可行的无铅焊膏成分

什么构成一个可行的成分？

　　对于一个可行的成分，三个主要的标准是，其机械性能要等于或好于以建立的参照物(63Sn/37Pb)；其物理性能与参照物是可比较的；其应用特性与实际的SMT制造基础结构是兼容的。

　　从最简单的二元系统合金到含有超过两种元素的更复杂的系统，无铅材料已经得到彻底的探讨、研究和设计。用了超过十年的努力和积极的研究开发工作，有专门成分的七个系统由于起性能优点表现突出。这七个系统是：

Sn/Ag/Bi 锡/银/铋
Sn/Ag/Cu 锡/银/铜
Sn/Ag/Cu/Bi 锡/银/铜/铋
Sn/Ag/Cu/In 锡/银/铜/铟
Sn/Cu/In/Ga 锡/铜/铟/镓
Sn/Ag/Bi/In 锡/银/铋/铟
Sn/Ag/Bi/Cu/In 锡/银/铋/铜/铟
Sn/Ag/Bi 锡/银/铋

　　对于实际的应用，92.0Sn/3.3Ag/4.7/Bi被认为是锡/银/铋系统中最佳的无铅焊锡合金。这个成分提供比63Sn/37Pb更优越的强度，足够的塑性和相当的抗疲劳特性。其熔点(210-215°C)和湿润特性可应用于SMT印刷电路板装配。可是，当可以用甚至更高的温度时，另一种成分 - 95.5Sn/3.5Ag/1Bi - 提供更好的抗疲劳特性。

Sn/Ag/Cu 锡/银/铜

　　具有3.0-4.7%Ag和0.5-1.7%Cu的成分通常具有比63Sn/37Pb更高的抗拉强度。在这个范围的成分，人们发现银的含量从3.0%提高到更高的水平(4.7%)不提供抗疲劳强度的任何改善。当铜和银两者都处于较高剂量时，塑性变坏，如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu。 93.3Sn/3.1Ag/1.5Cu在强度和疲劳特性两方面都比63Sn/37Pb好得多。在这些成分之中，较低含银量的合金(93.3Sn/3.1Ag/0.5-1.5Cu)展示所有所希望特性的最佳平衡 - 熔化温度、强度、塑性、抗懦变和疲劳寿命。

Sn/Ag/Cu/Bi 锡/银/铜/铋

　　在系统设计的成分中，93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu展示所希望特性的最佳平衡。最佳成分(93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu)提供比63Sn/37Pb更高的疲劳寿命和抗懦变特性。

　　最佳的成分提供至少比Sn/Ag/Cu共晶合金低5°C，这是在Sn/Ag/Cu系统中可得到的最低熔化温度 - 减缓Sn/Ag/Cu对回流温度的要求。

Sn/Ag/Cu/In 锡/银/铜/铟

　　在这个合金系统中，铟在熔化温度的减少中起重要作用，并且延伸在结果合金中的熔化温度的灵活性。保持银和铜的含量不变，在一个相当的范围内(例如，4.1%Ag和0.5%Cu或3.0-3.1%Ag和0.5%Cu)，屈服强度和抗拉强度几乎与铟的原子百分率达到大约8%成线形增加。随着铟进一步增加(超过8%)，屈服强度降低。至于疲劳特性，疲劳寿命随着铟的原子百分比成指数增长，也是在大约8%的铟时达到最大。

　　在系统设计的成分之中，88.5Sn/3.0Ag/0.5Cu/8.0In是最佳的 - 它展示所希望特性的最佳平衡。

　　最佳成分在比Sn/Ag/Cu共晶合金至少低15°C的温度下熔化，这是在SMT生产中一个不可逾越的优势。

Sn/Cu/In/Ga 锡/铜/铟/镓

　　在这个系统中，疲劳寿命在铜的浓度为0.7%时达到最大。6%的铟的含量被认为是最佳的，当考虑成本和性能因素时。少量镓的加入进一步提高强度和抗疲劳特性。所有三个元素(Cu, Ga, In)对降低锡的熔化温度都是有效的。93.0Sn/0.5Cu/6.0In/0.5Ga的屈服和抗拉强度都比63Sn/37Pb的好。其疲劳寿命和抗懦变特性也比63Sn/37Pb优越得多。

Sn/Ag/Bi/In 锡/银/铋/铟

　　在1.0%Bi和3.3-3.5%Ag时，4.0%的铟的含量对于将疲劳寿命最大化是最有效的。铟含量的任何进一步增加都不会增加疲劳寿命。在系统设计的成分之中，有三种选择：90.0Sn/3.3Ag/3.0Bi/3.7In具有206-211°C的熔化温度并展示所希望特性的最佳平衡；91.5Sn/3.5Ag/1.0Bi/4.0In提供最高的疲劳寿命；最后，成本最好的成分是92.0Sn/3.3Ag/3.0Bi/1.7In。

Sn/Ag/Bi/Cu/In 锡/银/铋/铜/铟

　　代表性的焊锡85.2Sn/4.1Ag/2.2Bi/0.5Cu/8.0In的熔化温度是193-199°C。另一种代表性焊锡，82.3Sn/3.0Ag/2.2Bi/0.5Cu/12.0In, 具有183-193°C的熔化温度。两种合金都显示比63Sn/37Pb高得多的强度。最佳表现的成分是85.2Sn/4.1Ag/2.2Bi/0.5Cu/8.0In，具有比63Sn/37Pb高得多的疲劳寿命。

　　除了上面的系统和相应的成分之外，二元Sn/Ag和Sn/Cu共晶合金也是可行的成分。应该注意，在一个合金系统内，只有规定的成分具有所希望的性能。这一点是与Sn/Pb系统一样的 - 特定的成分(63Sn/37Pb)才是最佳的。总之，可行的成分列表如下：

Sn/3.0-3.5Ag/1.0-4.8Bi
Sn/3.0-3.5Ag/0.5-1.5Cu
Sn/3.0-3.5Ag/0.5-3.5Bi/0.5-0.7Cu
Sn/3.0-3.5Ag/0.5-1.5Cu/6.0-8.0In
Sn/0.5-0.7Cu/5.0-6.0In/0.4-0.6Ga
Sn/3.3-3.5Ag/1.0-3.0Bi/1.7-4.0In
Sn/3.0-4.1Ag/2.2Bi/0.5Cu/8.0In
96.5Sn/3.5Ag
99.3Sn/0.7Cu