3 Sn—Bi系合金组织成分
Sn—Bi系焊料，可按图3．6表示的，能在139~C共晶点至232~E的宽熔点范围内做成合金。图3．7是随着Bi量的变化其组织成分变化的照片，属单纯的Bi／Sn共晶组织。由共晶组织到21wt％Bi的组成范围，表示了Sn／Bi共晶相和Sn相的二相组织。这种典型的二相领域组织见图3．8，在共晶部分Bi在10lxm以上时会出现粗化形状的结晶，由Bi的脆性会影响到焊料的机械性质。另外，在Sn相中有许多微细板状的Bi析出，Sn基块中固溶着多量的Bi，根据状态图上的判断，Bi量在21wt％以下时不会形成共晶组织，Bi在Sn中产生的偏析且在Bi浓度低的领域，容易形成共晶组织。
Sn—Bi系合金实用化的最大问题点，在靠近190~C附近做成的焊料，从状态图上采看的话，其固液共存领域相当大，这个影响作为凝固偏析的现象，在80~C时是十分稳定的合金组织，超过140℃后Bi的粗化即会发生严重脆性。用低Bi合金的DTA评价可明显表示在139℃尖顶的吸热峰值，这个现象俗称为“低温共晶”，实际上称为低温共晶并不确切，仅仅是由Bi的偏析生成的共晶溶解现象。当Bi的组成在21wt％以下时为何会发生共晶点的溶解，这在状态图上是看不到的。
从图3．6中看到，10％Bi的组成，从0点开始焊料的冷却，首先在A点出现固相，这时固相的组成是B点的组成，Bi浓度比初始焊料浓度低，于是，在当然固相中低状态溶液的Bi浓度升高(C点)，向后续出现的固相D点迁移，结果会产生连续性的固相和液相中的浓度变化。
现实中，对组装基板的冷却都采用缓进形式，是为预防枝状晶体的形成及凝固的不均匀。对于生存的偏析，作为熔液残留部分的Bi不断地浓化，到最后凝固时的熔液成分如超过21％，就形成SN-21BI/BI的共晶组织，由此可见，从0点开如冷却到P点的温度下降，如不发生上述的分离就没有BI的粗化结晶。
关于偏析，SNDDBI系和SN－AG－PB系存在的问题，可理解为“FILLET－LIFTING”现象。由焊料本身的凝固收缩及焊料与引线的热收缩，会对固有方向形成一定的力，而没有引线的场合会产生FILLER－LIFTING。BI对焊区界面的偏析和通孔中的凝固，可同样理解为杠杆原理的提升，在SN－BI二元合金研究时，应确认包含2wt%BI 的FILLET-LIFTING，同样要考虑添加BI后通孔部分的FILLET－LIFTING现象。在实用阶段还需对固液共存领域狭窄的SN－2AG给予FILLET－LIFTING认定，譬如对焊区一侧电镀SN-40PB的场合，可认为SN-AG-PB三元素固相线一液相线幅度大，这与上面的分析相同。为避免FILLETLIFTING现象发生，最好研制固液共存领域幅度小的合金焊料，也可抓住冷却快偏析少的主要因素，通过快冷来抑制FILLET－LIFTING现象。
SN－BI系合金的明显缺点，是BI的粗化晶体，因为BI性脆，粗化结晶的性质与金属间化合物性质相同同样会恶化机械性能，目前虽然还没看到有关这方面的技术报告，凭经验而言必须避开超过10um的组织。另外，利用快速冷却效果，由第三元素的合金化使BI微细分散，进而来改善BI原本的脆性。
SN－BI合金和CU的连接界面，与SN－PB系合金同样会形成CU6SN5/CU3SN的双层反应层，可以说对BI的界面反应是没有不良影响的。
3.4 SN－ZN系合金的组织成份
SN－ZN系共晶焊料，其熔点是最靠近SN－PB共晶焊料的，且良好机械性能的经济性合金焊料，对其进入实用化存在很大希望。图3.9是SN-ZN系合金的状态图，元素间大致上不固溶SN相与ZN相呈分离状，ZN相有比较大的结晶，图3.10是ZN量发生变化其组织变化的状况。SN－ZN系焊料与CU的界面，会形成与其化SN系合金不同的界面反应相，用SEM观察时可看到反应层的一层结构，最近用TEM观察时可观察基三层结构（见图3.11）。
图3.11中，靠CU一侧的层次未鉴定，大致上组成CU/10MM左右的CU－ZN化合层/薄的CUZN层/厚的CU5ZN8层/这样的SN－ZN层次。
