如果您最近還沒有聽過含 Bi（鉍）焊料合金，那麼在不久的將來，這種情況可能會改變。低熔點含鉍焊料因其較低的熔化溫度-58Bi/42Sn在138°C共晶，57Bi/42Sn/1Ag熔化溫度為137-139°C（兩者皆為無鉛替代品），目前使用量越來越多，也越來越受歡迎。
低溫焊料比熔融溫度較高的合金更具優勢，因為較低的溫度加工需求可降低熱損傷和整體成本。使用低溫焊料可減少或消除分層或 「爆殼 」等缺陷。在濕氣敏感性元件 (MSD) 中，當擴散到塑膠元件中的濕氣在加熱時迅速膨脹時，就會出現分層或爆裂的失效模式。這些較低溫度的合金也適用於溫度敏感性元件、步進焊接製程或返修。
大多數焊料的基本金屬是錫，其熔點為232oC。一些合金元素被用來降低合金的熔化溫度。Ga、In、Bi 和 Cd 能有效降低焊料合金的熔化溫度。然而，Cd 因其毒性而不常被考慮。含鎵的合金不實用，因為它們通常在室溫或稍高於室溫時呈液態。因此，鉍和铟可作為低溫錫基焊料合金的候選合金。铟和铋都具有独特的物理特性。
BiSnAg 合金的熔化溫度比標準的錫鉛焊料 (Sn63/Pb37 或 Sn63eutectic -183oC) 低，但在許多情況下卻足以承受成品的操作溫度。此外，其機械特性與 Sn63 相似，但此焊料合金不含鉛。這種合金在 137-139°C 時接近共晶。由於回流溫度通常建議高於液相溫度 20-40oC，因此 BiSnAg 合金仍只需要約 180°C 的最高回流處理溫度。Sn63 組裝通常需要 205-215°C (如果回流無 Pb BGA，則需要更高 - 225-230°C)，而無 Pb 組裝的加工溫度通常為 240-245°C。
HP(bisnag_strength_and_fatigue__hp.pdf)在剪切強度、抗蠕變性、耐疲勞性和其他機械測試方面所做的工作顯示，BiSnAg 在大多數情況下都具有接近或超越 Sn63 的特性，包括 90°C 以下的合理強度。
含鉍合金確實存在一些問題。其中一個主要的顧慮是，鉍(Bi)會變得相當脆，其次，如果用於含鉛的應用中，會在 96°C 時形成低熔共晶。低熔共晶的形成是業界首次過渡到無鉛領域時的主要顧慮；大多數的組裝只有部分無鉛，鉛污染是一個真正的顧慮。隨著過渡的進展，這種情況已不再是問題；如今，含雙鉛材料是更可行的選擇。
這裡大部分的重點都放在 BiSnAg 成分上，因為在早期，HP 觀察到少量添加 Ag（或 Au）會增加 BiSn 共晶合金的熱疲勞壽命。在 -25° 至 75°C (BiSnAg) 的溫度下，所有組件都能維持 7,000 次熱循環，實際表現優於 Sn63。BiSnAg 的熱疲勞與 Sn63 不相伯仲，甚至更勝一籌 (即使在 0-100°C 的範圍內且沒有 Pb 污染的情況下)。HP 提出，Ag 可能會減少晶粒尺寸並穩定微觀結構；較細的微觀結構通常是較佳機械特性的理想選擇(bisnag_low_temperature_solder_hp.pdf)。
在下一篇文章中，我將分享一些在 SMT 製程中使用 BiSnAg 合金時需要考慮的摘要資訊
