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列举一些具有代表性的低温锡膏合金成分

来源:优特尔锡膏 浏览: 发布时间:2025-07-26 返回列表

低温锡膏的合金成分设计核心是通过调整元素配比,在降低熔点的同时平衡焊点强度、润湿性、可靠性等关键性能。

有代表性的合金体系,涵盖二元、三元及多元合金,附其熔点、性能特点及典型应用场景:

Sn-Bi二元合金(最成熟的低温体系)

 Sn(锡)与Bi(铋)是低温焊料中最经典的组合,通过形成共晶或近共晶结构实现低熔点,成本低、工艺兼容性强,是目前应用最广泛的低温锡膏基础体系。

 Sn42Bi58(共晶合金)

熔点:138℃(共晶点,熔化范围极窄,仅±2℃);

性能特点:润湿性中等(空气中需配合高活性助焊剂),焊点硬度较高(HV 18-20),但脆性略大(延伸率约10%);

应用场景:消费电子(如手机摄像头模组、FPC软板)、LED封装(避免芯片高温损伤),适合对成本敏感、无剧烈振动的场景。

Sn58Bi42(近共晶合金)

熔点:139-143℃(非共晶,熔化范围稍宽);

性能特点:与Sn42Bi58相比,锡含量更高,焊点脆性略低(延伸率提升至12-15%),润湿性略优于共晶成分;

应用场景:替代Sn42Bi58用于对脆性敏感的小型分立元件焊接(如电阻、电容),可减少低温冲击下的焊点开裂风险。

 Sn-Bi-X三元合金(性能优化型)

Sn-Bi基础上引入第三元素(如Ag、In、Cu等),可针对性改善脆性、提升强度或进一步降低熔点,是目前主流的升级方向。

 Sn40Bi57Ag3(含银增强型)

熔点:136-140℃(Ag的加入使熔点略低于共晶Sn-Bi);

性能特点:Ag在焊点中形成Ag₃Sn强化相,抗剪强度较Sn42Bi58提升20-25%(从40MPa升至48-50MPa),脆性降低(延伸率15-18%),且抑制Bi元素的偏析;

应用场景:汽车电子低压部件(如传感器、连接器)、智能家居设备(需一定振动可靠性),平衡成本与强度。

Sn35Bi55In10(低熔点三元合金)

熔点:125-130℃(In的加入显著降低熔点,比Sn-Bi共晶低8-13℃);

性能特点:润湿性优于纯Sn-Bi(In可降低表面张力),但因In的脆性,焊点抗剪强度略低(35-38MPa),且成本较高(In价格是Bi的3-5倍);

应用场景:对温度极度敏感的元件(如MEMS传感器、柔性电子器件),需将焊接峰值温度控制在150℃以下的场景。

Sn45Bi50Cu5(改善润湿性)

熔点:140-145℃;

性能特点:Cu的加入促进与PCB焊盘(Cu基材)的冶金结合,润湿性提升(空气中润湿角从50°降至35°),减少空洞率(从8%降至3%以下);

应用场景:PCB硬板与元件引脚的焊接(如QFP封装芯片),尤其适合焊盘氧化较严重的工况。

 Sn-In二元/三元合金(超低温场景)

 In(铟)的熔点仅156.6℃,与Sn形成的合金熔点更低,适合对焊接温度要求极严苛的场景(如低温下需保持活性的元件),但成本较高(In为稀缺金属)。

 Sn52In48(共晶合金)

熔点:118℃(目前商业化应用中熔点最低的合金之一);

性能特点:超低温熔化,润湿性优异(表面张力仅0.4N/m,远低于Sn-Bi的0.55N/m),焊点延展性好(延伸率25-30%),但强度低(抗剪强度25-30MPa),且In易与Cu形成脆性IMC(Cu₁₁In₉);

应用场景:航天航空电子(低温环境下工作的元件)、医疗设备(如传感器芯片,避免高温影响精度)。

Sn48In50Ag2(三元强化型)

熔点:120-125℃;

性能特点:Ag的加入抑制In与Cu的过度反应(IMC层厚度减少30%),抗剪强度提升至32-35MPa,同时保持超低温特性;

应用场景:高端精密电子(如红外探测器、光纤模块),需兼顾超低温焊接与焊点稳定性。

 Sn-Zn基合金(低成本替代选项)

 Zn(锌)熔点419.5℃,但与Sn形成共晶时熔点显著降低,且Zn成本远低于In、Ag,适合对成本敏感但需中等低温(180℃以下)的场景,缺点是Zn易氧化,需配合特殊助焊剂。

 Sn91Zn9(共晶合金)

熔点:199℃(虽高于Sn-Bi、Sn-In,但显著低于传统Sn-Pb焊料的183℃及无铅高温焊料的217℃,属于“中低温”范畴);

性能特点:成本低(Zn价格仅为Sn的1/5),焊点强度高(抗剪强度45-50MPa),但Zn易氧化(需氮气保护或高活性助焊剂),润湿性较差(空气中润湿角60-70°);

应用场景:工业控制板(如PLC模块)、动力电池连接片(非精密大焊点,可接受稍高温度)。

Sn82Zn15Bi3(三元改性型)

熔点:185-190℃;

性能特点:Bi的加入降低熔点(比Sn91Zn9低9-14℃),同时改善润湿性(润湿角降至45-50°),抑制Zn的氧化倾向;

应用场景:替代部分Sn-Bi体系,用于对成本敏感且可接受190℃峰值温度的场景(如家电控制板)。

 多元复合合金(平衡多性能)

 四元及以上元素复合(如Sn-Bi-In-Ag、Sn-Bi-Zn-Cu),在熔点、强度、润湿性、可靠性之间实现更优平衡,满足高端场景需求。

 Sn38Bi55In5Ag2(四元合金)

熔点:130-135℃;

性能特点:In降低熔点,Ag提升强度(抗剪强度40-42MPa),Bi保证低温基础,四元协同使焊点脆性降低(延伸率18-20%),且IMC层均匀(厚度1-2μm);

应用场景:汽车毫米波雷达(需-40~125℃宽温可靠性)、5G基站射频模块(精密元件与PCB的低温焊接)。

 成分选择核心依据;

 熔点优先:选Sn-In系(118-125℃)或Sn-Bi-In系(125-130℃);

成本优先:选Sn-Bi二元(Sn42Bi58)或Sn-Zn系;

强度与可靠性优先:选含Ag的三元/四元合金(如Sn40Bi57Ag3、Sn38Bi55In5Ag2);

超精密场景:选Sn-In系(需接受高成本)。

 这些合金体系覆盖了从118℃到190℃的熔点范围,可满足不同电子组装场景对“低温”的差异化需求(如消费电子的150℃以下、工业领域的190℃以下)。