低溫錫膏（SnBi）值不值得導入：好處、缺點、和錫銀銅錫球混用時的熱撕裂、補強做法，從評估理由到驗證的 5 個階段

低溫錫膏多半是錫鉍（SnBi）系統：錫鉍共晶的熔點是 139 °C，常用的錫銀銅 SAC305 大約 220 °C。回焊的峰值溫度降下來，零件的高溫翹曲變小、良率可以提高，耗能也降低；代價是錫鉍比較脆、怕摔，碰到鉛會形成 95 °C 就熔化的三元共晶，熔點低也壓低了產品能承受的溫度。常見的麻煩是混用：BGA 的錫球是錫銀銅、錫膏是錫鉍，冷卻時可能在晶片正下方出現「熱撕裂」（hot tearing）。補強有兩條路：調整成分提高延展性，或在錫膏裡加樹脂、回焊後在焊點周圍形成補強；也有人在零件邊緣點膠。值不值得導入，要看產品怕不怕熱與翹曲、會不會受摔、會不會碰到鉛，以及能不能做完整的驗證。 本文談的是低溫錫膏的好處、缺點、混用與補強；錫膏的保存回溫、一般的錫膏印刷，不在範圍內。分成 5 個階段：

• 階段①｜先想清楚為什麼要用： 名詞、加銀的目的、好處、會不會成為主流。
• 階段②｜再看缺點與限制： 脆、怕摔、耐溫上限、怕鉛、導熱導電。
• 階段③｜混用的焊點與熱撕裂： 錫球與錫膏不同成分時，冷卻會發生什麼事。
• 階段④｜選補強做法、調印刷與回焊： 延展型、樹脂補強型、點膠，以及曲線怎麼不同。
• 階段⑤｜驗證與重工： 印刷、爐溫、切片、可靠度、殘留與重工。

下面每個階段寫：怎麼做、公開資料怎麼說，有對應時再寫嘉鴻能幫的；來源、例外與整理放在文末的「備註」。此為一般情況，仍需視個案而定。

階段①：先想清楚為什麼要用

怎麼做：

• 低溫錫膏多半以錫鉍為主：錫鉍共晶的熔點是 139 °C，常用的 SAC305 大約 220 °C（來源 1）；一家錫膏廠寫，錫鉍的熔點可以低到 138 °C（來源 5）。
• 加了鉍不一定就是低溫：錫銀鉍、錫銀銅鉍的熔點雖然比錫銀銅低，仍在 200 °C 以上，峰值溫度還是太高，拿不到低溫焊接的全部好處（來源 1）。
• 加銀的目的：錫鉍共晶加銀可以改善機械性質（來源 1）；一篇論文寫，錫 58% 鉍的疲勞壽命比錫鉛共晶短，加 2% 的銀可以大幅改善（來源 4）。
• 少量的鉍是另一回事：高可靠度的錫銀銅焊料裡加 1% 到 6% 左右的鉍，是拿來加強焊點，不會形成鉍含量高時那種脆的介金屬化合物（來源 5）。
• 好處一，翹曲變小：峰值溫度降低，零件的高溫翹曲變小，表面黏著的良率可以提高（來源 1）。
• 好處二，省能源：耗能降低，有機會量到營運成本的節省（來源 1）；耗能低也減少製造對環境的影響（來源 5）。
• 好處三，少受熱：受熱少，可以減少怕熱的零件與軟性基材受損的機會（來源 5）。
• 好處四，製程可以重排：有機會把波焊拿掉（來源 1）。
• 會不會成為主流：2007 年版的產業路線圖原本預測，2011 到 2017 年會轉向較低溫的無鉛焊料；2017 年版預測低溫錫膏的用量會上升，2021 年占電路板組裝錫膏的 10%（來源 1）。實際比例，本文沒有查到。

公開資料怎麼說： 一個電子製造業產業聯盟的研究計畫論文（2017 年）寫：低溫焊接降低峰值溫度，零件的高溫翹曲變小、表面黏著良率提高，耗能降低、有機會量到營運成本的節省，也有機會重排製程，例如拿掉波焊；多數低溫焊料是在成分裡加鉍，錫銀鉍與錫銀銅鉍的熔點雖然低於錫銀銅的 220 °C，仍在 200 °C 以上，峰值溫度還是太高，錫鉍系統的共晶溫度只有 139 °C，是比較好的選擇；加銀已證明可以改善錫鉍共晶的機械性質；2007 年版的路線圖原本預測 2011 到 2017 年轉向較低溫、較低成本的無鉛焊料，2017 年版預測 2021 年低溫錫膏占電路板組裝錫膏的 10%。美國國家標準與技術研究院的期刊論文（2001 年）寫：錫 58% 鉍共晶溫度 139 °C，拉伸與剪切強度高於錫鉛共晶；疲勞壽命比錫鉛共晶短，加 2% 的銀可以大幅改善。一家錫膏廠的技術文章（2024 年）寫：錫鉍的熔點可以低到 138 °C，減少焊接時的受熱，保護怕熱的零件與軟性基材，耗能也較低，電路板翹曲的機會較小；鉍在高可靠度焊料裡以 1% 到 6% 左右的少量添加時，反而加強性能，不會形成高含量時的脆性介金屬化合物（備註表 1）。

嘉鴻能幫的：

• 嘉鴻工程部可以協助客戶評估導入低溫錫膏。
• 錫膏／錫絲：商品頁寫錫膏專為 SMT 表面黏著技術設計（頁上列的是 SAC305 無鹵素錫膏），錫絲主要用在各種電子組裝與維修作業。
• 錫棒：商品頁寫錫棒主要用在電子組裝廠的波焊製程與電路板廠的噴錫製程。

階段②：再看缺點與限制

怎麼做：

• 比較脆：含鉍的焊料以脆、怕機械衝擊出名（來源 1）；鉍的脆性會限制焊點的機械強度，受到機械應力或溫度急遽變化時比較容易裂（來源 5）。
• 怕摔：一份研討會摘要寫，錫鉍低溫焊料的摔落表現明顯比 SAC305 差（來源 3）。
• 熔點低，產品耐溫也低：2000 年代初期，錫鉍就曾是取代錫鉛的候選，但熔點低限制了儲存與使用的溫度，也限制了汽車引擎室與航太的應用（來源 1）。
• 怕鉛：鉛、鉍、錫會形成三元共晶，熔點只有 95 °C（來源 1、4）；鉛可能來自零件與焊墊上原本的錫鉛鍍層（來源 4）。當年擔心殘留的鉛，是錫鉍沒有被採用的主要原因之一（來源 1）。
• 一點鉛就有影響：錫鉍只要混進 1% 的鉛，凝固的溫度範圍就大幅變寬（來源 4）。
• 鉛的後果：這個低熔點的共晶可能讓焊點的機械性質變差；有研究在 −40 到 100 °C 的溫度循環裡，看到孔隙隨循環增加；凝固範圍變寬，也可能讓雙列直插零件通孔焊點的焊錫圓角更容易翹起（來源 4）。
• 導熱、導電比較差：鉍的導熱與導電都比錫、銅、銀低，需要散熱或導電表現好的地方要注意（來源 5）。
• 先問產品：產品的使用溫度多高、會不會受摔、零件與電路板的鍍層有沒有鉛，這三件事先問清楚（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 前面那篇研究計畫論文寫：鉍會帶來可焊性、助焊劑化學，以及關鍵的機械可靠度問題，含鉍的焊料以脆、怕機械衝擊出名；錫鉍在 2000 年代初期曾是取代錫鉛的有力候選，但熔點低限制了儲存與使用溫度，也限制了汽車引擎室與航太的應用；更重要的是擔心生產環境裡殘留的鉛會形成熔點只有 95 °C 的鉍鉛錫三元共晶，這是當時沒有採用錫鉍的主要原因之一。前面那篇論文（2001 年）寫：錫鉍被零件與焊墊預鍍層的鉛污染時，可能形成 95 °C 的三元共晶，熔點低可能讓焊點機械性質變差，有研究在 −40 到 100 °C 的溫度循環中看到孔隙增加；只要 1% 的鉛就讓凝固範圍大幅變寬，也可能提高雙列直插零件通孔焊點焊錫圓角翹起的機會。一份研討會摘要（2018 年）寫：錫鉍低溫焊料的摔落表現明顯比 SAC305 差。前面那篇錫膏廠的文章寫：鉍的脆性會限制焊點的機械強度，在溫度急遽變化或機械應力下容易提早失效；鉍的導熱與導電比錫、銅、銀低，需要散熱或導電表現的應用可能表現不好（備註表 2）。

嘉鴻能幫的：

• 需要做成分分析時，可以找嘉鴻工程部協助。

階段③：混用的焊點與熱撕裂

怎麼做：

• 什麼是混用：BGA 的錫球是錫銀銅、錫膏是錫鉍時，焊點就是兩種成分混在一起（來源 1）。
• 熱撕裂在哪裡：研究計畫在研究用的覆晶 BGA 上，看到四種錫鉍錫膏的焊點出現熱撕裂，都在晶片正下方——晶片與載板熱膨脹差較大、冷卻時載板變形較大的地方；裂在焊錫與介金屬化合物之間（來源 1）。
• 研究計畫的假說：回焊時鉍擴散進錫球，有些錫膏會讓鉍在載板那一側的介面聚成一層，那裡的熔點約 138 °C；冷卻時外圈的焊點先凝固，晶片下方的還是液態；降到載板的翻轉溫度（這顆零件在 120 到 140 °C），載板由凹變凸，把晶片下方的焊點往上拉；再冷下去，裂縫繼續延伸（來源 1；圖 2）。
• 錫銀銅焊點少見：多數 BGA 的翻轉溫度遠低於錫銀銅的凝固溫度，所以錫銀銅焊點不常看到熱撕裂（來源 1）。
• 鉍少的錫膏也會：有一種鉍含量明顯較低（約 15%）的錫膏，沒有鉍聚集也發生熱撕裂；只要凝固的溫度和載板的翻轉溫度重疊，就可能發生（來源 1）。
• 怎麼避免：讓翻轉溫度範圍和凝固溫度範圍不要重疊，冷卻速率是可以調的因素之一；鉍含量高（超過 30%）的錫膏，調整印在 BGA 焊墊上的錫膏量，限制鉍混進錫球的程度；鉍含量低的錫膏，反而要加大晶片下方焊墊的錫膏量（來源 1）。
• 混用的可靠度：研討會摘要寫，錫鉍錫膏配錫銀銅錫球的混用組裝，在 −40/100 °C 溫度循環中比全部用低溫焊料的組裝更早失效（當時測試還沒做完）；另一項單一焊點的測試，也看到錫鉍錫膏配 SAC405 錫球不如全錫銀銅的焊點（來源 3）。
• 反過來混用也有問題：錫球是錫鉍銀的插座，用 SAC305 錫膏焊，會出現大空洞（來源 1）。
• 電路板表面處理也有關：同一個產業聯盟在 2021 年的研討會發表，測了 12 種錫鉍錫膏：化鎳浸金（ENIG）焊墊上，基本型錫膏的抗摔反而比延展型好；有機保焊膜（OSP）的銅焊墊上，延展型比較好；失效都在焊錫與電路板焊墊的介面附近（來源 2）。

公開資料怎麼說： 前面那篇研究計畫論文寫：熱撕裂在 BGA 的錫銀銅焊點不常見，因為多數 BGA 的翹曲翻轉溫度遠低於錫銀銅的凝固溫度；研究中四種錫鉍錫膏在覆晶 BGA 的焊點看到熱撕裂，都在晶片正下方、熱膨脹差較大的區域，裂在焊錫與介金屬化合物之間，載板那一側的介面有鉍聚集；這顆零件的翻轉溫度在 120 到 140 °C；論文提出的一個假說是：鉍擴散並在介面聚成一層（熔點約 138 °C），冷卻時外圈先凝固、內圈仍是液態，到翻轉溫度時載板由凹變凸，對晶片下方的焊點產生拉伸與剝離應力；避免的方法是讓翻轉溫度範圍和凝固範圍不重疊（冷卻速率是可調的因素之一），鉍含量超過 30% 的錫膏調整印刷量、限制鉍混入錫球，鉍含量低的錫膏則加大晶片下方的印刷量；另外，用 SAC305 錫膏焊錫鉍銀錫球的插座，會產生大空洞。同一個產業聯盟的研究成果新聞（頁面沒有日期，成果在 2021 年的研討會發表）寫：12 種錫鉍錫膏中，化鎳浸金焊墊上基本型的抗摔比延展型好，有機保焊膜的銅焊墊上延展型比較好；失效都在焊錫與電路板焊墊的介面附近，化鎳浸金上裂縫走在介金屬化合物與鎳磷層之間，銅焊墊上走在介金屬化合物上方的焊錫裡。前面那份研討會摘要寫：錫鉍錫膏配錫銀銅錫球的混用組裝，在 −40/100 °C 溫度循環中比全低溫焊料的組裝更早失效（測試尚未完成）；另一項單一焊點的測試也看到錫鉍錫膏配 SAC405 錫球的焊點不如全錫銀銅（備註表 3）。

嘉鴻能幫的：

• 嘉鴻工程部可以協助看 PCB 設計好不好生產，包括拼板。

階段④：選補強做法、調印刷與回焊

怎麼做：

• 兩條補強的路：一種是用冶金的方法提高錫鉍的延展性（延展型）；另一種是在錫膏裡加樹脂，回焊後在靠近電路板焊墊的焊點周圍形成高分子補強（樹脂補強型）（來源 1、2）。
• 基本型當對照：研究計畫把加 0%、0.4%、1% 銀的錫鉍共晶錫膏當成基本型對照（來源 1；圖 3）。
• 小開口比較難印：鋼板開口的面積比低於 0.66，所有錫膏的轉移率都變差；較小的 0.50，樹脂補強型明顯較差（來源 1）。
• 錫鉍的回焊曲線比較短：錫鉍錫膏的峰值溫度低、液相線以上的時間短，整個回焊時間比錫銀銅短；浸潤區的溫度也比錫銀銅低，因為助焊劑的化學不同（來源 1）。
• 樹脂補強型要梯形曲線：液相線以上的時間要長，讓樹脂固化；一開始的升溫速率要緊，太慢的話，樹脂會在焊錫熔化、潤濕之前先膠化，造成部分潤濕或不潤濕（來源 1）。
• 樹脂補強型看到的問題：研究計畫裡，用樹脂補強型做的通孔回焊焊點都有空洞與不潤濕的區域；覆晶 BGA 用多數樹脂補強型錫膏，也看到部分潤濕與類似枕頭效應的缺陷（來源 1）。
• 補強的效果有限：高分子補強改善了摔落表現，但還是比不上錫銀銅（來源 3）。
• 零件邊緣點膠：有人建議用邊角膠提升摔落表現；另一篇論文發現，可重工的邊角膠讓混用組裝的溫度循環表現明顯超過不點膠的全錫銀銅組裝——那個試驗是 SAC305 錫膏配熔點 197 °C 的錫球，不是錫鉍錫膏（來源 3）。
• 照錫膏廠的建議做曲線：研究計畫的三個工廠都盡量照錫膏廠建議的曲線設定爐子，有些關鍵參數仍和建議值有差（來源 1）。

公開資料怎麼說： 前面那篇研究計畫論文寫：為了克服錫鉍共晶摔落與疲勞表現差，錫膏廠走兩條路，一是調整成分提高延展性，二是用含樹脂的錫膏（接合補強錫膏）讓焊點周圍形成高分子補強；研究計畫選了 5 種延展型、4 種樹脂補強型、3 種基本型（含 0%、0.4%、1% 銀）與 1 種 SAC305 做比較；開口面積比低於 0.66 時印刷性變差，0.50 時樹脂補強型明顯較差；錫鉍錫膏的曲線和錫銀銅一樣是升溫、浸潤、峰值的形狀，但峰值溫度與液相線以上時間較低，浸潤區溫度也比錫銀銅低；樹脂補強型是梯形曲線，液相線以上時間較長以讓樹脂固化，初始升溫速率太低會讓樹脂在焊錫潤濕前先膠化，造成部分潤濕或不潤濕；用樹脂補強型做的通孔回焊焊點都有空洞與不潤濕區域，用多數樹脂補強型錫膏的覆晶 BGA 也有類似枕頭效應與部分潤濕的缺陷；三個工廠盡量照錫膏廠建議設定曲線，有些參數和建議值有差。前面那份研討會摘要寫：高分子補強改善了摔落表現，但比不上錫銀銅的基準；有團隊建議用邊角膠提升摔落表現；另一篇論文用 SAC305 錫膏配 197 °C 的錫球做混用組裝，可重工的邊角膠讓溫度循環表現明顯超過不點膠的全錫銀銅組裝（備註表 4）。

嘉鴻能幫的：

• 掉件或空焊的原因，可能出在錫膏印刷、鋼板設計、回焊爐、PCB 設計或置件位置；嘉鴻工程部可以從這幾處協助您找原因。回焊爐這一處，低溫錫膏的回焊條件和錫銀銅不同，換錫膏要重新量曲線，可以用爐溫測試儀。
• 錫膏印刷：嘉鴻已上線的〈錫膏印刷不良怎麼排查？照印出來的樣子，倒推該換哪一個耗材〉寫到「壓片磨損或鬆脫，會造成刮板行程中 PCB 位移，直接導致印刷偏位、空焊等缺陷。」

階段⑤：驗證與重工

怎麼做：

• 印刷先量：細小開口（例如 01005 被動元件、覆晶 BGA 的焊墊）要量轉移率與變異；變異大，焊點的良率與品質就會受影響（來源 1）。
• 爐溫量在焊點上：研究計畫在板上放 10 支熱電偶，9 支在不同零件的焊點上、1 支在電路板表面（來源 1）。
• 切片看焊點：研究計畫的良率是看回焊後檢查、電測與切片的紀錄；幾種錫鉍錫膏的 BGA 撕裂，是在切片上看到的（來源 1）。
• 可靠度另外做：研究計畫分三個階段：材料與製程、機械衝擊、溫度循環與其他可靠度（來源 1）；摔落與溫度循環要拿錫銀銅當對照（本文的整理，依來源 1、3）。
• 表面處理分開驗：化鎳浸金與有機保焊膜的結果可能相反（來源 2）。
• 殘留要驗：研究計畫的 13 種錫膏，表面絕緣電阻都過了要求下限（1×10⁸ 歐姆）（來源 1）；換錫膏時還是要照自己的產品驗（本文的整理）。
• 重工比較容易：熔點低，拆零件與整理焊墊都比較容易，防焊與線路的損傷比較少；樹脂補強型因為有固化的樹脂，整理焊墊的時間比較長（來源 1）。
• 確認沒有鉛：零件與電路板的鍍層、產線上會不會混到錫鉛，導入前先確認（本文的整理，依來源 1、4）。
• 先挑一個產品：先挑一個產品小量試做，量印刷、看切片、做可靠度，再決定要不要擴大（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 前面那篇研究計畫論文寫：細小開口的錫膏轉移率與變異係數要比較，變異大會讓製程變異變大，影響焊點良率與品質；曲線開發時放了 10 支熱電偶，9 支在不同零件的焊點上、1 支在電路板表面；良率是從回焊後檢查、電測與切片等紀錄整理，幾種錫鉍錫膏在切片上看到 BGA 焊點撕裂；計畫分材料選擇與製程、機械衝擊、溫度循環與其他可靠度三個階段；13 種錫膏的表面絕緣電阻都在 1×10⁸ 歐姆的要求下限以上；錫鉍焊點熔點低，拆零件與整理焊墊比較容易，防焊與線路損傷比錫銀銅少，樹脂補強型因為有固化樹脂，整理焊墊的時間較長。前面那篇產業聯盟的新聞寫：同一顆零件在化鎳浸金與有機保焊膜上，哪一種錫膏比較耐摔不一樣（備註表 5）。

常見問題

Q1：低溫錫膏是什麼？熔點多少？

低溫錫膏多半是錫鉍（SnBi）系統，錫鉍共晶的熔點是 138 °C，常用的錫銀銅 SAC305 大約 220 °C。要注意加了鉍不一定就是低溫：錫銀鉍、錫銀銅鉍的熔點雖然較低，仍在 200 °C 以上。

Q2：低溫錫膏有什麼好處？

回焊峰值溫度降下來，零件的高溫翹曲變小、良率可以提高，耗能也降低；錫鉍錫膏的峰值溫度低、液相線以上的時間短，整個回焊時間也比錫銀銅短。

Q3：SnBi 低溫錫膏有什麼缺點？

比較脆、怕摔：一份研討會摘要寫，錫鉍低溫焊料的摔落表現明顯比 SAC305 差。熔點低也壓低產品能承受的溫度，限制了汽車引擎室與航太這類應用；碰到鉛還會形成熔點只有 95 °C 的三元共晶，鉛可能來自零件或焊墊原本的錫鉛鍍層。

Q4：BGA 錫球是 SAC、錫膏用 SnBi，混用有什麼風險？

可能出現熱撕裂。一個研究計畫在研究用的覆晶 BGA 上，看到四種錫鉍錫膏的焊點在晶片正下方出現熱撕裂，裂在焊錫與介金屬化合物之間；補強的路有兩條：調整成分提高延展性，或在錫膏裡加樹脂形成高分子補強，都要用切片、摔落與溫度循環驗證，並拿錫銀銅當對照。

備註：來源與例外

以下給需要核對的人看，不看也不影響上面的做法。錫膏廠與零件廠的資料、您的產品規範與您自己的驗證，和本文不同時，以它們為準。

各階段的出處

表 1｜為什麼要用

來源：見各列；路線圖是 2017 年的預測，實際比例本文沒有查到。

表 2｜缺點與限制

來源：見各列；來源 4 是 2001 年的資料，當時錫鉛還很普遍。

表 3｜混用與熱撕裂

來源：見各列；熱撕裂是在一顆特定的覆晶 BGA 上看到的。

表 4｜補強與製程

來源：見各列；來源 3 由膠材廠撰寫，邊角膠那一列的試驗不是錫鉍錫膏。

表 5｜驗證與重工

來源：見各列。

例外與限制

• 看到什麼、沒看到什麼：本文讀到的是 5 份公開資料。來源 1 是研究計畫第一階段（製程）的論文；後續機械衝擊與溫度循環的結果，本文只讀了介紹 2021 年發表成果的新聞（來源 2）與 2018 年的研討會摘要（來源 3），沒有讀那些論文的全文。
• 來源的立場與年代：來源 5 是錫膏廠，來源 3 由一家膠材廠撰寫、內容談邊角膠；來源 1 的年份是依論文引用的路線圖版本與內容推得，頁面沒有直接寫出版年；來源 4 是 2001 年的資料，當時錫鉛還很普遍；來源 5 寫，鉛在電路板組裝幾乎完全淘汰之後，後來的無鉛焊料才開始加鉍（原文到此）；現在碰到鉛的機會有多少，沒有查到數字，導入前仍要確認。
• 試驗的條件：熱撕裂是在一顆特定的覆晶 BGA（翻轉溫度 120 到 140 °C）上看到，機制是研究計畫提出的假說；其他零件要看自己的翹曲特性與錫膏的凝固範圍。
• 路線圖的預測：「2021 年占 10%」是 2017 年的預測，實際比例本文沒有查到；會不會成為主流，本文不下結論。
• 本文的整理：階段②的「先問產品」、階段⑤的「摔落與溫度循環拿錫銀銅當對照」「換錫膏要照自己的產品驗」「確認沒有鉛」「先挑一個產品」、圖 1 到圖 3（圖 2 依來源 1 的假說），是本文的整理；其餘句子都能在來源或嘉鴻的頁面找到對應的敘述。
• 嘉鴻的協助範圍：「嘉鴻能幫的」只寫嘉鴻工程部的協助範圍與站上已發佈頁面的原句。

本文為一般情況的整理，不是標準條文的轉述，也不是對某一家錫膏廠、膠材廠或設備廠的背書，更不構成對您產品與製程的保證。請以錫膏廠與零件廠的資料、您的產品規範，以及您自己的驗證為準；此為一般情況，仍需視個案而定。