無鉛錫膏的合金成分以錫（Sn）為基體，通過添加銀（Ag）、銅（Cu）、鉍（Bi）、鋅（Zn）等元素形成不同合金體系，成分比例直接影響焊接溫度、焊點力學性能、抗疲勞性等關鍵可靠性指標。

主流合金體系的成分特點出發(fā)，解析其對焊接可靠性的具體影響：

 主流無鉛錫膏合金體系及成分特點；

 無鉛錫膏的合金設計核心是在剔除鉛（Pb）的同時，盡可能接近有鉛錫膏的焊接性能（如熔點、潤濕性、韌性），目前商業(yè)化應用最廣泛的有四大體系：

 1. Sn-Ag-Cu（SAC系列）—— 應用最廣泛的“標準體系”

 典型成分：以Sn為基體（占比95%以上），添加Ag（1.0%-3.5%）和Cu（0.3%-0.7%），最常見型號為SAC305（96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu）、SAC105（98.5Sn-1.0Ag-0.5Cu）、SAC0307（99.0Sn-0.3Ag-0.7Cu）。

成分設計邏輯：Ag提升焊點強度，Cu細化晶粒并降低熔點，兩者協(xié)同平衡“強度-脆性”矛盾。

 2. Sn-Bi系列—— 低熔點場景的“專用體系”

 典型成分：Sn占比42%-58%，Bi占比42%-58%（共晶點為58Bi-42Sn，熔點138℃），部分型號會添加微量Ag（0.3%-1%）或Cu（0.1%-0.5%）改善脆性。

成分設計邏輯：Bi大幅降低熔點（遠低于SAC系列的217℃），適合低溫焊接需求。

 3. Sn-Cu系列—— 低成本“簡化體系”

 典型成分：Sn含量99.3%-99.7%，Cu含量0.3%-0.7%（如Sn99.3Cu0.7），無Ag等貴金屬。

成分設計邏輯：用Cu替代Ag降低成本，同時保持基本焊接性能。

 4. Sn-Zn系列—— 小眾“低熔點低成本體系”

 典型成分：Sn占比91%-93%，Zn占比7%-9%（共晶點91Sn-9Zn，熔點199℃），部分添加Bi（1%-3%）進一步降低熔點。

成分設計邏輯：Zn替代Pb實現(xiàn)低熔點，成本低于SAC系列，但Zn易氧化。

 合金成分對焊接可靠性的關鍵影響；

 焊接可靠性主要體現(xiàn)在焊點力學性能（抗斷裂、抗疲勞）、工藝適應性（潤濕性、焊接溫度）、長期穩(wěn)定性（耐老化、耐腐蝕） 三個維度，成分的影響具體如下：

 1. 熔點與焊接溫度—— 影響元器件耐熱性及工藝窗口

 SAC系列：熔點217-227℃（Ag含量越高，熔點略升），焊接峰值溫度需240-260℃。高溫會導致兩類風險：

對耐熱性差的元器件（如塑料封裝芯片、低溫陶瓷電容）造成熱損傷（如封裝開裂、引腳氧化）；

加速PCB焊盤鍍層（如ENIG）的擴散反應，可能形成脆性界面層（如Ni-Sn化合物），降低焊點可靠性。

Sn-Bi系列：熔點138-150℃，焊接溫度170-190℃，幾乎無熱損傷風險，適合熱敏元器件（如LED、柔性電路）。

但Bi含量過高（>50%）會導致合金熔點波動，需嚴格控制成分比例。

Sn-Cu/Sn-Zn系列：Sn-Cu熔點227℃（略高于SAC），Sn-Zn熔點199℃，焊接溫度介于兩者之間，對設備耐熱要求中等。

 2. 力學性能—— 決定焊點抗應力與抗疲勞能力

 焊點在使用中需承受溫度循環(huán)（熱脹冷縮）、振動、沖擊等應力，其力學性能（硬度、延展性、抗剪切強度）是可靠性核心：

 SAC系列：

 Ag是“強化元素”：Ag含量增加（如SAC305 vs SAC105），焊點硬度從16 HV升至20 HV，抗剪切強度從45 MPa升至55 MPa，短期承載能力提升；

但Ag過量會導致脆性：Ag在Sn基體中形成硬脆的Ag?Sn金屬間化合物（IMC），若分布不均（如粗大塊狀），會成為應力集中點，在溫度循環(huán)（-40℃~125℃）中易開裂（“熱疲勞失效”）。

實際應用中，Ag含量3%左右（SAC305）是“強度-脆性”的平衡點。

Cu的作用：細化Ag?Sn晶粒（從10μm降至5μm），減少脆性風險，同時抑制界面IMC（Cu?Sn?）過度生長（IMC厚度<3μm時可靠性最佳）。

Sn-Bi系列：

Bi是“脆性元素”：Bi在Sn中溶解度低（室溫下僅0.3%），過量Bi會以針狀或片狀析出，導致焊點延伸率僅1%-3%（SAC系列為5%-10%），抗振動和沖擊能力極差；

低溫脆性加劇：-20℃以下時，Bi的脆性凸顯，焊點易在低溫環(huán)境（如戶外設備）中斷裂，僅適合室溫、低應力場景（如消費電子內部連接）。

Sn-Cu系列：

無Ag時，焊點硬度14 HV（低于SAC），抗剪切強度40 MPa（略低），但延展性更好（延伸率8%），熱疲勞壽命比SAC305長約10%（因無硬脆Ag?Sn），適合低應力、長期運行的場景（如家電控制板）。

Sn-Zn系列：

Zn與Sn形成Sn-Zn IMC，焊點硬度18 HV，抗剪切強度48 MPa，但Zn易氧化形成ZnO，導致界面結合力弱，常溫下延展性僅4%，可靠性較差，應用受限。

 3. 潤濕性—— 影響焊點成形質量

 潤濕性（焊錫在焊盤/引腳表面的鋪展能力）決定焊點是否飽滿、無虛焊，成分對潤濕性的影響顯著：

 SAC系列：Ag和Cu會增加合金表面張力，潤濕性弱于有鉛錫膏（鋪展面積約為有鉛的80%），需依賴高活性助焊劑（含鹵素）改善，否則易出現(xiàn)“焊盤上錫不良”“針孔”等缺陷（影響導電性和機械強度）。

Sn-Bi系列：Bi降低表面張力，潤濕性優(yōu)于SAC，但Bi易氧化，需助焊劑持續(xù)清除氧化層，否則焊點邊緣易出現(xiàn)“縮錫”（焊錫收縮，未覆蓋焊盤）。

Sn-Zn系列：Zn極易氧化（ZnO生成速度是SnO的10倍），潤濕性最差，即使使用強助焊劑，也難以避免焊點空洞，僅適合封閉環(huán)境（如真空焊接）。

 4. 長期穩(wěn)定性—— 耐老化與耐腐蝕性

 焊點長期使用中，合金內部會發(fā)生晶粒長大、IMC層增厚等老化現(xiàn)象，成分決定其抗老化能力：

 SAC系列：Ag?Sn和Cu?Sn? IMC在125℃老化條件下，年增長率約0.5μm，當IMC厚度超過5μm時，焊點脆性明顯增加；但整體抗老化能力優(yōu)于Sn-Bi（Bi擴散速度更快）。

Sn-Bi系列：Bi原子在Sn基體中擴散系數(shù)高（是Ag的5倍），長期使用（>1000小時）會形成連續(xù)Bi層，導致焊點“脆化失效”，壽命通常短于3年（SAC系列可達5-8年）。

耐腐蝕性：SAC和Sn-Cu焊點表面易形成致密SnO?膜，耐腐蝕性較好；Sn-Zn因ZnO疏松，易被潮濕環(huán)境腐蝕（如鹽霧測試中100小時即出現(xiàn)銹蝕），可靠性最差。

 成分選擇與可靠性適配；

 不同合金成分的無鉛錫膏，其可靠性優(yōu)勢與短板差異顯著，需結合應用場景匹配：

 SAC305：平衡強度與抗疲勞性，適合多數(shù)消費電子、汽車電子（非極端環(huán)境），是“通用性首選”；

SAC105/SAC0307：低Ag含量降低脆性，熱疲勞壽命更長，適合溫度循環(huán)頻繁的場景（如工業(yè)控制）；

Sn-Bi系列：僅適合低溫、低應力、短壽命產品（如一次性醫(yī)療設備、臨時傳感器）；

Sn-Cu系列：低成本+長壽命，適合家電、低端電子配件；

Sn-Zn系列：因潤濕性和耐腐蝕性差，僅在特殊低成本場景（如玩具內部簡單連接）有限應用。

 無鉛錫膏的成分設計是“性能平衡術”，需在熔點、強度、脆性、成本之間找到適配場景的最優(yōu)解，才能最大化焊接可靠性。