焦點日益漸增的含鉍焊料合金：鉍就對了！

若您近期尚未聽聞含鉍焊料合金，它將在不久的未來帶來改變。現在使用愈來愈多的低熔點含鉍焊料且日益普及，因為其低熔點—58Bi/42Sn共晶點為138°C而57Bi/42Sn/1Ag在137-139°C熔化（兩者都是無鉛替代品）。

低溫焊料相較於高熔點合金是有利的，因為其低溫製程需求可以同時降低熱損壞及總成本。使用低溫焊料可以極少化或消除缺陷像是分層或「爆米花」。分層或爆米花失效模式發生在濕敏性裝置(MSD)，當濕氣擴散至塑料元件而在加熱後迅速膨脹。低溫合金適合使用在溫度敏感元件、焊接製程步驟或重工。

許多焊料的基底金屬是錫，其熔點為232°C。使用許多的合金元素以降低合金的熔點。鎵、銦、鉍和鎘可以有效地降低焊料合金的熔點。然而，通常不會考慮鎘因為其具毒性。含鎵合金並不實用，因為它們在室溫或略高於溫度是呈液相。如此只剩下鉍和銦選項可供低溫錫基焊料合金。銦和鉍兩者都具有獨特的物理性質。

BiSnAg合金與標準錫-鉛焊料（Sn63/Pb37或Sn63共晶點183 °C）相比具有更低的熔點，但仍夠高在許多情況下能夠承受成品的工作溫度。另外，它的機械性質與Sn63類似，但此焊料合金不含鉛。該合金在137-139°C為近共晶。因為通常建議回流溫度高於液相線20-40°C，BiSnAg合金仍需最高的回流製程溫度約180°C。Sn63組裝通常需要205-215°C（若是無鉛BGAs回流溫度需更高，225-230°C），對於無鉛組裝常見製程溫度為240-245°C。

HP(bisnag_strength_and_fatigue___hp.pdf) 執行剪切強度、抗潛變性、抗疲勞和其他機械測試顯示BiSnAg與Sn63相比在許多情況下具有相抗衡或更好的性質，包含溫度至90°C時具有合理的強度。

含鉍合金有一些需要注意的地方。最需注意的問題之一是鉍相當脆且若在應用中有鉛，在96°C會形成共晶。當業界初期轉型成無鉛時，這個低熔點共晶是個大問題；許多的組裝只有部份無鉛而鉛污染是個嚴重的問題。隨著轉型進展，情況己有好轉，今日含鉍材料是一個更可行的選擇。

許多的焦點專注在BiSnAg組成，因為初期HP發現添加少量的銀或金可以延長BiSn共晶合金的熱疲勞壽命。在-25°-75°C(BiSnAg)，所有的組件都通過7,000次的熱循環，且實際上與 Sn63相比表現更好。BiSnAg與Sn63的熱疲勞相比一樣或更好（即便在0-100°C的範圍，且無鉛污染）。HP建議銀可能可以降低晶粒大小和穩定化組織，較細的組織通常會具有較佳的機械性質(bisnag_low_temperature_solder_hp.pdf)。

下個文章我將分享在表面黏著技術製程中使用BiSnAg合金的相關資訊。