共晶及共晶锡膏介绍
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共晶及共晶锡膏介绍
1. 共晶和相图
不同于纯物质的相变，合金存在着一种中间相，不同温度下会出现不同比例的固体和液体混合物。相变温度取决于物质比例和混合程度。共晶可以理解一种特定比例混合物的熔点/固化温度低于其单独成分或其他比例混合物。共晶相图是用来帮助了解不同合金比例和熔点温度关系的工具。目前封装行业常用的是二元和三元相图。元素的增加会使相位的测定变得十分困难。
2. 共晶锡膏介绍
共晶锡膏已经普遍用于半导体封装中。共晶锡膏的合金比例是通过相图确认的，为了满足不同的焊接要求，锡膏熔点会随之不同。一些元器件需要使用熔点低的焊料，而共晶锡膏恰好能为其提供更低的回流温度。共晶锡膏往往外表发亮有光泽，而非共晶焊料颜色会偏暗。
举个例子，下图是锡铅焊料合金的二元共晶相图，液相线所对应的温度为不同金属比例下的锡膏液相温度。当锡成分为100%时，金属熔点为232℃，而当铅成分为100%时，金属熔点为327℃。由图可知当183℃时，固相线和液相线重合，因此这是该合金的最低液相/固相温度。此时锡的成分比例是63%wt，由此可得铅的比例为37%wt。如果锡的比例减少，液相温度会随之升高，反之亦然。另外，增加或减少锡的比例都会导致固溶体的出现，如αPb+液体和βSn+液体。
图1: Sn-Pb合金共晶相图
随着含铅焊料受限，无铅焊料逐渐成为主流。下表是部分常见的无铅焊料合金，其中有一些是共晶类型。
表1: 常见无铅焊料合金及属性
3. 共晶锡膏的优点
共晶锡膏以其合金熔点降低而受到欢迎。低熔点使其在回流过程更快熔化和固化。大大加快了封装流程速度。相比于非共晶焊料回流后出现固液混合状态可能导致焊点开裂，共晶能够减少了出现焊点裂纹的现象。此外共晶成分的固液温度区间较小，液体流动阻力小，因此共晶合金能够形成更好的流动性。
深圳市福英达对高可靠性无铅锡膏生产有着相当成熟的经验和技术。福英达无铅锡膏囊括低温系列和中高温系列。Sn42Bi58共晶锡膏和SnBiAg系列无铅锡膏能用于低温焊接环境，减少热应力带来的焊盘翘曲等问题。SnAg3Cu0.5系列中温锡膏熔点217℃左右，焊点推拉力和导电性优秀。对于高温环境如功率器件等设备封装，福英达共晶金锡锡膏能发挥出其高熔点(280℃)的特点。
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