由于某些品牌公司指定专用焊料的各种配方太多，无法逐一深入介绍，以下文中将只就全球业界所瞩目，或已在亚洲业界展开流行者说明于后。

一、锡银铜合金SAC Alloy

无铅波焊众多焊料中，以锡银铜最被各种学术团体及OEM与ECM等大公司所认同，其中主流SAC305者为日本千住金属之专利。其次SAC405或SAC3807是美国爱荷华大学的专利，其馀SAC3713 、 SAC410 、 SAC3205 、SAC4717等则较少见到。一般而言降温用的Ag量约在3.0-4.0wt%之间，铜量约在0.5-0.9wt%之间，其熔点（mp)则因测试仪器不同又各异。甚至同採微差扫瞄卡计DSC对不同来源的样本〈例如来自锡棒与锡池者）测量者，则亦有少许差别。故知三相合金SAC305号称共熔点为217℃者，其实上只是一种理论数値或少量刻意小心的配方而已，一般商品实测mp的范围将有217-221℃的变化。

图1、用仪器检查焊鍚性可得到沾鍚时间与沾鍚力量等二参数此二沾锡天平曲线图，在引脚浸深，浸速与浸时完全相同，

而只有锡温不同下，所获结果却相差极大。左为五种焊料在255℃中的试焊成绩，以SAC305+Ni的表现最好，

沾锡时间为1.5 秒而沾锡力量为9mN 。右图为275℃的成绩，仍以SAC305+Ni最好，

但其曲线却更为平顺，可见热量对焊接重要性的一斑。

目前无论用于波焊或熔焊(Reflow)之焊料，均以SAC 305为主流，并已为JEITA、NEMIITRI、IDEALS等各协会所背书。相对而言其熔点还不算太高，公认焊点可靠度良好，后续高温中的潜变或蠕变(Creep)，或疲劳寿命也都优于现行有铅者；尤其较高温中的抗拉强度，甚至比共熔组成的锡铅(Sn63／Pb37)还要好。较不利者是重量成本约比有铅者贵T 2.5—3倍之多，幸好SAC305之比重只有7.4，比起Sn63的8.44，约可节省12.5％的体积成本。但热传(Thermal Conduction)却较差，而热胀系数CTE又增大了11%也颇不利。

图2、此二图均为双面板共经三次SAC/305波焊，可见到其锾铜层被鍚波严重腐蚀的真相。

通常双面板通孔铜壁之受、热最多故吃铜也最惨。多层板则因有数枚孔环协助散热，相对受伤情况也可减轻不少。

SAC最被垢病的缺点就是在波焊中的溶铜(Copper Dissolution)速率太快，通常只要波焊两次，一般通孔的孔缘就可能被咬破，幸好含铜较多的焊料进孔后不太会再流回到锡池中，故其整体溶铜率比起“喷锡”(HASL)要低了许多。一般电路板供应商建议业者们每週至少1次或2次检查锡池内的铜含量，超过0.7wt％时，可添加单价相同的Sn3.5 Ag或Sn3.0 Ag(SAC300)以控制其液态焊料的溶铜量。通常当其铜量超过0.85wt％时将会有锡铜的IMC析出。一旦如此扬波到达板面的焊点外表，可能会出现外表六角形中间空心如短铅笔状的Cu6Sn5铜针来。此种钢针的比重为8.28，熔点为415，C，凡其在在SAC或SC锡池中形成后，将无回熔，也无法像63／37那样可以浮出而被括走，故只能停机降温至23℃并静置1—2小时，以便沉降而予以捞掉栘除。

图3、左为正统锡铅（T/L)喷锡后之外观，由于锡池中溶铜已超过0.3%bywt，故会形成Cu6Sn5的铜针存在其中。

右图为通孔转角处之切片，其中熔点415℃的铜针已清楚奇见。

图4、採SAC305波焊之PCB当锡池中溶铜量太多（>0.85%bywt)时，从板面扬波形成的焊点表面上即可见到Cu6Sn5的铜针。

由于SAC合金的熔点已达217℃，且表面张力很大(460dyne／260℃远高于Sn63的380dyne／260℃，因而在其内聚力(与表面张力成正比)增大之下，不但向外扩张与向上爬升的附著力或沾锡力量(Wetting Force)变小，而且形成IMC的沾锡时间(wetting Time)也为之缓慢，外缘的沾锡角也变大(由Sn63的11°到SAC的44°如此一来使得原本大可用于锡铅焊接的各种商品助焊剂，此种情势下当然就无法再展现应有之效能，而必须另行开发能耐高热与活性较强的新Flux才行。

就长期强度与可靠度而言，板上SAC合金焊点与铜界面处必须生成Cu6S n5，(或与镍面生成Ni3Sn4)等良性IMC外，还会在焊点本体切片画面中出现Ag3S n不良性质的，枝状IMC，，(Dendrite  IMC)，此等实际为板条状的寻卜均质工M C，将不利于长期强度的保持。且在较大尺寸的PTH内形成的锡柱，其柱顶中央也一定会出现无害的收口裂缝(Shrinking Cavity)。然而一旦输送链带发生抖动时，则几乎一定会出现内部的微裂，或外表呈现应力线条(StreSS Line)式的扰焊(DiStuCed SOldering)，对长期强度而言，当然是极其不利的缺失。

图5、採ASC305波焊时，通孔填锡的柱顶（组件面）最后冷却处会出现收口的裂缝

由于各研究，已使熔焊而言，等务实立场户之内规或大协会与组织的背书，与各大品牌客户(OEM)得SAC合金成为品质与可靠度资料布面最齐全的SAC当然是首选。但对波焊说来，若从成本、管看来，似乎还不如SCN或台湾昇贸公司SACNG之五元合金。故当客户之内规或蓝图未彻底指定时，业者在波焊选料时确应三思。

图6，此二图均为锡池扬波器之螺旋浆；左图尚好，但右图已被SAC或SC所腐蚀。

二、锡铜合金SC Alloy

此种81199.3 + Cu0.7的共熔合金，其重量单价虽只有Sn63的1 .3倍而稍贵，但却较贵。便宜颇多，但其共熔点却又差强人意的高出10℃而达227℃ 。更不幸的是此SC生长锡鬚的速度不但比SAC快，甚至比纯锡镀层还要快。冷却后的外观也更为粗糙而裂口亦更多，溶铜速率几乎快到了不行！

现行市场中无论是喷锡或波焊，似乎已找不到用户了 。不过零件脚之表面处理却可能採用电镀锡铜或浸镀锡铜，其成本要比SAC电镀层便宜。然而目前此等镀液的成熟度都还有问题。

三、锡铜镍SCN Alloy

上述SC合金中只要加入0.02-0.05wt%的镍后，整体品质竟然完全改观，其良好表现著实令人刮目相看。然而这种优异波焊或喷锡的焊料，已被日商NS申请专利，其商品SN100C也成为喷锡与波焊的热门生意了。此种SCN的熔点虽仍为227℃，但其溶铜速率却大幅降低，进而可减缓因溶铜而熔点上升的趋势(通常锡池中每增0.1wt％之溶铜量者，其mp约上升3℃)。SCN此种减少溶铜抑制熔点上升，使得液态焊料之黏度不致大增下，搭桥短路或缩锡等不良行迳，当然也就大大为之减少了。

图7、此为锡铅与SAC喷锡的对比示意图，由于前者的焊锡性太快太好，相互邻居间的少许差异，

就会导至彼此沾锡多少的巨大分野，但却反而使得SCN的品质更好。

且SCN冷固中最后固化处之收EI裂缝，几乎已不再发生，长期老化中之IMC也不会长得太厚，对可靠度而言确实是一项福“El至于为了因应多次焊接的需求，SCN喷锡层焊锡性劣化的趋势也不大，比起其他各种表面处理堪称有过之而无不及。加入如此少量的镍竟然有如此巨幅的良性改变，其道理何在，直到目前连NS自己也说不清楚，只牵强的解释可能是Ni．原子参加了Cu6Sn5的晶组织，进而本质发生了很大的改变所致。

图8．锡铜合金中加入少量的镍后(0.02—0.05％by wt)竟然发生如此大幅的品质改善，其中原因何在，日商NS也解释不清，

仅猜测是Ni原子可能已参加了IMC的结构而成为(Cu，Ni)6Sn5，真相喳口何尚待时间的証明。

下图即为镍原子参加后IMC结构改变的示意图。镍原子参与后其六五比例的I MC在后续老化中的长厚已人为减缓，对长期焊点可靠度，颇有正面助益。

调查全球业者中在波焊产线方面，SCN已占了1500条以上，喷锡也到达l98条。在大量生产中SCN之溶铜量虽较SAC慢，但总铜量超过1％w t时仍然会因黏度增加而出现缩锡与迟滞短路之现像。现场管理亦可另行补充SN而不必再加原本建池的SCN，如此将使得含铜量可降到0.85wt%的安全限度以下，而令焊点品质得以保障。

日商NS已取得专利商品的SCN(Ni--~范围0.001％w t—0.1％w t)，别家当然不敢冒然仿製。但由于沽与镍在特性方面有如双胞胎一样几乎完全相同，于是有一家美商MetalliCReSOurCeS公司，竟然在SC中加入类似SCN配方的沽(Co)，而成为锡铜沽SCC的另类商品。但沽的成本却比镍贵了不少，在激烈的市场竞争中是否能分得一杯羹，仍大有存疑在焉。

图9．此为美商MR公司最近所发表SCC焊料，其溶铜速率比起SAC确实慢了不少。

焊点性质几乎与SCN无异，但价格上却贵了很多。

四、锡银合金SA  Alloy

锡96.5％bywt与银3.5％bywt之比例者，为两相之共熔合金焊料(m.P.221℃，一旦Ag超过5％则其熔点将会大幅上升)，此料之沾锡品质与后续强度都还不错，早先曾用于汽车零组件(如Ford公司)与水管主干之焊接用途，也可用于零件脚的无铅表面皮膜处理。由于不含铜份故用于PCB 焊接时，很容易遭到铜的侵入，不太适合于波焊。不过当採用SAC3O5之波焊者，一旦其锡池中含铜量超过0.85％bywt，将因熔点上升但操作温度却又无法同步拉高下，导致黏度变大拖泥带水而容易引发搭桥短路等问题。因而添加补充锡池之耗量时，可採只加SA不加SAC的方式以降低其含铜量。然而已经形成Cu6S n5之针状IMC者，则将因无法回熔，此种工MC之熔点为415℃，只好予以捞除)情况下，只能做为SAC液态合金冲淡其溶铜量之用途。

五、锡银铜镍绪SACNG五元合金

此为台湾昇贸公司所推出之无铅焊料，兼用于波焊、锡膏、熔焊、球脚 (Sphere)与焊丝等领域，商品编号为PF610熔点219℃比重7.4 0；该合金之重量百分组成为：Sn96.43，Ag3.0，Cu0.5，Ni0.06，Ge0.01 .此五元合金之日本专利编号为N O.3296289，美国专利USPNO.6179935B1与德国专利等。

 图l0、此为台湾昇贸公司可用于波焊及其他用途的五元合金其商品说明。

六、锡铜镍钸Sn+Cu0.7+Ni0.02+Ce0.04

中国电路板厂家因应RoHS也推出了无铅波焊之焊料，由于全球大部份电子组装业者均已移往大陆生产，焊料之庞大商机当然不能错失。于是乃模仿日商NS之合金焊料SCN ，但却另外加入重量比0.04%的钸(Cerium)，而成为自有品牌的商品。且锡膏方面也是将SAC305改变少许，且亦在加入微量钸之后而成为中国焊料。据试用过研究者的说明，此等四元合金的焊锡性与焊点强度都很不错。下列者即为其配方：

波焊用焊料：Sn+Cu0.7wt％+Ni0.02wt％+Ce0.040wt％

熔焊〈迴焊）用锡膏：Sn+Ag3.0wt％+Cu0.6wt％+Ce0.019wt％

七、无铅焊点裂口的诠释

当无铅波焊之焊料为SAC305或SC07者，其冷却后焊点外表几乎都会呈现不平整的颗粒状，且其最后固化之收口(Shrinkage)还会呈现非常明显的开裂 (Cavity)，而且连SAC305锡膏的回焊也会出现相同现象。由于是出自合金之本性很难避免，因而IPC在其组装板著名允收规范IPC—A一610D之5.2.11节中，亦明文表达此为该无铅焊料的物理特性，只要裂口尚未深入到达底材表面者，一律均可允收。

常态有光泽且延展性良好的纯锡金属称为刀一Tin，此种纯锡在低温中(13℃以下)长时间放置期间，将会渐失去光泽与延展性并转变成为粉末状之现象称为锡疫(TinPest)，也就是其结构已改变成为另一种罕见的2α一Tin了。

图11.上图为SAC305波焊后焊点呈现裂口其立体显微的精彩画，下图为列口机裡的说明。

当SAC305合金中重量比96.5％且熔点较高的纯锡部份，在焊后慢冶过程中(例如2℃／sec以下)会率先自行固化成为枝晶(Dendrite)。同时还会受到热应力以及其馀少数共晶部份的最后固化与体积收缩下，致使该小区被拉裂成为"收口"。凡当冷却速加快到3℃／sec以上者，在枝晶与共晶几乎同时固化下，不但裂口消失且表面也较平滑，不过内部的空洞(Voiding)却反而增多，而且多层板也较容易发生起泡爆板。但当合金配方中的银含量与铜含量增至SAC409时，则表面粗糙与裂口都会消失，外观也显得更为漂亮。

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