低温焊接之星：创新铋基合金低温焊接解决方案（下）
之前为大家介绍了低温焊接的重要性与应用领域，并引出了铋基合金的独特优势与应用潜力：
低温焊接之星：创新铋基合金低温焊接解决方案（上）
本次分享中，我们继续深入地探讨“低温焊接”这一主题，并重点介绍其中一类关键焊料——铋基合金。随着元件间距不断缩小，尤其在器件微型化与集成化趋势下，涉及热敏元件或需要阶梯焊接工艺的应用场景日益增多，掌握不同合金焊料特性及选型逻辑，已成为工艺设计中关键一环。
本文将围绕铋基合金，系统阐述其特殊的物理性质、在表面贴装技术（SMT）中的应用演变，以及实际选型时需要关注的核心因素。同时，也将剖析铋基合金何以在低温焊接领域占据不可替代的地位。
█ 铋基合金
铋是一种性质独特的金属，具有密度大、质地脆、熔点较低的特点。纯铋的熔点约为271°C，但与锡形成合金后，可得到熔点更低的共晶体系。其中最常见的铋锡合金成分为Bi58Sn42，其熔点仅138°C，这一特性使其非常适用于低温焊接。
过去，铋基焊料应用仅局限于少数特定领域。然而，随着电子制造业向无铅化转型，以及对低温工艺需求的增加，铋基合金逐渐走向主流。它能在远低于常规锡-银-铜（SAC）合金回流温度（通常约240°C）的条件下形成可靠焊点，这被视为重要的技术进展。
需要重点关注的是其脆性。典型的铋锡焊点比SAC焊点硬度更高、延展性更低，在受到冲击、跌落或高频振动等应用中可能产生影响。这看似是一个严重缺点，但并非无法解决——目前已有通过优化合金配方、结合边缘补强或底部填胶等工艺，可有效提升结构可靠性。
█ 铋基合金的优势特点
低温回流工艺中，合金选择的核心优势主要体现在是否能够显著降低回流峰值温度。以 SAC305为代表的常规无铅合金，其峰值温度通常在240–245 °C之间；而典型的铋锡合金（如 Bi58Sn42）则可在约160 °C 实现可靠回流，温度降低超过80 °C。这不仅是温度数值的降低，更意味着工艺窗口的拓宽与热负载的根本性减少，带来多方面显著优势：
保护热敏器件
许多采用塑封、集成光学元件或内置精密传感器的器件难以承受高温回流。低温焊接可有效避免因高温导致的封装变形、材料老化与性能偏移，从而提高良率与产品长期可靠性。
节能与成本效益
低温回流工艺可大幅降低回流炉温度与能耗，减少电力消耗。不仅有助于控制生产成本，也顺应了绿色制造趋势，降低碳排放。
减缓翘曲与焊接缺陷
在焊接大尺寸复杂封装（如球栅阵列BGA）时，高温易引起基板与封装器件间的热失配，导致翘曲，进而引发枕头效应、虚焊、桥接等缺陷。降低峰值回流温度可有效抑制此类变形，提升焊接良率。
拓宽基板材料兼容性
对于柔性电路板、特种高分子基板或某些耐温性较低的基板，常规回流温度可能超出其承受范围。低温焊接为此类温度敏感型基板提供了可行的装配方案，从而拓展了电路设计与材料选择的自由度。
工艺实施要点
需要特别注意的是，低温焊膏的回流工艺窗口与传统SAC合金有显著差异。在实际生产中，应严格遵循材料供应商提供的推荐温度曲线进行设定与优化，确保焊料充分活化、良好润湿，并形成可靠冶金结合界面。
█ 铋基合金的选型建议
在铋基合金选型中，需要认识到其并非单一材料体系，而是一个不断发展的合金家族。为优化其综合性能并改善其本身固有的脆性等局限，其成分持续演进，目前已发展出多个具有明确应用定位的品种。
以下为当前几种主流及新型铋基合金：
Indalloy®281 (58Bi/42Sn)
该合金是铋基焊料的基准材料，为典型的共晶体系，熔点138°C。其优势在于工艺温度低、成本相对经济，适用于主要诉求为低温焊接、且机械冲击负荷较小的场合。
Indalloy®282 (57Bi/42Sn/1Ag)
通过添加约1% 的银（Ag），合金的机械性能得到显著提升。尽管熔点仅微升至 139°C，但焊点的延展性与韧性明显增强。直观对比可见：Bi-Sn 合金丝容易脆断，而 Bi-Sn-Ag 合金丝则能够承受一定弯曲变形。该合金更适用于需要适度抗冲击或缓解应力集中的应用场景。
下一代高可靠性合金：以 Indalloy®303 为例
针对汽车电子等更严苛的应用环境，新一代铋基合金着重提升了抗热疲劳性能与长期可靠性。通过进一步的成分设计与微观结构调控，新合金在温度循环变化条件下仍能保持焊点完整，拓展了铋基材料在较高动态热负载环境中的应用潜力。
选型建议
合金的选择最终取决于具体应用场景的综合要求：是优先考虑静态环境下的低成本解决方案，还是必须满足抗机械冲击、耐热循环或高散热性能等动态可靠性指标？如需进一步专业支持，欢迎通过后台私信获取《合金焊料选择指南》或联系我们的专业技术团队进行咨询。
█ 助焊剂：低温焊接成功的关键
在低温焊接工艺中，助焊剂是决定焊接质量的关键因素之一，它与合金焊料必须精准匹配、协同作用，二者缺一不可。由于低温焊接的温度较低，传统适用于 SAC 合金的助焊剂往往无法在相应温度下充分激活，因此必须选用专门设计的助焊剂配方。这类专用助焊剂能够在较低温度下保持充分的活化能力，有效去除金属氧化物，并显著促进焊料的铺展与润湿。
以铟泰公司专为铋基合金优化的Indium5.7LT-1免洗助焊剂为例，它在低温下表现出卓越的润湿性能、工艺可靠性及超低空洞率，从而有效提升焊点的机械强度与长期耐用性。
█ 总结：铋基合金是否适合您的工艺？
铋基合金低温焊接在显著降低热应力、保护敏感元器件、节约能源成本等方面具备明显优势，有助于实现更复杂、更可靠的电子产品制造。
尽管传统铋锡合金存在延展性不足的局限，但通过添加银等元素的新型合金（如Bi-Sn-Ag系列）已大幅改善了其机械性能。在选型时，需综合权衡低温回流带来的工艺优势与产品终端应用环境对机械强度、抗热疲劳性的具体要求。
低温焊接的成功应用，不仅需要合金与助焊剂的正确匹配，也离不开专业的材料供应商提供技术支持。这将是最终助力客户提升产品可靠性、优化生产成本，并在电子制造领域保持竞争优势。