSn 共熔合金的热疲劳寿命。在 -25℃ - 75℃ 的温度下，所有 BiSnAg 组装经受了 7000 次热循环，且实际上超超越了 Sn63。BiSnAg 热疲劳与 Sn63 不相上下或超越了 Sn63（甚至在 1 – 100℃ 的范围内和无铅环境下）。HP 建议，银可能减小晶粒尺寸并稳定微观结构；为获得更佳的机械性能，通常更精细的微观结构会比较理想（bisnag_low_temperature_solder_hp.pdf）。

我将在下一篇博文中分享一些关于在 SMT 工艺中采用 BiSnAg 合金时要考虑的概要信息。