共晶及共晶錫膏介紹

1.共晶和相圖

不同于純物質(zhì)的相變，合金存在著一種中間相，不同溫度下會(huì)出現(xiàn)不同比例的固體和液體混合物。相變溫度取決于物質(zhì)比例和混合程度。共晶可以理解一種特定比例混合物的熔點(diǎn)/固化溫度低于其單獨(dú)成分或其他比例混合物。共晶相圖是用來幫助了解不同合金比例和熔點(diǎn)溫度關(guān)系的工具。目前封裝行業(yè)常用的是二元和三元相圖。元素的增加會(huì)使相位的測定變得十分困難。

2.共晶錫膏介紹

共晶錫膏已經(jīng)普遍用于半導(dǎo)體封裝中。共晶錫膏的合金比例是通過相圖確認(rèn)的，為了滿足不同的焊接要求，錫膏熔點(diǎn)會(huì)隨之不同。一些元器件需要使用熔點(diǎn)低的焊料，而共晶錫膏恰好能為其提供更低的回流溫度。共晶錫膏往往外表發(fā)亮有光澤，而非共晶焊料顏色會(huì)偏暗。

舉個(gè)例子，下圖是錫鉛焊料合金的二元共晶相圖，液相線所對(duì)應(yīng)的溫度為不同金屬比例下的錫膏液相溫度。當(dāng)錫成分為100%時(shí)，金屬熔點(diǎn)為232℃，而當(dāng)鉛成分為100%時(shí)，金屬熔點(diǎn)為327℃。由圖可知當(dāng)183℃時(shí)，固相線和液相線重合，因此這是該合金的最低液相/固相溫度。此時(shí)錫的成分比例是63%wt，由此可得鉛的比例為37%wt。如果錫的比例減少，液相溫度會(huì)隨之升高，反之亦然。另外，增加或減少錫的比例都會(huì)導(dǎo)致固溶體的出現(xiàn)，如αPb+液體和βSn+液體。

圖1: Sn-Pb合金共晶相圖

隨著含鉛焊料受限，無鉛焊料逐漸成為主流。下表是部分常見的無鉛焊料合金，其中有一些是共晶類型。

表1:常見無鉛焊料合金及屬性

3.共晶錫膏的優(yōu)點(diǎn)

共晶錫膏以其合金熔點(diǎn)降低而受到歡迎。低熔點(diǎn)使其在回流過程更快熔化和固化。大大加快了封裝流程速度。相比于非共晶焊料回流后出現(xiàn)固液混合狀態(tài)可能導(dǎo)致焊點(diǎn)開裂，共晶能夠減少了出現(xiàn)焊點(diǎn)裂紋的現(xiàn)象。此外共晶成分的固液溫度區(qū)間較小，液體流動(dòng)阻力小，因此共晶合金能夠形成更好的流動(dòng)性。

深圳市福英達(dá)對(duì)高可靠性無鉛錫膏生產(chǎn)有著相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。福英達(dá)無鉛錫膏囊括低溫系列和中高溫系列。Sn42Bi58共晶錫膏和SnBiAg系列無鉛錫膏能用于低溫焊接環(huán)境，減少熱應(yīng)力帶來的焊盤翹曲等問題。SnAg3Cu0.5系列中溫錫膏熔點(diǎn)217℃左右，焊點(diǎn)推拉力和導(dǎo)電性優(yōu)秀。對(duì)于高溫環(huán)境如功率器件等設(shè)備封裝，福英達(dá)共晶金錫錫膏能發(fā)揮出其高熔點(diǎn)(280℃)的特點(diǎn)。

審核編輯 黃宇