無鉛選擇：錫/銀/銅/鉍系統(tǒng)

　　錫/銀/銅/鉍的最佳化學(xué)成分，從SMT制造的觀點來看，是很有用的，特別是因為它提供較低的回流溫度，這是需要的關(guān)鍵所在。
　　
　　最佳化學(xué)成分
　　在錫/銀/銅/鉍系統(tǒng)中的三個元素都會影響所得合金的熔點1,2。目標(biāo)是要減少所要求的回流溫度；找出在這個四元系統(tǒng)中每個元素的最佳配劑，同時將機械性能維持在所希望的水平上，這是難以致信的復(fù)雜追求，也是科學(xué)上吸引人的地方。
　　以下是在實際配劑范圍內(nèi)一些有趣的發(fā)現(xiàn)(所有配劑都以重量百分比表示)：
　　
　　熔化溫度隨著銅的增加而下降，在0.5%時達(dá)到最小。超過0.5%的銅，熔化溫度幾乎保持不變。
　　
　　類型地，當(dāng)增加銀時熔化溫度下降，在大約3.0%時達(dá)到最小。當(dāng)銀從3.0%增加到4.7%時合金熔化溫度的減少可以忽略。
　　
　　鉍對進(jìn)一步減少熔化溫度起主要作用?？墒?，可加入的鉍的量是有限的，因為它對疲勞壽命和塑性有非常大的破壞作用。適當(dāng)?shù)你G的量大約為3~3.5%。
　　美國專利 5,520,752 透露了一種從錫/銀/鉍/銅所選的無鉛合金：在重量上，大約86~97%的錫、大約0.3~4.5%的銀、大約0~9.3%的銦、大約0~4.8%的鉍和大約0~5%的銅。3
　　在3.0~3.1%的鉍和3.0~3.4%的銀、0.5%的銅時，最有效地增加疲勞壽命。再增加任何銅都不會影響疲勞壽命。
　　當(dāng)鉍保持在3~3.1%和銅在0.5~2%時，3.1%的銀是達(dá)到最大疲勞壽命的最有效的配劑。
　　在系統(tǒng)化設(shè)計出來的化學(xué)成分之中，顯示所希望性能的最好平衡，即，熔化溫度、強度、塑性和疲勞壽命。
　　
　　基本的特性與現(xiàn)象
　　基于Sn/Ag與Sn/Cu的二元相圖，銀與錫之間的相互作用形成一種Ag3Sn的金屬間化合物，而銅與錫反應(yīng)形成Cu6Sn5的金屬間化合物。對錫/鉍相互作用，預(yù)料鉍原子作為替代原子進(jìn)入晶格位置達(dá)1.0%；超過1.0%之后，鉍原子作為獨立的第二相沉淀出來。
　　鉍的角色是非常“有力的”2。人們認(rèn)為，鉍的沉淀 - 強化機制通常遵循Mott和Nabbaro應(yīng)力場理論1,2，因為所測得的合金強度與鉍的沉淀體積分?jǐn)?shù)成比例關(guān)系。這說明鉍沉淀物的強化作用主要來自長期內(nèi)部應(yīng)力。
　　93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu可能具有最細(xì)的微結(jié)構(gòu)特征尺寸，這解釋了它的高疲勞壽命和塑性。銀含量高于大約3%預(yù)料會增加Ag3Sn顆粒的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果強度更高但塑性和疲勞壽命更低。所觀察到的高含銀量的較低疲勞壽命與較大的Ag3Sn顆粒有關(guān)，它使Ag3Sn顆粒體積分?jǐn)?shù)更高。據(jù)推測，在含有3~3.4%的銀和3~3.1%的鉍的錫/銀/銅/鉍系統(tǒng)中，0.5%的銅最有效地產(chǎn)生適量的、具有最細(xì)的微結(jié)構(gòu)尺寸的Cu6Sn5顆粒，因此得到高的疲勞壽命、強度和塑性。
　　
　　與63Sn/37Pb的比較
　　最佳的化學(xué)成分(93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu)提供較高的強度，以及比Sn63/Pb37高出大約200%的疲勞壽命。
　　
　　與96.5Sn/3.5Ag的比較
　　93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu具有209