雖然無(wú)鉛錫膏(焊錫)已經(jīng)是現(xiàn)代環(huán)保電子科技的主流了，但是基于信賴(lài)度的考量，汽車(chē)業(yè)與軍用電子都還有很多產(chǎn)品還在使用含鉛的焊錫，因?yàn)?/span>PCBA加工有鉛焊錫的焊接強(qiáng)度比無(wú)鉛高出許多。
有鉛錫膏的主要成份以錫(Sn)鉛(Pd)為主，其他微量成份還有銀、鉍、銦等金屬，各有其不同的熔點(diǎn)（M.P.），不過(guò)本文先假設(shè)這些微量的其他金屬成分不會(huì)影響到錫膏的特性，所以我們可以先用錫鉛的二元相圖來(lái)解釋錫膏的特性，因?yàn)槿陨系南鄨D實(shí)在是太復(fù)雜了。
而且不論是焊料或是IMC，其組成的份子越多，其結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，也越不容易管控，可靠度也越差。
參考一下文章最前面的錫鉛二元相圖，橫坐標(biāo)表示錫鉛的重量百分比(Wt%)，縱座標(biāo)表示攝氏溫度(°C)。鉛的熔點(diǎn)為327°C，所以相圖的左上角就是從327°C開(kāi)始的(100%的錫，A點(diǎn))，隨著錫鉛重量比的含錫量越來(lái)越多，這條【液化熔點(diǎn)(Liquidus m.p.)】線(xiàn)的溫度也就越來(lái)越低，當(dāng)錫鉛重量比來(lái)到最佳的Sn63/Pb37（實(shí)際為Sn61.9/Pb38.1，因?yàn)樵缙诹繙y(cè)不淮，以致造成誤差），其液化熔點(diǎn)也達(dá)到最低的183°C，如果繼續(xù)再增加含錫的比率，其液化熔點(diǎn)溫度就會(huì)反轉(zhuǎn)上升，到達(dá)純錫時(shí)的232°C。
錫鉛合金焊料除了61.9/38.1的重量比有個(gè)唯一的【共固點(diǎn)(E點(diǎn))（Eutectic）】183°C之外，其他不同的重量比皆會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)熔點(diǎn)，溫度較高者稱(chēng)為【液化熔點(diǎn)(Liquidus m.p.)】，溫度較低者稱(chēng)為【固化熔點(diǎn)(Solidus m.p.)】。介于兩熔點(diǎn)之間的焊料則稱(chēng)之為【漿態(tài)(pasty)】，也就是固態(tài)與液態(tài)共存(co-exist)的高黏度流體。所謂的漿態(tài)(pasty)其實(shí)就有點(diǎn)類(lèi)似土石流的型式，因?yàn)槠渲锌赡苁清a已經(jīng)變成液態(tài)但是鉛還是固態(tài)(αPb+L)，或是剛好相反(βSn+L)。
至于為什么我們一定得用Sn63/Pb37的重量比例，這是因?yàn)榧冨a的融點(diǎn)高達(dá)232°C，不易用于一般的PCBA加工焊接，或者說(shuō)目前的電子零件都無(wú)法達(dá)到這樣的高溫，所以必須以錫為主，然后加入其他合金焊料來(lái)降低其熔點(diǎn)，以達(dá)到可以量產(chǎn)并節(jié)省能源的主要目的，也可以降低電子零件耐溫的門(mén)檻，因?yàn)榻^大部分電子產(chǎn)品的使用與儲(chǔ)存環(huán)境都只會(huì)在-40°C～+70°C之間而已，所以183°C的熔點(diǎn)真已經(jīng)是綽綽有余了；其次要目的是可以改善焊點(diǎn)的韌度(Toughness)與強(qiáng)度(Strength)。
一般的相圖都會(huì)有α、β、γ等符號(hào)來(lái)表示相圖中的固溶體，本錫鉛相圖只有二元，所以只用到α及β。這張相圖的α指的是鉛(Pb)的固溶體，而β則是錫(Sn)的固溶體。
αPb相區(qū)(CBA)為富鉛的固溶體，但是錫會(huì)溶解在鉛之中，錫變成了溶質(zhì)，在這個(gè)相區(qū)，錫的溶解度有其上限，從C點(diǎn)開(kāi)始，隨著溫度的上升(CB線(xiàn))到183°C時(shí)(B點(diǎn))，錫的溶解度來(lái)也到最高的18.3%，當(dāng)溫度繼續(xù)升高(BA線(xiàn))，錫的溶解度反而漸漸變少至零(A點(diǎn))。
βSn相區(qū)則為富錫的固溶體，相對(duì)的鉛則溶解在錫之中，鉛變成了溶質(zhì)。從H點(diǎn)開(kāi)始，隨著溫度的上升(HG線(xiàn))到183°C時(shí)(G點(diǎn))，錫的溶解度來(lái)也到最高的2.23%(=100-97.8)，當(dāng)溫度繼續(xù)升高(GF線(xiàn))，錫的溶解度反而漸漸變少至零(F點(diǎn))。
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熔點(diǎn) |
沸點(diǎn) |
原子量 |
原子半徑 |
共價(jià)半徑 |
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錫(Sn) |
231.93°C |
2602°C |
118.69 |
140 pm |
139±4 pm |
|
鉛(Pb) |
327.46°C |
1749°C |
207.2 |
180 pm |
147 pm |
|
鎳(Ni) |
1455°C |
2913°C |
58.71 |
124 pm |
124±4 pm |
|
金(Au) |
1064.18°C |
2856°C |
196.9665 |
144 pm |
136±6 pm |
|
銀(Ag) |
961.78°C |
2162°C |
107.868 |
144 pm |
145±5 pm |
|
銅(Cu) |
1084.62°C |
2562°C |
63.546 |
128 pm |
132±4 pm |
|
鉍(Bi) |
271°C |
1564°C |
208.9804 |
160 pm |
146 pm |
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