低溫焊膏：實用 Sn-Bi 指南

有些零件和電路板根本無法承受標準無鉛回流焊。SAC305 的峰值約為 230 至 250°C，足以使對熱敏感的 LED 過熱損壞、塑膠連接器熔化、感測器漂移，或令大型薄板翹曲至板角翹起。

低溫錫膏正是為這些情況而設。這是一種無鉛錫膏，通常採用錫鉍合金，在 138°C 熔化，並以約 165 至 180°C 的峰值回流，比 SAC305 曲線低約 70 至 80°C。

本指南涵蓋合金的實際成分、真實溫度範圍、何時適合或不適合使用低溫錫膏、如何設定回流曲線，以及如何進行印刷。

如要查看完整的焊料合金和熔點範圍，請參閱我們的焊料合金指南。本文集中介紹 Sn-Bi。

快速解答：甚麼是低溫錫膏？

低溫錫膏是一種無鉛錫膏，通常採用錫鉍（Sn-Bi），熔點約為 138°C，回流峰值約為 165 至 180°C，遠低於 SAC305 曲線所需的 230 至 250°C 峰值。它可以保護對熱敏感的零件和薄板，並支援分步焊接，但鉍焊點會較脆。

低溫合金與溫度

下表把低溫合金與工程師最熟悉的兩種基準作比較。請注意，SAC305 接近共晶而非真正共晶，因此會在一個範圍內熔化；另外，並非每種 Sn-Bi-Ag 合金都屬於低溫錫膏。

表中的兩行特別值得停下來說明，因為大部分混淆都由此而起。

首先，銀並非簡單的升級。加入約 0.5% 的銀可改善潤濕並細化微觀結構，但已發表研究顯示，銀含量超過約 1 wt% 後，Ag3Sn 相會長大，延展性反而下降。銀越多並不代表越好。

其次，鉍含量決定一切。Sn-Bi 在約 57 至 58% 鉍時形成共晶，因此 Sn42Bi58 能在單一溫度乾淨熔化。像 Sn64Bi35Ag1 這種合金遠離共晶點，會在約 138°C 開始軟化，但要到約 176°C 才完全液化。這個寬廣的糊狀區間令它成為不同用途的工具，而不是更低溫的選擇。

以上合金均為無鉛。鉍不是 RoHS 限制物質，因此 Sn-Bi 錫膏與 SAC305 一樣符合 RoHS 和 REACH。

為甚麼使用低溫錫膏？

它可以保護對熱敏感的元件。LED、塑膠外殼連接器、部分感測器、相機、顯示器及某些鋁電解電容的最高本體溫度遠低於 245°C 峰值。把峰值降至 175°C，可讓它們維持在額定範圍內，而不用寄望它們勉強捱過高溫。

它可減少翹曲和分層。大型、薄型或高密度電路板受熱時會彎曲，因為銅、層壓板和元件的膨脹速率不同。較低的峰值溫度代表較小的熱應力、較少的彎曲和扭曲，也能減少大型 BGA 板角出現開路。

它支援分步焊接和封裝疊封。先用 SAC305 焊接第一面，再用 Sn-Bi 以 165 至 180°C 處理第二面。由於這個峰值比 SAC305 開始熔化的 217°C 低近 40°C，第一面的焊點會保持固態，不會塌陷。

它可降低能耗，也讓附近的返工更容易。較冷的焗爐耗電較少，維修位置周圍的熱量較低，對鄰近零件更溫和。低溫錫膏常見於 LED 電路板和軟性組件，並自然配合我們金屬芯 PCB 指南所討論的熱特性。

取捨：何時不應使用？

低溫錫膏是真正的工程取捨，並非免費升級。以下是應放棄使用的原因。

絕不可將 Sn-Bi 與含鉛（Sn-Pb）焊料混用。這是本文最重要的一句。鉍、錫和鉛會形成三元共晶，NIST 測得其熔點為 95.3 ± 0.5°C。受到這種方式污染的焊點，可能在產品實際使用時達到的溫度下軟化或失效。含鉛錫膏、鋼網、刮刀和返工工具必須嚴格分開。

這個危險不只與含鉛錫膏有關。含鉛 HASL 表面處理同樣會帶來鉛，因此在決定採用低溫製程前，請檢查電路板表面處理和元件端子。

鉍焊點較脆。共晶 Sn-Bi 的微觀結構由具延展性的 β-Sn 與真正脆性的鉍相組成，因此其跌落、衝擊和機械應力性能不及 SAC305。少量銀可有所改善，但不能把 Sn-Bi 變成堅韌合金。除非設計已完成相關認證，否則應避免用於手提裝置、可穿戴產品、汽車產品及任何對跌落敏感的產品。

兼容性並非自動具備。並非每種元件表面處理或電路板表面處理都能與低溫合金良好配合，而 Sn-Bi 容易氧化，因此助焊劑化學配方以及錫膏儲存和操作的重要性更高。

空洞和物料管控。DPAK 等大型低離地高度元件可能在底部焊片下困住逸氣，形成空洞。此外，低溫錫膏不是大多數工場的標準物料，需要嚴格庫存管理，避免與標準 SAC305 捲盤混淆。

簡單的決策原則是：低溫錫膏非常適合對熱敏感的組件、容易翹曲的薄板和分步焊接；若機械耐用性是首要考慮，則應避免使用。

低溫回流曲線（Sn-Bi）

低溫曲線的形狀與任何回流曲線相同，只是數字降低。以下數值僅屬典型範圍，務必遵循錫膏資料表上的曲線。

預熱階段由室溫升至約 90 至 110°C，升溫速率約為每秒 1 至 3°C。之後進入浸泡階段，保持足夠時間以啟動助焊劑，並在合金熔化前使電路板溫度均勻。

峰值約為 165 至 180°C。理解這個數字的實用方法是：回流峰值通常比合金熔點高 25 至 30°C，而 138°C 加上 25 至 30°C 正好落在此範圍。高於液相線的時間很短，通常遠少於一分鐘；冷卻則受控進行，避免突然降溫。

與 SAC305 曲線相比，整條曲線在峰值處約降低 70 至 80°C。這個差距正是合金的全部價值，也正是第二面低溫回流時能讓第一面 SAC305 焊點保持固態的原因。

不要過度向下調整。峰值太低或高於液相線的時間太短，會造成回流不完整及焊點暗淡、呈顆粒狀，因為助焊劑未能在較低溫窗口中完全啟動。我們的回流焊接指南更深入介紹曲線設定。

印刷低溫錫膏：鋼網注意事項

合金改變，鋼網規則不變。按照電路板上最細間距匹配鋼箔厚度和開口尺寸，並將面積比保持在 0.66 或以上，就像使用 SAC305 一樣。不同之處在於錯誤容忍度更低，因為低溫焊點可用的熱裕量較小，無法把邊緣沉積拉回理想形狀。

Sn-Bi 錫膏也容易氧化，因此乾淨脫模和清晰的印刷定義非常重要。電解拋光和納米塗層開口可改善錫膏脫模，而我們對納米塗層和電解拋光的比較，會說明何時值得指定各種處理。

物料也要正確處理。錫膏儲存、回溫和可使用時間都會影響印刷性，而我們的錫膏使用指南涵蓋處理方法。

鋼網選擇本身載於如何選擇錫膏鋼網，鋼箔則來自我們的精密鋼網製造服務。

低溫焊料常見問題與修正方法

• 焊點脆裂——鉍在機械應力下較脆——改用含銀 Sn-Bi，降低焊點的機械應力，並避免用於對跌落敏感的產品。
• 大型低離地高度元件底部出現空洞——逸氣受困且無處排出——調整浸泡階段，並使用窗格式開口取代單一大型開口。
• 潤濕不良或焊點暗淡、呈顆粒狀——氧化或助焊劑啟動不足——使用新鮮錫膏和合適的助焊劑化學配方，並確認峰值確實達到目標。
• 重新熔化溫度很低或焊點異常柔軟——意外混入含鉛焊料——絕不可混用，並分隔物料和工具。
• 回流不完整——峰值太低或高於液相線的時間太短——將峰值提高至約 175°C，並稍微延長高於液相線的時間。

我們的預防回流焊接缺陷指南會更詳細地介紹診斷流程。

低溫錫膏常見問題

結語：在合適的地方使用低溫錫膏

Sn-Bi 低溫錫膏的回流溫度比 SAC305 約低 70 至 80°C，因此非常適合對熱敏感的元件、容易翹曲的薄板，以及分步或順序焊接。

它也有明確限制。鉍焊點較脆，因此應遠離對跌落敏感的產品；絕不可讓它接觸含鉛焊料，因為產生的三元共晶會在約 95°C 熔化。

讓合金配合電路板，透過乾淨而一致的鋼網進行印刷，並正確設定回流曲線。或者，把整項工作交給組裝合作夥伴處理。

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