低溫錫膏的焊接原理是材料特性、物理相變與界面化學(xué)作用協(xié)同的結(jié)果，其核心是通過(guò)低熔點(diǎn)合金的熔化-潤(rùn)濕-凝固過(guò)程，在低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)母材（如PCB焊盤、元器件引腳）的冶金結(jié)合。

相較于傳統(tǒng)高溫錫膏（如SnAgCu合金，熔點(diǎn)217°C以上），低溫錫膏（以SnBi系為例，熔點(diǎn)138°C）的焊接原理在溫度控制、界面反應(yīng)和工藝適配性上有顯著差異，具體可從以下維度解析：

 核心成分：焊接原理的物質(zhì)基礎(chǔ)

 低溫錫膏的功能實(shí)現(xiàn)依賴于焊錫粉末與助焊劑的精準(zhǔn)配比，二者的協(xié)同作用是低溫焊接的前提。

 1. 焊錫粉末：低熔點(diǎn)合金的“相變核心”

主流低溫錫膏的焊粉以錫鉍（SnBi）合金為基體（占比90%以上），部分會(huì)添加微量Ag（0.3%-1%）、Cu（0.1%-0.5%）或Zn（1%-3%）等元素優(yōu)化性能。

其關(guān)鍵特性是低熔點(diǎn)：純Sn熔點(diǎn)232°C，純Bi熔點(diǎn)271°C，但Sn與Bi形成共晶合金時(shí)（Sn63Bi37），熔點(diǎn)驟降至138°C（共晶點(diǎn)），這是實(shí)現(xiàn)低溫焊接的核心物理基礎(chǔ)。

焊粉的形態(tài)與尺寸也影響焊接行為：工業(yè)級(jí)低溫錫膏多采用球形微米級(jí)粉末（粒徑5-30μm），部分高端場(chǎng)景（如超細(xì)間距焊接）使用納米級(jí)粉末（1-5μm）。

小粒徑粉末的比表面積更大，可降低熔化激活能，使焊粉在略高于共晶點(diǎn)的溫度（150-175°C）即可快速熔化，縮短高溫停留時(shí)間。

2. 助焊劑：界面清潔與潤(rùn)濕的“催化劑”

助焊劑占錫膏質(zhì)量的10%-15%，是低溫焊接的“隱形核心”，其功能直接決定焊接可靠性：

去除氧化層：通過(guò)有機(jī)酸（如己二酸、谷氨酸）或有機(jī)胺鹽等活化劑，在低溫（80-120°C）下與母材表面的氧化膜（如CuO、SnO?）反應(yīng)，生成可溶于助焊劑的鹽類，暴露新鮮金屬表面；

降低表面張力：通過(guò)松香（或合成樹脂）等成膜劑，降低熔融焊料與母材的界面張力（從高溫錫膏的40-50mN/m降至30-35mN/m），促進(jìn)焊料鋪展；

防二次氧化：在焊接過(guò)程中形成保護(hù)膜，阻止高溫下母材和熔融焊料再次氧化；

調(diào)節(jié)黏度：溶劑（如乙醇、乙二醇醚）與增稠劑（如氫化蓖麻油）配合，使錫膏在印刷時(shí)保持形狀（抗塌陷），加熱時(shí)逐步揮發(fā)，避免焊點(diǎn)出現(xiàn)氣孔。

 焊接過(guò)程：四階段的物理化學(xué)變化

 低溫錫膏的焊接通過(guò)回流焊工藝實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過(guò)程可分為預(yù)熱、升溫、回流、冷卻四個(gè)階段，每個(gè)階段的溫度區(qū)間和核心反應(yīng)嚴(yán)格匹配低熔點(diǎn)合金的特性：

 1. 預(yù)熱階段（80-120°C，持續(xù)60-90s）

 物理變化：助焊劑中的溶劑（占比30%-50%）逐步揮發(fā)（避免后期高溫下劇烈沸騰導(dǎo)致焊料飛濺），錫膏黏度略微上升，保持印刷形狀；

化學(xué)作用：助焊劑中的活化劑開始分解，與母材（如PCB銅焊盤）表面的氧化膜（CuO、Cu?O）反應(yīng)，生成水溶性或脂溶性產(chǎn)物（如銅鹽），初步清潔界面。

關(guān)鍵控制 ：升溫速率需平緩（1-2°C/s），避免溶劑揮發(fā)過(guò)快導(dǎo)致錫膏“干涸”或焊點(diǎn)出現(xiàn)針孔。

 2. 升溫階段（120-140°C，持續(xù)30-60s）

 焊料熔化啟動(dòng)：當(dāng)溫度接近SnBi共晶點(diǎn)（138°C）時(shí)，焊粉顆粒開始“軟化-熔化”：先從顆粒表面開始熔融（低熔點(diǎn)Bi元素優(yōu)先擴(kuò)散），形成液態(tài)焊料薄層；

助焊劑深度活化：活化劑在120-140°C達(dá)到最佳活性，徹底去除焊粉表面的氧化層（SnO、Bi?O?）和母材殘留氧化膜，為焊料潤(rùn)濕掃清障礙；

顆粒融合：熔融的焊料薄層通過(guò) capillary 力（毛細(xì)作用）將相鄰焊粉顆粒連接，逐步形成連續(xù)的液態(tài)焊料池。

核心差異 ：相較于高溫錫膏（需升溫至220-250°C），此階段溫度僅比共晶點(diǎn)高2-10°C，大幅減少母材熱損傷風(fēng)險(xiǎn)。

 3. 回流階段（峰值溫度150-175°C，停留10-30s）

 完全潤(rùn)濕與鋪展：液態(tài)焊料在助焊劑降低表面張力的作用下，沿母材表面快速鋪展（潤(rùn)濕角需≤30°，確保焊接強(qiáng)度），覆蓋整個(gè)焊盤區(qū)域；

界面冶金反應(yīng)：液態(tài)焊料中的Sn、Bi原子與母材（如Cu、Ni）表面原子發(fā)生擴(kuò)散，形成金屬間化合物（IMC）層——這是實(shí)現(xiàn)“冶金結(jié)合”的核心標(biāo)志。

例如，在銅焊盤上，Sn會(huì)與Cu反應(yīng)生成Cu?Sn?（η相），厚度控制在0.5-2μm（過(guò)厚會(huì)導(dǎo)致脆性增加）；

Bi因擴(kuò)散能力較弱，主要富集在焊點(diǎn)內(nèi)部（需通過(guò)成分優(yōu)化減少偏析）。

助焊劑殘?jiān)纬桑褐竸┲械臉渲煞衷诟邷叵绿蓟蚓酆?，形成保護(hù)膜覆蓋焊點(diǎn)表面，防止冷卻過(guò)程中二次氧化。

工藝關(guān)鍵 ：峰值溫度需嚴(yán)格控制（高于共晶點(diǎn)10-30°C），過(guò)高會(huì)導(dǎo)致Bi過(guò)度偏析（形成脆性相），過(guò)低則焊料未完全熔化，出現(xiàn)虛焊。

 4. 冷卻階段（從峰值溫度降至室溫，速率2-4°C/s）

 焊料凝固：液態(tài)焊料隨溫度降低快速凝固，形成具有一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

SnBi合金的凝固過(guò)程遵循“共晶凝固”規(guī)律，Sn與Bi原子按比例排列形成細(xì)密的共晶組織（減少Bi的粗大析出）；

IMC層穩(wěn)定：界面處的Cu?Sn?層停止生長(zhǎng)，形成穩(wěn)定的冶金結(jié)合界面，確保焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度需≥20MPa）和導(dǎo)電性（電阻率≤15μΩ·cm）；

應(yīng)力釋放：緩慢冷卻（速率≤4°C/s）可減少Bi元素的偏析（避免局部Bi富集導(dǎo)致的脆性），同時(shí)降低焊點(diǎn)與母材因熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

 核心機(jī)制：低溫下的“高效焊接”密碼

 低溫錫膏能在低溫度實(shí)現(xiàn)可靠焊接，本質(zhì)是成分設(shè)計(jì)與工藝控制對(duì)三個(gè)核心機(jī)制的優(yōu)化：

 1. 低熔點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的低能耗相變

SnBi共晶合金的低熔點(diǎn)特性，使焊接過(guò)程無(wú)需高溫即可完成“固態(tài)-液態(tài)-固態(tài)”相變，從熱力學(xué)上減少能量輸入，同時(shí)避免母材（如柔性PCB的PI基板、LED芯片的藍(lán)寶石襯底）因高溫產(chǎn)生的熱變形或性能退化。

2. 助焊劑的低溫活性匹配

傳統(tǒng)高溫錫膏的助焊劑活化溫度多在180-220°C，而低溫錫膏的助焊劑通過(guò)低沸點(diǎn)活化劑（如低碳鏈有機(jī)酸）設(shè)計(jì)，使其在100-140°C即可高效去除氧化膜，解決了“低溫下氧化層難以清除”的核心難題。

3. 界面冶金的精準(zhǔn)控制

低溫下Sn、Bi與母材的擴(kuò)散速率較慢，通過(guò)控制回流時(shí)間（峰值停留≤30s），可將IMC層厚度穩(wěn)定在1-2μm（理想范圍）：過(guò)厚的IMC（如>3μm）會(huì)因脆性導(dǎo)致焊點(diǎn)抗沖擊性下降，而低溫環(huán)境恰好抑制了過(guò)度擴(kuò)散，平衡了強(qiáng)度與韌性。

 與高溫錫膏焊接原理的核心差異；

 維度 低溫錫膏（SnBi系） 高溫錫膏（SnAgCu系） 

熔點(diǎn)與峰值溫度 138°C / 150-175°C 217°C / 230-260°C 

助焊劑活性溫度 100-140°C（低沸點(diǎn)活化劑） 180-220°C（高沸點(diǎn)活化劑） 

IMC層形成速率 較慢（低溫抑制擴(kuò)散） 較快（高溫加速擴(kuò)散） 

熱應(yīng)力產(chǎn)生 低（溫差小，熱膨脹差異?。?高（溫差大，易導(dǎo)致母材翹曲） 

低溫錫膏的焊接原理，是“低熔點(diǎn)合金設(shè)計(jì)”“低溫活性助焊劑”與“精準(zhǔn)界面冶金控制”的協(xié)同創(chuàng)新。

其核心不是簡(jiǎn)單的“溫度降低”，而是通過(guò)材料與工藝的適配，在低溫環(huán)境下依然實(shí)現(xiàn)“潤(rùn)濕-擴(kuò)散-IMC形成”的完整冶金結(jié)合過(guò)程，最終在減少熱損傷、降低能耗的同時(shí)，滿足電子焊接的可靠性要求。

這一原理也決定了其在柔性電子、精密器件等對(duì)熱敏感場(chǎng)景的不可替代性——既是材料科學(xué)的突破，也是工藝邏輯的重構(gòu)。