TWI742813B - 高溫超高可靠性合金 - Google Patents

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Abstract

一種無鉛焊料合金，其包含：2.5至5 wt.%的銀；0.01至5 wt.%的鉍；1至7 wt.%的銻；0.01至2 wt.%的銅；下列中之一或多者：至多6 wt.%的銦、至多0.5 wt.%的鈦、至多0.5 wt.%的鍺、至多0.5 wt.%的稀土元素、至多0.5 wt.%的鈷、至多5.0 wt.%的鋁、至多5.0 wt.%的矽、至多0.5 wt.%的錳、至多0.5 wt.%的鉻、至多0.5 wt.%的鐵、至多0.5 wt.%的磷、至多0.5 wt.%的金、至多1 wt.%的鎵、至多0.5 wt.%的碲、至多0.5 wt.%的硒、至多0.5 wt.%的鈣、至多0.5 wt.%的釩、至多0.5 wt.%的鉬、至多0.5 wt.%的鉑、及至多0.5 wt.%的鎂；可選地至多0.5 wt.%的鎳；及其餘係錫與任何不可避免的雜質。

Description

高溫超高可靠性合金
本發明大致上係關於冶金領域，且更特別係關於焊料合金。焊料合金特別但非排他地適用於電子焊接應用，諸如波焊、表面安裝技術、熱風整平與球柵陣列、接腳柵陣列(land grid array)、底部終端封裝、LED及晶片尺寸封裝。
無鉛焊料初始係由於環境及健康關係而開發，並且作為習知軟焊料合金的替代物。許多習知無鉛焊料合金係基於約Sn-0.7 wt.% Cu的共晶組成物。錫-銀-銅系統亦被用於電子產業中，做為焊接材料的無鉛替代品。例如，相較於共晶的Sn-Pb焊料，接近共晶的96.5Sn3.0Ag0.5Cu展現優異的疲勞壽命，而具有在約217至220℃之範圍的熔點。
無鉛焊接材料的用途變得廣泛，其係因為環境指令或來自終端使用者的壓力，此類材料的應用範圍亦是如此。在一些領域中，例如汽車、高功率電子設備及能源，包括LED照明，例如，焊料合金所欲係在較高溫度下操作，例如在150℃或更高溫度下，操作相對較長的時間。然而，在此溫度下，96.5Sn3.0Ag0.5Cu合金無法表現良好。
已進行數種嘗試，以找出具有較佳表現的96.5Sn3.0Ag0.5Cu之替代品。US10,376,994B2係關於以Sn、Ag及Cu為基礎的焊接材料。US2016/0325384A1係關於高可靠性、用於嚴峻環境及電子應用的無鉛焊料合金。EP3321025A1係關於無鉛焊料合金、助熔劑組成物、焊料膏組成物、電子電路板及電子控制裝置。US10,195,698B2係關於無鉛、高可靠性焊料合金。US10,300,562B2係關於焊料合金、焊料膏及電子電路板。WO2019/094242A1係關於一種相較於標準SAC合金之低銀錫基替代性焊料合金，其具有高可靠性應用。WO2019/094243A1係關於用於極端環境之電子應用的高可靠性無鉛焊料合金。然而，這些替代方案皆無法提供高溫可靠性及有利機械性質的有利結合。
本發明旨在解決與先前技術相關聯的至少一些問題或提供商業上可接受的替代方案。
據此，在第一態樣中，本發明提供了一種無鉛焊料合金，其包括： 2.5至5 wt.%的銀； 0.01至5 wt.%的鉍； 1至7 wt.%的銻； 0.01至2 wt.%的銅； 下列中之一或多者： 至多6 wt.%的銦、 至多0.5 wt.%的鈦、 至多0.5 wt.%的鍺、 至多0.5 wt.%的稀土元素、 至多0.5 wt.%的鈷、 至多5.0 wt.%的鋁、 至多5.0 wt.%的矽、 至多0.5 wt.%的錳、 至多0.5 wt.%的鉻、 至多0.5 wt.%的鐵、 至多0.5 wt.%的磷、 至多0.5 wt.%的金、 至多1 wt.%的鎵、 至多0.5 wt.%的碲、 至多0.5 wt.%的硒、 至多0.5 wt.%的鈣、 至多0.5 wt.%的釩、 至多0.5 wt.%的鉬、 至多0.5 wt.%的鉑、及 至多0.5 wt.%的鎂； 可選地至多0.5 wt.%的鎳；及 其餘係錫與任何不可避免的雜質。
現將進一步描述本發明。在下段中，更詳細地定義本發明之不同態樣。除非清楚指示相反情況，否則如此定義的各態樣可與任何其他（多個）態樣組合。具體地，指示為較佳或有利的任何特徵可與指示為較佳或有利的任何其他（多個）特徵組合。
本文中所用之用語「焊料合金(solder alloy)」涵蓋具有在90至400℃之範圍內的熔點之一易熔金屬合金。此合金是無鉛的，這意味著沒有故意添加鉛。因此，其鉛含量為零或處於不大於意外雜質水平。
焊料合金可展現改善的高溫可靠性，且能夠承受一般至少150℃的操作溫度。相較於習知的96.5SnAg3.0Cu0.5合金，焊料合金可展現改善的機械性質及高溫抗潛變性。
焊料合金可具有高熔點，具體而言，液相線溫度係高於210℃且低於260℃。焊料合金較佳地係具有大於212℃，更佳地係大於215℃、甚至更佳地大於218℃、再甚至更佳地大於220℃的液相線溫度。較高的液相線溫度可使合金能夠在較高的溫度焊接製程中使用。焊料合金較佳地係具有小於250℃、更佳地係小於240℃、甚至更佳地小於235℃的液相線溫度。此液相線溫度係有利的，因為最高的迴焊溫度一般係高於液相線溫度25至30℃，且高於約260℃的迴焊溫度可能導致在焊接期間的各種問題，諸如損傷印刷電路板及組件。
焊料合金可展現良好的機械性質及良好的可焊性。焊料合金可展現優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質與疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。焊料合金可在嚴峻環境條件下（例如，-40至150℃，且在各溫度下有30分鐘的停留時間）展現優異的熱循環及/或熱衝擊性能。
合金添加係用來修改合金微結構，且因此其性質係導因於物理冶金機制（諸如析出強化、固溶體強化、晶粒細化及擴散控制）。
有利地，焊料合金之機械性質的量值（諸如硬度、拉伸強度及高溫潛變）可係96.5SnAg3.0Cu0.5的至少兩倍。舉例而言，鉍、銻及銦影響焊料合金的固相線及/或液相線溫度。這些元素在錫中亦具有高固體溶解度，且因此可對基質之固體溶液強化有顯著的貢獻。在固相線或液相線溫度的變化看起來不會對合金的機械性質有不利的影響。
擴散依賴潛變變形係取決於對應溫度比(homologous temperature)，即絕對標度下測試溫度與材料之熔化溫度的比率。焊料合金之對應溫度比可在0.84至0.86的範圍內。因此，焊料合金的熔化溫度對機械性質沒有顯著的影響。
固體溶液及沉澱強化之最佳組合可導致沉澱粒子在強基質中的分散式網格。沉澱粒子可包括例如Ag3 Sn及(Cu,Ni)6 Sn5 。沉澱網格在潛變變形期間抵抗晶粒邊界的移動，從而增加潛變強度。
焊料合金包含2.5至5.0 wt.%的銀。焊料合金較佳地包含2.8至4.5 wt.%的銀，更佳的是3至4 wt.%的銀。銀以指定量存在可用作透過網狀介金屬化合物（例如Ag3 Sn）的形成來改善機械性質，例如強度。此外，銀的存在可用以改善潤濕及散佈。較高濃度的銀（特別是高於4.5 wt.%的銀）可增加液相線溫度及在焊料基質中形成較大的Ag3 Sn沉澱物，其係裂紋起始及後續失效的部位。較低含量的銀可能不足夠形成Ag3 Sn沉澱物，其有助於改善強度。
焊料合金包含0.01至5 wt.%的鉍。焊料合金較佳的是包含1.0至4.0 wt.%的鉍，更佳的是2.0至4.0 wt.%的鉍，甚至更佳的是2.5至4 wt.%的鉍，甚至還更佳的是2.8至4 wt.%的鉍，甚至還更佳的是3至4 wt.%的鉍。在一較佳實施例中，合金包含至少2.8 wt.%的鉍，較佳的是至少3 wt.%鉍。鉍以指定量存在可用作透過固溶體強化來改善機械性質。鉍亦可作用以改善抗潛變性。鉍亦可改善潤濕及散佈。然而，超過特定量的鉍添加量可能導致在錫中的鉍沈澱，導致更脆的合金。
焊料合金包含1至7 wt.%的銻。焊料合金較佳的是包含1.0至6.5 wt.%的銻，更佳的是2至6 wt.%的銻，甚至更佳的是3至6 wt.%的銻，甚至還更佳的是3.1至6 wt.%的銻，甚至還更佳的是3.2至6 wt.%的銻。在一較佳實施例中，合金包含至少3 wt.%的銻，較佳的是至少3.1 wt.%的銻，甚至更佳的是至少3.2 wt.%的銻。銻以指定量存在可用作透過固溶體強化來改善機械性質。銻亦可作用以改善抗潛變性及耐熱疲勞性(thermal fatigue resistance)。銻亦可增加合金的液相線溫度。低於特定範圍的銻添加可不具有所需改善的機械強度及耐熱疲勞性。高於特定範圍的銻添加可增加液相線溫度，使得規定的迴焊溫度(reflow temperature)亦增加。高於260℃的迴焊溫度可導致在焊接期間的各種問題，諸如損傷印刷電路板及組件。
焊料合金包含0.01至2 wt.%的銅。焊料合金較佳地包含0.3至1.2 wt.%的銅，更佳的是0.4至0.8 wt.%的銅。銅以指定量存在可用作透過Cu-Sn介金屬化合物的形成來改善機械性質，例如強度。在指定範圍內的銅添加量導致強化合金所需之介金屬化合物沉澱物的最佳量。
焊料合金可選地包含至多0.5 wt.%的鎳，例如0.001至0.5 wt.%。焊料合金較佳地包含鎳。焊料合金較佳地包含0.001至0.4 wt.%的鎳，更佳的是0.01至0.3 wt.%的鎳，甚至更佳的是0.02至0.2 wt.%的鎳。鎳以指定量存在可用作透過與錫及銅形成介金屬化合物來改善機械性質，其可導致沉澱強化。此外，鎳的存在可作用以降低銅的溶解速率。鎳亦可藉由減小基材/焊料界面處的介金屬成長(IMC growth)來增加熱可靠性。
焊料合金可選地包含至多6 wt.%的銦，例如0.001 wt.%至6 wt.%的銦。焊料合金較佳地包含銦。焊料合金較佳地包含0.001至5.5 wt.%的銦，更佳的是0.02至4 wt.%的銦，甚至更佳的是0.5至3 wt.%的銦。銦以指定量存在可用作透過固溶體及/或沉澱物強化來改善機械性質。銦的添加亦可減少固相及液相線溫度，其中較大的效果係減少固相線溫度。較高含量的銦可導致低溫相的形成，其將不利地影響合金的長期可靠性。
焊料合金可選地包含至多0.5 wt.%的鈦，例如0.01至0.5 wt.%的鈦。焊料合金較佳地包含鈦。焊料合金較佳地包含0.001至0.3 wt.%的鈦，更佳的是0.005至0.2 wt.%的鈦，甚至更佳的是0.007至0.05 wt.%的鈦。鈦以指定量存在可改善強度、固態界面反應及熱機械可靠性其中之一或多者。
焊料合金可選地包含至多0.5 wt.%的鍺，例如0.01至0.5 wt.%的鍺。焊料合金較佳地包含鍺。焊料合金較佳地包含0.001至0.3 wt.%的鍺，更佳的是0.001至0.1 wt.%的鍺，甚至更佳的是0.001至0.02 wt.%的鍺。鍺的存在可用作透過粒子分散來改善機械性質。鍺亦有助於脫氧作用且亦可改善可潤濕性及焊料接點強度及外觀。此外，鍺與鎳及/或鈦組合可改善熱機械疲勞性質。
焊料合金可選地包含至多0.5 wt.%的稀土元素，例如0.001至0.5 wt.%的稀土元素。焊料合金較佳地包含稀土元素。如本文中所使用，用語稀土元素(rare earth element)係指選自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及Lu的一或多種元素。焊料合金較佳地包含0.002至0.3 wt.%的稀土元素，更佳的是0.003至0.05 wt.%的稀土元素。較佳的稀土元素包括鈰、釹、及鑭。稀土元素的存在可藉由粒子分散及/或微結構改質以改善機械性質。稀土可作用以改善散佈及可潤濕性。
焊料合金可選地包含至多0.5 wt.%的鈷，例如0.001至0.5 wt.%的鈷。焊料合金較佳地包含鈷。焊料合金較佳地包含0.01至0.2 wt.%的鈷，更佳的是0.01至0.2 wt.%的鈷，甚至更佳的是0.02至0.1 wt.%的鈷。鈷以指定量存在可改善焊料的強度及/或高溫性質。在一較佳實施例中，合金為「無鈷」。鑑於鈷之高成本及鈷之毒性，此為有利的。
焊料合金可選地包含至多5 wt.%的鋁，例如0.001 wt.%至5 wt.%的鋁。焊料合金較佳地包含鋁。焊料合金較佳地包含0.001至3 wt.%，更佳的是0.005至2 wt.%的鋁，甚至更佳的是0.01至1.5 wt.%的鋁，甚至還更佳的是0.015至1 wt.%的鋁，甚至還更佳的是0.02至0.08 wt.%的鋁。鋁以所述量存在可改善焊料的疲勞壽命。
焊料合金可選地包含至多5 wt.%的矽，例如0.001 wt.%至5 wt.%的矽。焊料合金較佳地包含矽。焊料合金較佳地包含0.001至3 wt.%的矽，更佳的是0.005至2 wt.%的矽，甚至更佳的是0.01至1.5 wt.%的矽，甚至還更佳的是0.015至1 wt.%的矽，甚至還更佳的是0.02至0.08 wt.%的矽。矽以所述量存在可改善焊料的機械性質、疲勞壽命、及導熱性與導電性。
焊料合金可選地包含下列中之一或多者：至多0.5 wt.%的鉻，較佳的是0.001至0.5 wt.%的鉻；至多0.5 wt.%的錳，較佳的是0.001至0.5 wt.%的錳，更佳的是0.003至0.015 wt.%的錳，甚至更佳的是0.005至0.01 wt.%的錳；至多0.5 wt.%的鐵，較佳的是0.01至0.5 wt.%的鐵，更佳的是0.01至0.1 wt.%的鐵，甚至更佳的是0.015至0.035 wt.%的鐵或0.85至0.95 wt.%的鐵；至多0.5 wt.%的磷，較佳的是0.001至0.5 wt.%的磷；至多0.5 wt.%的金，較佳的是0.001至0.5 wt.%的金；至多1 wt.%的鎵，較佳的是0.01至0.9 wt.%的鎵，更佳的是0.2至0.8 wt.%的鎵，甚至更佳的是0.4至0.6 wt.%的鎵；至多0.5 wt.%的碲，較佳的是0.001至0.5 wt.%的碲；至多0.5 wt.%的硒，較佳的是0.001至0.5 wt.%的硒；至多0.5 wt.%的鈣，較佳的是0.001至0.5 wt.%的鈣；至多0.5 wt.%的釩，較佳的是0.001至0.5 wt.%的釩；至多0.5 wt.%的鉬，較佳的是0.001至0.5 wt.%的鉬；至多0.5 wt.%的鉑，較佳的是0.001至0.5 wt.%的鉑；以及至多0.5 wt.%的鎂，較佳的是0.001至0.5 wt.%的鎂。鋁、鈣、鎵、鍺、鎂、磷及釩可作為脫氧劑，且亦可改善潤濕性及焊料接點強度。其他元素的添加，諸如金、鉻、鐵、錳、鉬、鉑、硒及碲可作用以改善強度及介面反應。鋁與矽的組合可作用以改善合金的強度及可靠度性能。鍺與矽的組合亦可改善合金的強度及可靠度性能。
焊料合金較佳地包含一至三種元素，較佳的是一或二種元素，更佳的是的二種元素，該元素係選自鎳、鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鈷、鋁、矽、鉻、鐵、磷、金、鎵、碲、硒、鈣、釩、鉬、鉑、及鎂，較佳地係選自鎳、鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鈷、矽、鐵、及鎵。焊料合金較佳地包含鎳及銦，或鎳及錳，或鎳及鍺，或鎳、銦、及釹，或鎳及鈦，或鎳及鈰，或銦，或銦、鈦、及鍺，或鎳，或釹，或鍺，或矽，或鎳及鐵，或鎳及矽，或鎳及鈷，或鈷及錳，或錳，或錳及鐵，或鈷及鍺，或鈷及鈦，或鎳及鎵，或銦及鈷。如此的合金可展現有利的機械性質。
焊料合金較佳地包含鎳及下列中之一者：鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鈷、鋁、矽、鉻、鐵、磷、金、鎵、碲、硒、鈣、釩、鉬、鉑、及鎂，較佳地係選自鎳、鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鈷、矽、鐵、及鎵，較佳地係鈦、鍺、錳、鈷、及銦中之一者，更佳地係鈦、鍺、及錳中之一者。如此的合金可展現有利的機械性質。
銻之wt.%較佳地係大於鉍之wt.%。如此的合金可展現有利的機械性質，尤其是高強度。當鉍含量亦經控制在不超過約4 wt.%時，高強度可與低脆度結合。
銻之wt.%與鉍之wt.%的總和較佳的是大於或等於6.5，更佳的是大於或等於7.5。此可增加合金的強度。銻之wt.%與鉍之wt.%的總和較佳的是小於或等於12，更佳的是小於或等於11。此可導致低的固相線-液相線間隙，一般係小於或等於約14℃。此亦可避免不利的高液相線溫度的發生。舉例而言，銻之wt.%與鉍之wt.%的總和較佳的是6.5至12，更佳的是6.5至11，甚至更佳的是7.5至10。如此的合金可展現有利的機械性質。具體而言，此類合金可展現有利的高強度及低的固相線-液相線間隙（一般係小於約14℃）及所欲的液相線溫度。當銻之wt.%與鉍之wt.%的總和係控制在上述量時，同時也控制鉍含量不超過4wt.%，可獲得特別有利的機械性質。原因係如下。室溫下，在錫中，鉍具有約4 wt.%的最大溶解度，而銻具有3 wt.%的最大溶解度。銻造成顯著的固體溶液強化，至少高達150℃。若未超過鉍的最大溶解度，可獲得更大的銻之強度增加效果。鉍的含量大於約4 wt.%可能不會導致強度的進一步增加，其係因為過量的鉍沉澱物，且甚至可能由於合金的脆度增加而對機械行為有害。
在一特別較佳的實施例中，合金係由下列組成： 2.5至4 wt.%的銀； 2.8 wt.%至4.2 wt.%的鉍，更佳的是2.8 wt.%至4 wt.%的鉍； 3.2至6.2 wt.%的銻； 0.4至0.8 wt.%的銅； 0.04至0.18 wt.%的鎳； 下列中之一者： 0.007至0.05 wt.%的鈦、 0.001至0.02 wt.%的鍺、及 0.005至0.01 wt.%的錳；及 其餘係錫與任何不可避免的雜質， 其中： 銻之wt.%係大於鉍之wt.%，且 銻之wt.%與鉍之wt.%的總和係大於或等於6.5。
此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。此外，此合金是「無鈷」。鑑於鈷之高成本及鈷之毒性，此為有利的。
在另一特別較佳的實施例中，此焊料合金包含： 3至5 wt.%的銀； 0.01至0.2 wt.%的鉍； 4至6 wt.%的銻； 0.3至1 wt.%的銅； 下列中之一或多者： 至多6 wt.%的銦、 至多0.5 wt.%的鈦、 至多0.5 wt.%的鍺、 至多0.5 wt.%的稀土元素、 至多0.5 wt.%的鈷、 至多5.0 wt.%的鋁、 至多5.0 wt.%的矽、 至多0.5 wt.%的錳、 至多0.5 wt.%的鉻、 至多0.5 wt.%的鐵、 至多0.5 wt.%的磷、 至多0.5 wt.%的金、 至多1 wt.%的鎵、 至多0.5 wt.%的碲、 至多0.5 wt.%的硒、 至多0.5 wt.%的鈣、 至多0.5 wt.%的釩、 至多0.5 wt.%的鉬、 至多0.5 wt.%的鉑、 至多0.5 wt.%的鎂；及 其餘係錫與任何不可避免的雜質。
此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。此合金可為「無鎳」，即其可含有不超過無法避免之雜質含量的鎳。此為有利的，因為鎳具有毒性且對於與消費者的接觸件中係有使用量的特定管轄限制。合金可由所述元素所組成。
焊料合金的固相線-液相線溫度間隙較佳地係小於16℃、更佳地係小於等於14℃、甚至更佳地小於12℃。太大的固相線-液相線溫度間隙可能導致焊接缺陷，其係歸因於在焊料完全固化前形成的凝態區(mushy zone)。
焊料合金的形式較佳地為桿狀(bar)、棒狀(stick)、實芯或助熔劑芯線(flux cored wire)、箔或條、膜、預製件、粉末或膏（粉末加助熔劑摻合物）、用於球柵陣列接點的焊料球體、預形成的焊料片、或迴焊或固化之焊料接點、預塗在任何可焊接材料上，諸如用於光伏應用的銅帶或任何類型的印刷電路板。
合金一般將包含至少70 wt.%的錫，更一般係至少80 wt.%的錫，又更一般係至少84 wt.%的錫。
將理解的是，本文所述之合金可含有不可避免的雜質，雖然這些總共不太可能超過組成物的1 wt.%。較佳地，焊料合金以不大於組成物的0.5 wt.%，更佳的是以不大於組成物的0.3 wt.%，又更佳的是以不大於組成物的0.1 wt.%，又更佳的是以不大於組成物的0.05 wt.%，且最佳的是以不大於組成物的0.02 wt.%的量含有不可避免的雜質。
本文所述之焊料合金可由所述元素組成。替代地，本文所述之焊料合金基本上可由所述元素組成。因此，將理解的是，除了強制性元素（亦即錫、鉍、銻、及銅）以外，其他非指定元素可存在於組成物中，前提係其他非指定元素之存在未顯著影響組成物的基本特性。
本發明之合金可藉由混合對應的純元素，或藉由混合預製造的合金、以任何形式因子、以及藉由使用任何製造方法來製造，若其最終組成物係以本文所述之說明書所涵蓋。
在一較佳實施例中，此合金係由2.8至3.2 wt.%的銀、2.8至3.2 wt.%的鉍、4.5至5.5 wt.%的銻、0.3至0.8 wt.%的銅、0.08至0.2 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。
在一較佳實施例中，此合金係由2.8至3.2 wt.%的銀、2.8至3.2 wt.%的鉍、5.5至6.5 wt.%的銻、0.3至0.8 wt.%的銅、0.08至0.2 wt.%的鎳、0.005至0.02 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。
在一較佳實施例中，此合金係由3.1至3.7 wt.%的銀、3至3.5 wt.%的鉍、3至3.8 wt.%的銻、0.4至0.9 wt.%的銅、0.01至0.9 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。
在一較佳實施例中，此合金係由3.2至3.9 wt.%的銀、3.5至4.5wt.%的鉍、5.5至6.5 wt.%的銻、0.3至0.9 wt.%的銅、0.05至0.12 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。
在一較佳實施例中，此合金係由3.5至4.2 wt.%的銀、0.01至0.1 wt.%的鉍、5至6 wt.%的銻、0.4至0.9 wt.%的銅、0.001至0.01 wt.%的鍺、0.2至0.8 wt.%的銦、0.02至0.08 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。此類合金可展現以下特別有利的組合：有利的機械性質、有利的可焊性、優越的高溫潛變性質及優越的熱機械性質及疲勞壽命，諸如在寬溫度範圍及長停留時間下的熱循環或熱衝擊試驗中所評估者。
在一較佳實施例中，此合金包含3至4 wt.%的銀、1至3 wt.%的銻、2至4 wt.%的鉍、0.3至1 wt.%的銅、0.1至0.25 wt.%的鎳、0.5至3.5 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金的熔化範圍係202.8至217.9℃，其係低於習知96.5Sn3.0Ag0.5Cu合金的近共晶溫度。此合金之硬度及拉伸強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu之硬度量值的約兩倍。潛變破裂時間為96.5Sn3.0Ag0.5Cu之潛變破裂時間的2.5倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、大約3.1 wt.%的鉍、大約2.1 wt.%的銻、大約0.8 wt.%的銅、大約0.25 wt.%的鎳、大約3.3 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4.5 wt.%的銀、1至3 wt.%的銻、2.5至4 wt.%的鉍、0.5至1.5 wt.%的銅、0.1至0.25 wt.%的鎳、0.5至1.5 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.7至223.5℃，且其硬度係96.5SnAg3.0Cu0.5之硬度量值的約兩倍。此合金的潛變破裂時間為96.5Sn3.0Ag0.5Cu之潛變破裂時間的2.5倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、2.1 wt.%的銻、0.75 wt.%的銅、0.2 wt.%的鎳、1.2 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4.5 wt.%的銀、2至4 wt.%的鉍、3.5至6.5 wt.%的銻、0.5至1.5 wt.%的銅、0.05至0.2 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為203.3至236.1℃，且其拉伸強度及潛變破裂時間係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.6 wt.%的銀、3.9 wt.%的鉍、4 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.1 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4.5 wt.%的鉍、5至6.5 wt.%的銻、0.5至1 wt.%的銅、0.05至0.2 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。在此較佳實施例中，合金較佳地係由3.2至4 wt.%的銀、3.5至4.5 wt.%的鉍、5.5至6.5 wt.%的銻、0.3至0.09 wt.%的銅、0.05至0.12 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為197.4至231.6℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、4.2 wt.%的鉍、6.1 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.1 wt.%的鎳、0.005 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、3.5至4.5 wt.%的銻、0.3至0.8 wt.%的銅、0.02至0.3 wt.%的鎳、0.001至0.002 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為211.4至225.5℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含3.2 wt.%的銀、3.4 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.15 wt.%的鎳、0.001的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、4至5.5 wt.%的銻、0.3至0.8 wt.%的銅、0.1至0.2 wt.%的鎳、0.001至0.002 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為215.2至228.3℃。此合金的拉伸強度係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍。此合金的潛變破裂時間為96.5Sn3.0Ag0.5Cu的四倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含3.2 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、4.9 wt.%的銻、0.15 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.3至0.8 wt.%的銅、3至4 wt.%的銦、5.5至6.5 wt.%的銻、0.03至0.1 wt.%的鎳、0至0.005 wt.%的一些稀土元素（較佳的是釹）、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為186.9至232.9℃。此合金的拉伸強度和潛變破壞時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍及四倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含3.5 wt.%的銀、3.7 wt.%的鉍、0.55 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、0.002的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、2.5至4 wt.%的鉍、0.3至0.8 wt.%的銅、5至6.5 wt.%的銻、0.1至0.2 wt.%的鎳、0.001至0.01 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為202.5至234.5℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍及六倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含3.2 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、5.9 wt.%的銻、0.15 wt.%的鎳、0.006 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至1 wt.%的銅、1至2 wt.%的銦、5.5至6.5 wt.%的銻、0.18至0.25 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.3至228.4℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍及四倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.1 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、1.15 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、0.25 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至1 wt.%的銅、5.5至6.5 wt.%的銻、0.2至0.3 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214至230.4℃。此合金的拉伸強度和潛變破壞時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍及三倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.5 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、6.2 wt.%的銻、0.3 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.4至0.7 wt.%的銅、2.5至3.5 wt.%的銦、5.5至6.5 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為195.3至229.3℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍及四倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.7 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.4至0.6 wt.%的銅、2.5至3.5 wt.%的銦、5.5至6.5 wt.%的銻、0.001至0.01 wt.%的鈦、0.0008至0.002 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為186.5至232.5℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍及三倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含3.5 wt.%的銀、3.8 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、0.006 wt.%的鈦、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.05至0.1 wt.%的鎳、0.001至0.002 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為198.9至230.9℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的二倍及三倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.6 wt.%的銀、3.9 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.09 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.03至0.08 wt.%的鎳、0.01至0.03 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為198.9至227.6℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍及三倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.5 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含2.5至3.5 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、0.3至0.6 wt.%的銅、5.5至6.5 wt.%的銻、0.01至0.04 wt.%的鎳、0.01至0.03 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為202.6至229.2℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍及六倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6.1 wt.%的銻、0.03 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含2.5至3.5 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、0.3至0.6 wt.%的銅、5.5至6.5 wt.%的銻、0.001至0.015 wt.%的鎳、0.015至0.035 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為203.3至229.7℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍及六倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6.1 wt.%的銻、0.01 wt.%的鎳、0.03 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.4至0.8 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.03至0.05 wt.%的鈦、0.005至0.01 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為203.8至226.5℃。此合金的拉伸強度和潛變破裂時間分別係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的二倍及四倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.4 wt.%的銀、3.5 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.4%的銻、0.002的鈦、0.007的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、4.5至5.5 wt.%的銻、0.09至0.15 wt.%的鎳、0.02至0.05 wt.%的鈦、0.0008至0.0014 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、5.1 wt.%的銻、0.14 wt.%的鎳、0.04 wt.%的鈦、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.001至0.012 wt.%的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為210.8至224.5℃。此合金的潛變強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.8 wt.%的銻、0.005 wt.%的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、3至4 wt.%的銻、0.4至0.7 wt.%的銅、0.02至0.07 wt.%的鎳、0.001至0.005 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為202.9至224.6℃。此合金的潛變強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu的2.5倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、4.16 wt.%的鉍、3.9 wt.%的銻、0.5 wt.%的銅、0.06 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、4至6 wt.%的銻、0.4至0.7 wt.%的銅、2.5至3.5 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為195.8至228.6℃。此合金的潛變強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu的兩倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.8 wt.%的銀、4.2 wt.%的鉍、4.7 wt.%的銻、0.5 wt.%的銅、3.2 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、1至2 wt.%的鉍、1至2 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.008至0.02 wt.%的鋁、0.005至0.01 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為217.52至227.05℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.8 wt.%的銀、1.6 wt.%的鉍、1.3 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.015 wt.%的鋁、0.007 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、3至4 wt.%的銻、0.5至0.8 wt.%的銅、0.03至0.06 wt.%的鎳、0.001至0.008 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為212.8至224.5℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.4 wt.%的銀、3.3 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.4 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、及0.001 wt.%的鍺。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3.5至5 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、1至3 wt.%的銻、0.1至0.2 wt.%的鎳、0.01至0.02 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.9至221.2℃。此合金的潛變強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu的三倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.4 wt.%的銀、4.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、2.1 wt.%的銻、0.2 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3.5至4 wt.%的銀、0.02至1 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、0.1至1 wt.%的銦、4.5至6 wt.%的銻、0.03至0.1 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為222.6至232.3℃。此合金的潛變破裂強度係大於96.5Sn3.0Ag0.5Cu的七倍。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.8 wt.%的銀、0.06 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、0.6 wt.%的銦、5.3 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、2.8至3.8 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、3.5至4.5 wt.%的銻、0.02至0.1 wt.%的鎳、0.01至0.025 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.4至225.6℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、4.1 wt.%的銻、0.03 wt.%的鎳、0.006 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、0.5至0.8 wt.%的銅、0.02至0.1 wt.%的鎳、0.01至0.03 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.4至226.7℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.6 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.03 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含2.5至3.5 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、0.4至0.6 wt.%的銅、5至6 wt.%的銦、1至2 wt.%的銻、0.02至0.08 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為195.1至211.8℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6 wt.%的銦、1.6 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.02至0.1 wt.%的鎳、0.02至0.08 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.6至224.9℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.4 wt.%的銀、3.6 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.06 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含2.5至3.5 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、0.03至0.1 wt.%的鈷、0.001至0.005 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為210至225.3℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.6 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.05 wt.%的鈷、0.002 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3.5至4.5 wt.%的銻、0.002至0.01 wt.%的錳。此合金之熔化範圍為213.9至224.6℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.006 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3.5至4.5 wt.%的銻、0.001至0.005 wt.%的錳、0.01至0.1 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.7至224.6℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.003 wt.%的錳、0.09 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3.5至4.5 wt.%的銻、0.01至0.1 wt.%的鎳、0.01至0.1 wt.%的鈷、0.005至0.015 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為215至225.7℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.05 wt.%的鈷、0.01 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含2.5至3.5 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、4.5至5.5 wt.%的銻、0.02至0.07 wt.%的鈷、0.01至0.05 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為213.8至228.5℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、5 wt.%的銻、0.06 wt.%的鈷、0.04 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、0.02至0.1 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、4.5至5.5 wt.%的銻、0.1至1 wt.%的鎵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為221.9至229.3℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.7 wt.%的銀、0.08 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、5.2 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.5 wt.%的鎵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、0.01至0.1 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、0.4至0.7 wt.%的銦、4.5至5.5 wt.%的銻、0.02至0.08 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為221.6至229.7℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.7 wt.%的銀、0.07 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、0.6 wt.%的銦、5.2 wt.%的銻、0.06 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、0.5至2 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3.5至4.5 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為219.1至227.5℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.7 wt.%的銀、1.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、2.5至3.5 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為216.2至226.9℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.7 wt.%的銀、2.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3至4 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為212.5至224.8℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.8 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、3.5至4.5 wt.%的鉍、0.5至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為210.7至223.9℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.5 wt.%的銀、4 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、4.5至5.5 wt.%的鉍、0.4至0.6 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.5至222.7℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.1 wt.%的銀、5.1 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.7 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在一較佳實施例中，合金包含3至4 wt.%的銀、5.5至6.5 wt.%的鉍、0.4至0.7 wt.%的銅、3至4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為206.2至220.8℃。在此實施例之一特定實例中，合金包含大約3.2 wt.%的銀、6 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.2 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
在進一步的態樣中，本發明提供一種無鉛焊料合金，其包含： (a)    2.5至5 wt.%的銀 (b)   0.01至5 wt.%的鉍 (c)    1.0至7.0 wt.%的銻 (d)   0.01至2.0 wt.%的銅 (e)    下列元素中之至少一者 至多0.5 wt.%的鎳 至多0.5 wt.%的鈦 至多0.5 wt.%的鍺 至多5.0 wt.%的銦 至多0.5 wt.%的錳 至多0.5 wt.%的稀土元素，像是釹、鈰、鑭。 至多5.0 wt.%的鋁 至多5.0 wt.%的矽 (f)    可選地下列元素中之一或多者 0至0.5 wt.%的鉻 0至0.5 wt.%的鐵 0至0.5 wt.%的磷 0至0.5 wt.%的金 0至0.5 wt.%的鎵 0至0.5 wt.%的碲 0至0.5 wt.%的硒 0至0.5 wt.%的鈣 0至0.5 wt.%的釩 0至0.5 wt.%的鉬 0至0.5 wt.%的鉑 0至0.5 wt.%的鎂 (g)   其餘係錫與任何不可避免的雜質。
第一態樣的優點及較佳特徵同樣適用於此態樣。
在進一步的態樣中，本發明提供一種焊料接點，其包含如本文所述之焊料合金。
在進一步的態樣中，本發明提供一種焊料膏，其包含： 如本文所述之焊料合金，及 助焊劑。
在進一步的態樣中，本發明提供一種形成焊料接點之方法，其包含： (i)提供二或更多個待接合工件； (ii)提供如本文所述之焊料合金或如本文所述之焊料膏；及 (iii)在該等待接合工件鄰近處加熱該焊料合金或焊料膏。
該等工件可係印刷電路板之組件，諸如基材及晶粒。
在進一步的態樣中，本發明提供如本文所述之焊料合金或本文所述之焊料膏在焊接方法中的用途。
此焊接方法較佳地係選自波焊、表面安裝技術(Surface Mount Technology, SMT)焊接、晶粒附接焊接、熱界面焊接、手工焊接、雷射及RF感應焊接、焊接至太陽能模組、2階LED封裝板之焊接、浸焊、及重工焊接。
在進一步的態樣中，本發明提供一種製造本文所述之焊料合金的方法，該方法包含： 提供所述元素、及 使所述元素熔化， 其中所述元素可以個別元素的形式及/或以含有一或多種所述元素之一或多種合金的形式提供。
現將參照下列非限制性實例進一步描述本發明。 實例1 -合金1
合金1包含3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、2.1 wt.%的銻、0.8 wt.%的銅、3.3 wt.%的銦、0.2 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金1之熔化範圍為202.8至217.9℃；且維氏硬度(Vickers Hardness)為28.6 Hv。 實例1a -合金1a（參考實例）
合金1a含3.8 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、1.4 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.15 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例1b -合金1b（參考實例）
合金1b含3.3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、3 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.04 wt.%的鎳、0.01 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例2 -合金2
合金2包含3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、2.1 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.2 wt.%的鎳、1.2 wt.%的銦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金2之熔化範圍為209.7至223.5℃；且維氏硬度(Vickers Hardness)為27.2 Hv。 實例3 -合金3
合金3包含3.6 wt.%的銀、3.9 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.09 wt.%的鎳、0.001 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金3之熔化範圍為203.3至236.1℃。 實例4 -合金4
合金4包含3.5 wt.%的銀、4.1 wt.%的鉍、6.1 wt.%的銻、0.7 wt.%的銅、0.1 wt.%的鎳、0.004 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金4之熔化範圍為197.4至231.6℃。圖6所示之此合金的毛胚鑄件微結構的剖面顯示之Ag3 Sn在錫基質中的分布。亦觀察到(Cu,Ni)6 Sn5 的較大沉澱物及一些錫-鉍介金屬的細小沉澱。此微結構係固溶體及沉澱強化的一實例，其有助於合金強化及改善機械性質。 實例7 -合金7
合金7包含3.2 wt.%的銀、3.4 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.16 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為211.4至225.5℃。 實例8 -合金8
合金8包含3.2 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、4.9 wt.%的銻、0.16 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為215.2至228.3℃。圖6所示之此合金的主體微結構係由Ag3 Sn與Bi-Sn（白色）及(Cu,Ni)6 Sn5 沉澱物（暗色粒子）的網狀共晶(eutectic network)所組成。其中一些(Cu,Ni)6 Sn5 沉澱物係傾向形成小花狀的結構。沉澱物的此形態意味著此合金將具有改善的機械性質，如圖7、8及9所示。 實例9 -合金9
合金9包含3.5 wt.%的銀、3.7 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、0.002 wt.%的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為186.9至232.9℃。 實例10 -合金10
合金10包含3.2 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、5.9 wt.%的銻、0.16 wt.%的鎳、0.006 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金的主體微結構係由Ag3 Sn、Bi-Sn及Cu6 Sn5 沉澱物之分散良好的網狀共晶所組成。此合金之熔化範圍為202.5至234.5℃。 實例11 -合金11
合金11包含3.1 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、1.1 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、0.25 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金11之熔化範圍為214.3至228.4℃。此合金之硬度為32.4 Hv。 實例12 -合金12
合金12包含3.5 wt.%的銀、3.5 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、6.2 wt.%的銻、0.3 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鈰、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為213.9至230.4℃。此合金之硬度為28 Hv。 實例13 -合金13
合金13包含3.5 wt.%的銀、3.7 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.1 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為195.3至229.3℃。 實例14 -合金14
合金14包含3.5 wt.%的銀、3.8 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.4 wt.%的銦、6.18 wt.%的銻、0.006 wt.%的鈦、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為186.5至232.5℃。 實例15 -合金15
合金15包含3.6 wt.%的銀、3.9 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.09 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為198.9至230.9℃。 實例16 -合金16（參考實例）
合金16包含3.5 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.2 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例17 -合金17
合金17包含3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.5 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金17之熔化範圍為198.9至227.6℃。此合金之主體微結構係如圖6所示。Ag3 Sn的細網及良好分布的(Cu,Ni)6 Sn5 及鉍-錫沉澱物係清晰可見的。 實例18 -合金18
合金18包含3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6.1 wt.%的銻、0.03 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例19 -合金19
合金19包含3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6.1 wt.%的銻、0.01 wt.%的鎳、0.03 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金19之熔化範圍為203.3至229.7℃。 實例20 -合金20
合金20包含3.4 wt.%的銀、3.4 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.4 wt.%的銻、0.002 wt.%的鈦、0.007 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金20之熔化範圍為203.8至226.5℃。 實例21 -合金21
合金21包含3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、5.1 wt.%的銦、0.14 wt.%的鎳、0.04 wt.%的鈦、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例22 -合金22
合金22包含3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.8 wt.%的銻、0.005 wt.%的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金22之熔化範圍為210.8至224.5℃。 實例23 -合金23
合金23包含3.5 wt.%的銀、4.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、0.001 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例24 -合金24
合金24包含3.8 wt.%的銀、4.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.2 wt.%的銦、4.7 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金24之熔化範圍為195.8至228.6℃。 實例25 -合金25
合金25包含3.8 wt.%的銀、4.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.3 wt.%的銦、4.6 wt.%的銻、0.001的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金25之熔化範圍為194.5至220.3℃。 實例26 -合金26
合金26包含3.8 wt.%的銀、1.6 wt.%的鉍、1.3 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.015 wt.%的鋁、0.007 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金26之熔化範圍為217.5至227.1℃。 實例27 -合金27
合金27包含3.4 wt.%的銀、3.3 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.4 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.001 wt.%的釹、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為212.8至224.5℃。 實例28 -合金29
合金29包含3.4 wt.%的銀、4.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、2.1 wt.%的銻、0.2 wt.%的鎳、0.02 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。 實例29 -合金31
合金31包含3.8 wt.%的銀、0.06 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、0.6 wt.%的銦、5.3 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為222.6至232.3℃。合金31的潛變強度係96.5Sn3.0Ag0.5Cu的七倍。 實例30 -合金32
合金32包含3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、4.1 wt.%的銻、0.03 wt.%的鎳、0.006 wt.%的矽、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.4至225.6℃。 實例31 -合金33
合金33包含3.6 wt.%的銀、3 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.03 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.4至226.7℃。 實例32 -合金34
合金34包含3 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、6.3 wt.%的銦、1.6 wt.%的銻、0.06 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為195.1至211.8℃。 實例33 -合金36（參考實例）
合金36包含3.8 wt.%的銀、4 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、2 wt.%的銻、0.03 wt.%的鎳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金36之熔化範圍為208.9至221.9℃。 實例34 -合金37
合金37包含3.4 wt.%的銀、3.6 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.06 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.6至224.9℃。 實例35 -合金38
合金38包含3 wt.%的銀、3.6 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、0.05 wt.%的鈷、0.002 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為210至225.3℃。 實例36 -合金39
合金39包含3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.006 wt.%的錳、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金39之熔化範圍為213.9至224.6℃。 實例37 -合金40
合金40包含3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.003 wt.%的錳、0.09 wt.%的鐵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為214.7至224.6℃。 實例38 -合金41
合金41包含3.5 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、4 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.05 wt.%的鈷、0.01 wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金41之熔化範圍為215.0至225.7℃。 實例39 -合金42
合金42包含3 wt.%的銀、3.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、5 wt.%的銻、0.06 wt.%的鈷、0.04 wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為213.8至228.5℃。 實例40 -合金43
合金43包含3.7 wt.%的銀、0.08 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、5.2 wt.%的銻、0.05 wt.%的鎳、0.5 wt.%的鎵、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。合金43之熔化範圍為221.9至229.3℃。 實例41 -合金45
合金45包含3.7 wt.%的銀、0.07 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、0.6 wt.%的銦、5.2 wt.%的銻、0.06 wt.%的鈷、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為221.6至229.7℃。 實例42 -合金56（參考實例）
合金56包含3.7 wt.%的銀、1.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、4 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為219.1至227.5℃。此合金之硬度為27.7 Hv。 實例43 -合金57（參考實例）
合金57包含3.7 wt.%的銀、2.1 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.9 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為216.2至226.9℃。此合金之硬度為28.6 Hv。 實例44 -合金58（參考實例）
合金58包含3.8 wt.%的銀、3.2 wt.%的鉍、0.7 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為212.5至224.8℃。此合金之硬度為30.8 Hv。 實例45 -合金59（參考實例）
合金59包含3.5 wt.%的銀、4 wt.%的鉍、0.6 wt.%的銅、3.6 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為210.7至223.9℃且硬度為30.8 Hv。 實例46 -合金60（參考實例）
合金60包含3.1 wt.%的銀、5.1 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.7 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為209.5至222.7℃且其硬度為32.2 Hv。 實例47 -合金61（參考實例）
合金61包含3.2 wt.%的銀、6 wt.%的鉍、0.5 wt.%的銅、3.2 wt.%的銻、及其餘係錫與任何不可避免的雜質。此合金之熔化範圍為206.2至220.8℃且其硬度為32.2 Hv。
所有合金之熔化範圍一覽係列於表1中。
合金 熔化範圍(℃)
96.5Sn3.0Ag0.5Cu 216.6 - 219
1a 215.4 - 221.9
1b 201.5 - 228.5
1 202.8 - 217.9
2 209.7 - 223.5
3 203.3 - 236.1
4 197.4 - 231.6
7 211.4 - 225.5
8 215.2 - 228.3
9 186.9 - 232.9
10 202.5 - 232.5
11 214.3 - 228.4
12 213.9 - 230.4
13 195.3 - 229.3
14 186.5 - 232.5
15 198.9 - 230.9
17 198.9 - 227.6
18 202.6 - 229.2
19 203.3 - 229.7
20 203.8 - 226.5
22 210.8 - 224.5
23 202.9 - 224.6
24 195.8 - 228.6
25 194.5 - 220.3
26 217.5 - 227.1
27 212.8 - 224.5
29 209.9 - 221.2
31 222.6 - 232.3
32 214.4 - 225.6
34 195.1 - 211.8
36 208.9 - 221.9
37 209.6 - 224.9
38 210 - 225.3
39 213.9 - 224.6
40 214.7 - 224.6
41 215 - 225.7
42 213.8 - 228.5
43 221.9 - 229.3
45 221.6 - 229.7
46 197.5 - 209.3
47 200 - 211.3
48 203.7 - 211.9
49 218.4 - 222.5
50 221.4 - 228.3
51 222.7 - 234.2
52 222.7 - 229.8
53 223.3 - 232.6
54 220.4 - 227.4
55 223.8 - 232.6
56 219.1 - 227.5
57 216.2 - 226.9
58 212.5 - 224.8
59 210.7 - 223.9
60 209.5 - 222.7
61 206.2 - 220.8
表1：合金的熔化範圍。
根據本發明之焊料合金(Sn-5.3Sb-3.8Ag-0.06Bi-0.6Cu-0.6In-0.06Ni)的顯微圖係如圖1所示。如所見，焊料合金的微結構顯示大規模的Ag3 Sn網格。如上述所討論，此沉澱粒子的分布網格可抵抗潛變變形期間之晶粒邊界的移動，從而增強潛變強度。
如上述所討論，高於260℃的迴焊溫度可導致在焊接期間的各種問題，諸如損傷印刷電路板及組件。圖2及圖3顯示當添加太多銻或鉍時，會對Sn-Ag-Cu合金的熔化行為有負面影響。如圖2所示，將銻含量從1 wt.%增加至8 wt.%顯著增加液相線溫度，而固相線溫度顯示有逐漸上升。在此實例中，當銻係等於或低於7 wt.%時，所需的迴焊溫度將等於或低於260℃，考慮到最高迴焊溫度係高於液相線溫度25至30℃。作為圖2之主題的合金含有3.2-3.8 wt.%的Ag、1-8 wt.%的Sb、0.5-0.9 wt.%的Cu、其餘係Sn。在圖3中，銻係保持在3及4 wt.%之間，並增加鉍含量。作為圖3之主題的合金含有3.2-3.8 wt.%的Ag、3-4 wt.%的Sb、1-6 wt.%的Bi、0.5-0.7 wt.%的Cu、其餘係Sn。在此實例中，當鉍係等於或低於5 wt.%，其固相線溫度係保持高於210℃，且固相線-液相線溫度間隙係低於10℃。亦重要的是，較低固相線溫度可限制焊料操作溫度，且過大的固相線-液相線溫度間隙可導致焊接缺陷，其係由於在焊料完全固化前所形成的凝態區。如圖2及圖3可見，增加的銻對於增加液相線溫度比固相線溫度有更大的效果（圖2）。減少銻及增加鉍同時減少了合金的固相線及液相線溫度（圖3）。
藉由各種合金添加造成固溶體強化及析出硬化導致硬度增加。舉例而言，銻顯著地促成固溶體強化，而銅在錫中非常有限的溶解度形成Cu-Sn介金屬，其亦增加合金的硬度。此效果係如圖4所示。鉍亦係已知的錫之固溶體強化元素。圖5中顯示增加鉍及稍微減少銻在合金硬度上的效果。由於增加脆度的風險，硬度增加經常被認知為焊料合金負面且非所欲的性質，然而硬度可藉由平衡合金設計而轉變成所欲的性質。藉此，硬度可促成合金改善的高熱機械性質，如本文所述。
圖6從左至右顯示合金4、8、及17之毛胚鑄件微結構。(Cu,Ni)6 Sn5 的沉澱物係均勻地分布在Ag3 Sn及Sn晶粒（含有Bi及Sb）的基質中。白色沉澱物係Bi-Sn介金屬粒子，其係當鉍在錫中的固體溶解度限制被超過時所形成。
圖7及圖8係比較一些實例合金及96.5Sn3.0Ag0.5Cu的室溫拉伸性質。相較於96.5Sn3.0Ag0.5Cu，拉伸強度有在66%與144%之間的顯著增加。
來自潛變測試的結果提供關於在相對長時間下對潛變及潛變變形（彈性及塑性）之抗性的重要觀點。在高溫潛變之情況中，微結構強化與應力釋放交錯的現象係微結構退火所造成。合金的高溫潛變性質係在圖9及圖10中以圖式呈現並與96.5Sn3.0Ag0.5Cu的高溫潛變性質比較。本發明的合金具有顯著較高的潛變強度，其係由潛變破裂時間及總潛變塑性應變所造成。較高潛變破裂時間指示較高的抗潛變性。舉例而言，在150℃下，合金8的潛變破裂時間係比96.5Sn3.0Ag0.5Cu高255%。
擴散依賴潛變變形係取決於對應溫度比(homologous temperature)，即絕對標度下測試溫度與材料之熔化溫度的比率。焊料合金之對應溫度比可在0.84至0.86的範圍內。因此，焊料合金的熔化溫度對機械性質沒有顯著的影響。
表2比較其中一些實例合金與96.5Sn3.0Ag0.5Cu的零潤濕時間(T0 )，其可用來測量可焊性及潤濕性。根據本發明之合金的潤濕性質與96.5Sn3.0Ag0.5Cu合金的潤濕性質係相當的。此係重要的，因為在具有許多合金添加的合金之潤濕性質經常會劣化。潤濕測試係在250℃下依據JIS Z 3198-4標準執行。
合金 T0
96.5Sn3.0Ag0.5Cu 1.1
1a 0.78
合金4 1.1
合金8 1.3
合金17 1.0
合金22 0.8
合金27 1.0
表2：零潤濕時間之實例合金與96.5Sn3.0Ag0.5Cu合金的比較。
如上文所論述，介金屬化合物的形成係由於在這些實例合金中之合金添加而導致主體合金及焊料接點的額外強度。圖11及圖12顯示熱循環性能測試的結果。熱循環係在-40至150℃下（其中在此等溫度之各者下的停留時間為30分鐘）於按照IPC 9701A標準進行之測試中執行。焊料接點在熱循環測試後的三個關鍵態樣係原位特性壽命、焊料接點中的裂紋延伸、及熱循環測試後保留的剪切強度百分比。當使用高速數據資料記錄器原位監測其電阻時，熱循環特性壽命係在BGA228封裝的累積失效在63.2%下獲得。依據IPC 9701A標準，在所測量電阻的五個連續讀值中增加20%時係定義為失效。圖11顯示如何測量焊料接點之總長度以計算BGA上之裂紋延伸的實例。此裂紋延伸係以焊料接點之總長度的百分比來測量。為了說明的目的，此處所示的裂紋起始於靠近焊料-IMC界面，並延伸至相當於焊料接點之總長度的23%。在2500個循環結束時，已測量沿著BGA封裝中最外列焊料接點的各焊球中之裂紋延伸。測量各合金之平均裂紋延伸，並將其彙總於表3中。
合金 在2500個熱循環後在BGA228中的平均裂紋延伸(%)
1a 43.0
1b 32.0
合金4 17.0
合金8 7.0
合金17 27.0
合金22 23.0
合金27 24.0
表3：在2500個熱循環後的裂紋延伸。
在150℃熱老化2000小時之後保留的剪切強度係以自剛焊接(as-soldered)的晶片電阻獲得之初始剪切強度的分率來計算。表4顯示其中一些合金的結果，其中剩餘剪切強度係原始焊料接點剪切強度的至少85%。
合金 2000小時熱老化後之保留的剪切強度%
1a 95
1b 90
合金4 88
合金8 92
合金17 96
合金27 85
表4：晶片電阻0805熱老化後保留的剪切強度。
圖12顯示根據本發明之一些實例合金BGA228原位監測失效的韋伯分布圖。所有發明的合金具有較高的特性壽命及較大量的存活組分。在熱循環期間，此合金係受熱應力導致潛變變形。能夠在破裂之前抵抗潛變變形或累積大變形的合金預期係具有高熱疲勞壽命。發明的合金之較高潛變強度可導致較高的熱疲勞壽命。
以上實施方式已藉由說明及繪示的方式提供，且不旨在限制隨附申請專利範圍之範疇。本文所繪示之目前較佳實施例中的許多變化對所屬技術領域中具有通常知識者而言將係顯而易見的，且仍在隨附申請專利範圍及其均等者之範疇內。
無
現將參照下列圖式進一步描述本發明，其中：
圖1顯示根據本發明之焊料合金的顯微圖。
圖2顯示具有不同Sb含量的合金之固相線及液相線溫度圖表。
圖3顯示具有不同Sb及Bi含量的合金之固相線及液相線溫度圖表。
圖4顯示具有不同Sb及Cu含量的合金之硬度值圖表。
圖5顯示具有不同Sb及Bi含量的合金之硬度值圖表。
圖6顯示根據本發明之一些焊料合金的顯微圖。
圖7顯示根據本發明之一些焊錫合金及Sn3Cu0.5Ag之極限拉伸強度(UTS)圖表。
圖8顯示根據本發明之一些焊錫合金及Sn3Cu0.5Ag之降伏強度(YS)圖表。
圖9顯示根據本發明之一些焊錫合金及Sn3Cu0.5Ag之在150℃及200 N下之潛變強度圖表。
圖10顯示根據本發明之一些焊錫合金及Sn3Cu0.5Ag之在150℃及200 N下之潛變伸長圖表。
圖11顯示利用根據本發明之焊料合金形成之BGA的顯微圖。
圖12顯示BGA228對根據本發明之一些焊錫合金原位監測失效的韋伯(Weibull)分布圖。

Claims (28)

  1. 一種無鉛焊料合金，其包含：2.5至5wt.%的銀；0.01至4wt.%的鉍；1至7wt.%的銻；0.01至2wt.%的銅；下列中之一或多者：至多6wt.%的銦、至多0.5wt.%的鈦、至多0.5wt.%的鍺、至多0.5wt.%的稀土元素、至多5.0wt.%的鋁、至多5.0wt.%的矽、至多0.5wt.%的錳、至多0.5wt.%的鉻、至多0.5wt.%的鐵、至多0.5wt.%的磷、至多0.5wt.%的金、至多1wt.%的鎵、至多0.5wt.%的碲、至多0.5wt.%的硒、至多0.5wt.%的鈣、 至多0.5wt.%的釩、至多0.5wt.%的鉬、至多0.5wt.%的鉑、及至多0.5wt.%的鎂；可選地至多0.5wt.%的鎳；及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
  2. 如請求項1之焊料合金，其包含2.8至4.5wt.%的銀。
  3. 如請求項1之焊料合金，其包含1.0至4.0wt.%的鉍。
  4. 如請求項1之焊料合金，其包含1.0至6.5wt.%的銻。
  5. 如請求項1之焊料合金，其包含0.3至1.2wt.%的銅。
  6. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至0.4wt.%的鎳。
  7. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至5.5wt.%的銦。
  8. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至0.3wt.%的鈦。
  9. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至0.3wt.%的鍺。
  10. 如請求項1之焊料合金，其包含0.002至0.3wt.%的稀土元素。
  11. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至3wt.%的鋁。
  12. 如請求項1之焊料合金，其包含0.001至3wt.%的矽。
  13. 如請求項1之焊料合金，其包含下列中之一或多者：0.001至0.5wt.%的鉻、0.01至0.5wt.%的鐵、0.001至0.5wt.%的磷、0.001至0.5wt.%的金、 0.2至0.8wt.%的鎵、0.001至0.5wt.%的碲、0.001至0.5wt.%的硒、0.001至0.5wt.%的鈣、0.001至0.5wt.%的釩、0.001至0.5wt.%的鉬、0.001至0.5wt.%的鉑、及0.001至0.5wt.%的鎂。
  14. 如請求項1之焊料合金，其包含一至三種元素，該元素係選自鎳、鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鋁、矽、鉻、鐵、磷、金、鎵、碲、硒、鈣、釩、鉬、鉑、及鎂。
  15. 如請求項1之焊料合金，其包含鎳及下列中之一者：鈦、鍺、銦、錳、稀土元素、鋁、矽、鉻、鐵、磷、金、鎵、碲、硒、鈣、釩、鉬、鉑、及鎂。
  16. 如請求項1之焊料合金，其中銻之wt.%係大於鉍之wt.%。
  17. 如請求項1之焊料合金，其中銻之wt.%與鉍之wt.%的總和係大於或等於6.5。
  18. 如請求項1之焊料合金，其係由下列組成：2.5至4wt.%的銀；2.8至4.0wt.%的鉍；3.2至6.2wt.%的銻；0.4至0.8wt.%的銅； 0.04至0.18wt.%的鎳；下列中之一者：0.007至0.05wt.%的鈦、0.001至0.02wt.%的鍺、及0.005至0.01wt.%的錳；及其餘係錫與任何不可避免的雜質，其中：銻之wt.%係大於鉍之wt.%，且銻之wt.%與鉍之wt.%的總和係大於或等於6.5。
  19. 如請求項1之焊料合金，其中該焊料合金包含：3至5wt.%的銀；0.01至0.2wt.%的鉍；4至6wt.%的銻；0.3至1wt.%的銅；下列中之一或多者：至多6wt.%的銦、至多0.5wt.%的鈦、至多0.5wt.%的鍺、至多0.5wt.%的稀土元素、至多5.0wt.%的鋁、至多5.0wt.%的矽、至多0.5wt.%的錳、 至多0.5wt.%的鉻、至多0.5wt.%的鐵、至多0.5wt.%的磷、至多0.5wt.%的金、至多1wt.%的鎵、至多0.5wt.%的碲、至多0.5wt.%的硒、至多0.5wt.%的鈣、至多0.5wt.%的釩、至多0.5wt.%的鉬、至多0.5wt.%的鉑、至多0.5wt.%的鎂；及其餘係錫與任何不可避免的雜質。
  20. 如請求項1之焊料合金，其中該合金係由2.8至3.2wt.%的銀、2.8至3.2wt.%的鉍、4.5至5.5wt.%的銻、0.3至0.8wt.%的銅、0.08至0.2wt.%的鎳、0.001至0.01wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。
  21. 如請求項1之焊料合金，其中該合金係由2.8至3.2wt.%的銀、2.8至3.2wt.%的鉍、5.5至6.5wt.%的銻、0.3至0.8wt.%的銅、0.08至0.2wt.%的鎳、0.005至0.02wt.%的鈦、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。
  22. 如請求項1之焊料合金，其中該合金係由3.1至3.7wt.%的銀、3至3.5wt.%的鉍、3至3.8wt.%的銻、0.4至0.9wt.%的銅、0.01至0.9wt.%的鎳、0.001至0.01wt.%的鍺、及其餘係錫與任何不可避免的雜質組成。
  23. 如請求項1至22中任一項之焊料合金，其形式為桿狀(bar)、棒狀(stick)、實芯或助熔劑芯線(flux cored wire)、箔或條、膜、預製件、粉末或膏(粉末加助熔劑摻合物)、用於球柵陣列接點的焊料球體、預形成的焊料片、或迴焊或固化之焊料接點，其係預塗在任何可焊接材料上，以用於光伏應用或任何類型的印刷電路板。
  24. 一種焊料接點，其包含如請求項1至23中任一項之焊料合金。
  25. 一種焊料膏，其包含：如請求項1至23中任一項之焊料合金、及助焊劑。
  26. 一種形成焊料接點之方法，其包含：(i)提供二或更多個待接合工件；(ii)提供如請求項1至23中任一項所定義之焊料合金或如請求項25之焊料膏；及(iii)在該等待接合工件鄰近處加熱該焊料合金或焊料膏。
  27. 一種如請求項1至23中任一項之焊料合金或如請求項25之焊料膏在焊接方法中的用途。
  28. 一種製造如請求項1至23中任一項之焊料合金的方法，該方法包含：提供所述元素、及使所述元素熔化，其中所述元素可以個別元素的形式及/或以含有一或多種所述元素之一或多種合金的形式提供。
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