由于某些品牌公司指定專(zhuān)用焊料的各種配方太多，無(wú)法逐一深入介紹，以下文中將只就全球業(yè)界所矚目，或已在亞洲業(yè)界展開(kāi)流行者說(shuō)明于后。

一、錫銀銅合金SAC Alloy

無(wú)鉛波焊眾多焊料中，以錫銀銅最被各種學(xué)術(shù)團體及OEM與ECM等大公司所認同，其中主流SAC305者為日本千住金屬之專(zhuān)利。其次SAC405或SAC3807是美國愛(ài)荷華大學(xué)的專(zhuān)利，其馀SAC3713 、 SAC410 、 SAC3205 、SAC4717等則較少見(jiàn)到。一般而言降溫用的Ag量約在3.0-4.0wt%之間，銅量約在0.5-0.9wt%之間，其熔點(diǎn)（mp)則因測試儀器不同又各異。甚至同採微差掃瞄卡計DSC對不同來(lái)源的樣本〈例如來(lái)自錫棒與錫池者）測量者，則亦有少許差別。故知三相合金SAC305號稱(chēng)共熔點(diǎn)為217℃者，其實(shí)上只是一種理論數値或少量刻意小心的配方而已，一般商品實(shí)測mp的范圍將有217-221℃的變化。

圖1、用儀器檢查焊鍚性可得到沾鍚時(shí)間與沾鍚力量等二參數此二沾錫天平曲線(xiàn)圖，在引腳浸深，浸速與浸時(shí)完全相同，

而只有錫溫不同下，所獲結果卻相差極大。左為五種焊料在255℃中的試焊成績(jì)，以SAC305+Ni的表現最好，

沾錫時(shí)間為1.5 秒而沾錫力量為9mN 。右圖為275℃的成績(jì)，仍以SAC305+Ni最好，

但其曲線(xiàn)卻更為平順，可見(jiàn)熱量對焊接重要性的一斑。

目前無(wú)論用于波焊或熔焊(Reflow)之焊料，均以SAC 305為主流，并已為JEITA、NEMIITRI、IDEALS等各協(xié)會(huì )所背書(shū)。相對而言其熔點(diǎn)還不算太高，公認焊點(diǎn)可靠度良好，后續高溫中的潛變或蠕變(Creep)，或疲勞壽命也都優(yōu)于現行有鉛者；尤其較高溫中的抗拉強度，甚至比共熔組成的錫鉛(Sn63／Pb37)還要好。較不利者是重量成本約比有鉛者貴T 2.5—3倍之多，幸好SAC305之比重只有7.4，比起Sn63的8.44，約可節省12.5％的體積成本。但熱傳(Thermal Conduction)卻較差，而熱脹系數CTE又增大了11%也頗不利。

圖2、此二圖均為雙面板共經(jīng)三次SAC/305波焊，可見(jiàn)到其鍰銅層被鍚波嚴重腐蝕的真相。

通常雙面板通孔銅壁之受、熱最多故吃銅也最慘。多層板則因有數枚孔環(huán)協(xié)助散熱，相對受傷情況也可減輕不少。

SAC最被垢病的缺點(diǎn)就是在波焊中的溶銅(Copper Dissolution)速率太快，通常只要波焊兩次，一般通孔的孔緣就可能被咬破，幸好含銅較多的焊料進(jìn)孔后不太會(huì )再流回到錫池中，故其整體溶銅率比起“噴錫”(HASL)要低了許多。一般電路板供應商建議業(yè)者們每週至少1次或2次檢查錫池內的銅含量，超過(guò)0.7wt％時(shí)，可添加單價(jià)相同的Sn3.5 Ag或Sn3.0 Ag(SAC300)以控制其液態(tài)焊料的溶銅量。通常當其銅量超過(guò)0.85wt％時(shí)將會(huì )有錫銅的IMC析出。一旦如此揚波到達板面的焊點(diǎn)外表，可能會(huì )出現外表六角形中間空心如短鉛筆狀的Cu6Sn5銅針來(lái)。此種鋼針的比重為8.28，熔點(diǎn)為415，C，凡其在在SAC或SC錫池中形成后，將無(wú)回熔，也無(wú)法像63／37那樣可以浮出而被括走，故只能停機降溫至23℃并靜置1—2小時(shí)，以便沉降而予以撈掉栘除。

圖3、左為正統錫鉛（T/L)噴錫后之外觀(guān)，由于錫池中溶銅已超過(guò)0.3%bywt，故會(huì )形成Cu6Sn5的銅針存在其中。

右圖為通孔轉角處之切片，其中熔點(diǎn)415℃的銅針已清楚奇見(jiàn)。

圖4、採SAC305波焊之PCB當錫池中溶銅量太多（>0.85%bywt)時(shí)，從板面揚波形成的焊點(diǎn)表面上即可見(jiàn)到Cu6Sn5的銅針。

由于SAC合金的熔點(diǎn)已達217℃，且表面張力很大(460dyne／260℃遠高于Sn63的380dyne／260℃，因而在其內聚力(與表面張力成正比)增大之下，不但向外擴張與向上爬升的附著(zhù)力或沾錫力量(Wetting Force)變小，而且形成IMC的沾錫時(shí)間(wetting Time)也為之緩慢，外緣的沾錫角也變大(由Sn63的11°到SAC的44°如此一來(lái)使得原本大可用于錫鉛焊接的各種商品助焊劑，此種情勢下當然就無(wú)法再展現應有之效能，而必須另行開(kāi)發(fā)能耐高熱與活性較強的新Flux才行。

就長(cháng)期強度與可靠度而言，板上SAC合金焊點(diǎn)與銅界面處必須生成Cu6S n5，(或與鎳面生成Ni3Sn4)等良性IMC外，還會(huì )在焊點(diǎn)本體切片畫(huà)面中出現Ag3S n不良性質(zhì)的，枝狀I(lǐng)MC，，(Dendrite  IMC)，此等實(shí)際為板條狀的尋卜均質(zhì)工M C，將不利于長(cháng)期強度的保持。且在較大尺寸的PTH內形成的錫柱，其柱頂中央也一定會(huì )出現無(wú)害的收口裂縫(Shrinking Cavity)。然而一旦輸送鏈帶發(fā)生抖動(dòng)時(shí)，則幾乎一定會(huì )出現內部的微裂，或外表呈現應力線(xiàn)條(StreSS Line)式的擾焊(DiStuCed SOldering)，對長(cháng)期強度而言，當然是極其不利的缺失。

圖5、採ASC305波焊時(shí)，通孔填錫的柱頂（組件面）最后冷卻處會(huì )出現收口的裂縫

由于各研究，已使熔焊而言，等務(wù)實(shí)立場(chǎng)戶(hù)之內規或大協(xié)會(huì )與組織的背書(shū)，與各大品牌客戶(hù)(OEM)得SAC合金成為品質(zhì)與可靠度資料布面最齊全的SAC當然是首選。但對波焊說(shuō)來(lái)，若從成本、管看來(lái)，似乎還不如SCN或臺灣昇貿公司SACNG之五元合金。故當客戶(hù)之內規或藍圖未徹底指定時(shí)，業(yè)者在波焊選料時(shí)確應三思。

圖6，此二圖均為錫池揚波器之螺旋漿；左圖尚好，但右圖已被SAC或SC所腐蝕。

二、錫銅合金SC Alloy

此種81199.3 + Cu0.7的共熔合金，其重量單價(jià)雖只有Sn63的1 .3倍而稍貴，但卻較貴。便宜頗多，但其共熔點(diǎn)卻又差強人意的高出10℃而達227℃ 。更不幸的是此SC生長(cháng)錫鬚的速度不但比SAC快，甚至比純錫鍍層還要快。冷卻后的外觀(guān)也更為粗糙而裂口亦更多，溶銅速率幾乎快到了不行！

現行市場(chǎng)中無(wú)論是噴錫或波焊，似乎已找不到用戶(hù)了 。不過(guò)零件腳之表面處理卻可能採用電鍍錫銅或浸鍍錫銅，其成本要比SAC電鍍層便宜。然而目前此等鍍液的成熟度都還有問(wèn)題。

三、錫銅鎳SCN Alloy

上述SC合金中只要加入0.02-0.05wt%的鎳后，整體品質(zhì)竟然完全改觀(guān)，其良好表現著(zhù)實(shí)令人刮目相看。然而這種優(yōu)異波焊或噴錫的焊料，已被日商NS申請專(zhuān)利，其商品SN100C也成為噴錫與波焊的熱門(mén)生意了。此種SCN的熔點(diǎn)雖仍為227℃，但其溶銅速率卻大幅降低，進(jìn)而可減緩因溶銅而熔點(diǎn)上升的趨勢(通常錫池中每增0.1wt％之溶銅量者，其mp約上升3℃)。SCN此種減少溶銅抑制熔點(diǎn)上升，使得液態(tài)焊料之黏度不致大增下，搭橋短路或縮錫等不良行逕，當然也就大大為之減少了。

圖7、此為錫鉛與SAC噴錫的對比示意圖，由于前者的焊錫性太快太好，相互鄰居間的少許差異，

就會(huì )導至彼此沾錫多少的巨大分野，但卻反而使得SCN的品質(zhì)更好。

且SCN冷固中最后固化處之收EI裂縫，幾乎已不再發(fā)生，長(cháng)期老化中之IMC也不會(huì )長(cháng)得太厚，對可靠度而言確實(shí)是一項?！癊l至于為了因應多次焊接的需求，SCN噴錫層焊錫性劣化的趨勢也不大，比起其他各種表面處理堪稱(chēng)有過(guò)之而無(wú)不及。加入如此少量的鎳竟然有如此巨幅的良性改變，其道理何在，直到目前連NS自己也說(shuō)不清楚，只牽強的解釋可能是Ni．原子參加了Cu6Sn5的晶組織，進(jìn)而本質(zhì)發(fā)生了很大的改變所致。

圖8．錫銅合金中加入少量的鎳后(0.02—0.05％by wt)竟然發(fā)生如此大幅的品質(zhì)改善，其中原因何在，日商NS也解釋不清，

僅猜測是Ni原子可能已參加了IMC的結構而成為(Cu，Ni)6Sn5，真相喳口何尚待時(shí)間的証明。

下圖即為鎳原子參加后IMC結構改變的示意圖。鎳原子參與后其六五比例的I MC在后續老化中的長(cháng)厚已人為減緩，對長(cháng)期焊點(diǎn)可靠度，頗有正面助益。

調查全球業(yè)者中在波焊產(chǎn)線(xiàn)方面，SCN已占了1500條以上，噴錫也到達l98條。在大量生產(chǎn)中SCN之溶銅量雖較SAC慢，但總銅量超過(guò)1％w t時(shí)仍然會(huì )因黏度增加而出現縮錫與遲滯短路之現像?，F場(chǎng)管理亦可另行補充SN而不必再加原本建池的SCN，如此將使得含銅量可降到0.85wt%的安全限度以下，而令焊點(diǎn)品質(zhì)得以保障。

日商NS已取得專(zhuān)利商品的SCN(Ni--~范圍0.001％w t—0.1％w t)，別家當然不敢冒然仿製。但由于沽與鎳在特性方面有如雙胞胎一樣幾乎完全相同，于是有一家美商MetalliCReSOurCeS公司，竟然在SC中加入類(lèi)似SCN配方的沽(Co)，而成為錫銅沽SCC的另類(lèi)商品。但沽的成本卻比鎳貴了不少，在激烈的市場(chǎng)競爭中是否能分得一杯羹，仍大有存疑在焉。

圖9．此為美商MR公司最近所發(fā)表SCC焊料，其溶銅速率比起SAC確實(shí)慢了不少。

焊點(diǎn)性質(zhì)幾乎與SCN無(wú)異，但價(jià)格上卻貴了很多。

四、錫銀合金SA  Alloy

錫96.5％bywt與銀3.5％bywt之比例者，為兩相之共熔合金焊料(m.P.221℃，一旦Ag超過(guò)5％則其熔點(diǎn)將會(huì )大幅上升)，此料之沾錫品質(zhì)與后續強度都還不錯，早先曾用于汽車(chē)零組件(如Ford公司)與水管主干之焊接用途，也可用于零件腳的無(wú)鉛表面皮膜處理。由于不含銅份故用于PCB 焊接時(shí)，很容易遭到銅的侵入，不太適合于波焊。不過(guò)當採用SAC3O5之波焊者，一旦其錫池中含銅量超過(guò)0.85％bywt，將因熔點(diǎn)上升但操作溫度卻又無(wú)法同步拉高下，導致黏度變大拖泥帶水而容易引發(fā)搭橋短路等問(wèn)題。因而添加補充錫池之耗量時(shí)，可採只加SA不加SAC的方式以降低其含銅量。然而已經(jīng)形成Cu6S n5之針狀I(lǐng)MC者，則將因無(wú)法回熔，此種工MC之熔點(diǎn)為415℃，只好予以撈除)情況下，只能做為SAC液態(tài)合金沖淡其溶銅量之用途。

五、錫銀銅鎳緒SACNG五元合金

此為臺灣昇貿公司所推出之無(wú)鉛焊料，兼用于波焊、錫膏、熔焊、球腳 (Sphere)與焊絲等領(lǐng)域，商品編號為PF610熔點(diǎn)219℃比重7.4 0；該合金之重量百分組成為：Sn96.43，Ag3.0，Cu0.5，Ni0.06，Ge0.01 .此五元合金之日本專(zhuān)利編號為N O.3296289，美國專(zhuān)利USPNO.6179935B1與德國專(zhuān)利等。

 圖l0、此為臺灣昇貿公司可用于波焊及其他用途的五元合金其商品說(shuō)明。

六、錫銅鎳鈽Sn+Cu0.7+Ni0.02+Ce0.04

中國電路板廠(chǎng)家因應RoHS也推出了無(wú)鉛波焊之焊料，由于全球大部份電子組裝業(yè)者均已移往大陸生產(chǎn)，焊料之龐大商機當然不能錯失。于是乃模仿日商NS之合金焊料SCN ，但卻另外加入重量比0.04%的鈽(Cerium)，而成為自有品牌的商品。且錫膏方面也是將SAC305改變少許，且亦在加入微量鈽之后而成為中國焊料。據試用過(guò)研究者的說(shuō)明，此等四元合金的焊錫性與焊點(diǎn)強度都很不錯。下列者即為其配方：

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

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

七、無(wú)鉛焊點(diǎn)裂口的詮釋

當無(wú)鉛波焊之焊料為SAC305或SC07者，其冷卻后焊點(diǎn)外表幾乎都會(huì )呈現不平整的顆粒狀，且其最后固化之收口(Shrinkage)還會(huì )呈現非常明顯的開(kāi)裂 (Cavity)，而且連SAC305錫膏的回焊也會(huì )出現相同現象。由于是出自合金之本性很難避免，因而IPC在其組裝板著(zhù)名允收規范IPC—A一610D之5.2.11節中，亦明文表達此為該無(wú)鉛焊料的物理特性，只要裂口尚未深入到達底材表面者，一律均可允收。

常態(tài)有光澤且延展性良好的純錫金屬稱(chēng)為刀一Tin，此種純錫在低溫中(13℃以下)長(cháng)時(shí)間放置期間，將會(huì )漸失去光澤與延展性并轉變成為粉末狀之現象稱(chēng)為錫疫(TinPest)，也就是其結構已改變成為另一種罕見(jiàn)的2α一Tin了。

圖11.上圖為SAC305波焊后焊點(diǎn)呈現裂口其立體顯微的精彩畫(huà)，下圖為列口機裡的說(shuō)明。

當SAC305合金中重量比96.5％且熔點(diǎn)較高的純錫部份，在焊后慢冶過(guò)程中(例如2℃／sec以下)會(huì )率先自行固化成為枝晶(Dendrite)。同時(shí)還會(huì )受到熱應力以及其馀少數共晶部份的最后固化與體積收縮下，致使該小區被拉裂成為"收口"。凡當冷卻速加快到3℃／sec以上者，在枝晶與共晶幾乎同時(shí)固化下，不但裂口消失且表面也較平滑，不過(guò)內部的空洞(Voiding)卻反而增多，而且多層板也較容易發(fā)生起泡爆板。但當合金配方中的銀含量與銅含量增至SAC409時(shí)，則表面粗糙與裂口都會(huì )消失，外觀(guān)也顯得更為漂亮。