喻波

摘要：助焊劑是焊接材料中最重要的輔助材料，一般為具有綜合性能的有機(jī)、無機(jī)混合物。文中介紹了電子產(chǎn)品助焊劑的作用機(jī)理，描述了常用助焊劑的組成和分類，最后對(duì)助焊劑的發(fā)展進(jìn)行了展望。本文有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：助焊劑；活化劑；潤濕

1 助焊劑作用機(jī)理

助焊劑是焊接材料中最重要的輔助材料，一般為具有綜合性能的有機(jī)、無機(jī)混合物。其在焊接過程中的主要作用：去除被焊金屬表面的氧化物；降低焊料的表面張力，增強(qiáng)潤濕性；防止焊接時(shí)焊料和被焊基體表面再次被氧化；有利于熱量傳遞到焊接區(qū)。因此，理想的助焊劑除了具有較強(qiáng)的化學(xué)活性外，還要具有良好的熱穩(wěn)定性、粘附力、擴(kuò)展力、環(huán)境穩(wěn)定性、流變特性、對(duì)通用清洗溶液和設(shè)備的適應(yīng)性等。

1.1 活性成分去除氧化膜機(jī)制

在焊接過程中，當(dāng)助焊劑與基體表面氧化膜接觸時(shí)，加之一定的焊接環(huán)境，助焊劑中的活性物質(zhì)與氧化膜發(fā)生反應(yīng)，基體表面一部分孔狀區(qū)域因氧化膜較薄而先露出新鮮的金屬，隨后一部分助焊劑流入孔狀區(qū)域，活性成分從氧化層的表面和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，與氧化膜的接觸面積增大，進(jìn)一步提高反應(yīng)速率。隨著焊接溫度的上升，焊料合金逐漸熔化，熔化的焊料壓迫氧化層致使其破裂。然后助焊劑中的成膜物質(zhì)形成保護(hù)層以防止金屬基板的進(jìn)一步氧化，熔融焊料與金屬基板金屬由于原子間的結(jié)合而形成金屬間化合物，冷卻后焊料凝固形成焊點(diǎn)。

1.2 促潤濕理論

焊接中的潤濕過程是指熔融的焊料借助毛細(xì)管力沿著母材金屬表面細(xì)微的凹凸及結(jié)晶的間隙向四周漫流，在被焊料和母材表面形成一個(gè)附著層，使焊料和母材金屬的原子相互接近，達(dá)到原子引力起作用的距離。要得到可靠的焊點(diǎn)，就要求焊料對(duì)基體金屬表面有足夠的潤濕能力。一般用液態(tài)焊料在基體金屬上的接觸角θ來表征潤濕程度，θ越小，液態(tài)焊料在基板上的鋪展越充分，潤濕能力就越強(qiáng)。合適的助焊劑可以對(duì)液態(tài)焊料在基板上的潤濕起促進(jìn)作用。在實(shí)際焊接中，熔融的焊料在助焊劑作用下逐漸擴(kuò)散、潤濕基板，繼而與基板金屬發(fā)生合金化過程。

2 助焊劑組成和分類

2.1 分類

助焊劑按其成分來分，可分為無機(jī)水溶性助焊劑、松香助焊劑和有機(jī)水溶助焊劑。助焊劑按殘留物的清洗類型來分，可分為溶劑清洗型、水清洗型和免清洗型。

2.2 助焊劑的基本組成及發(fā)展

助焊劑由活化劑、溶劑、成膜劑、表面活性劑、防氧化劑和緩蝕劑等成分組成。

1）活化劑

其主要作用是在焊接溫度下去除焊盤和焊料表面的氧化物，從而提高焊料和焊盤之間的潤濕性。傳統(tǒng)的為無機(jī)物、松香、有機(jī)鹵化物，現(xiàn)多為有機(jī)酸和有機(jī)胺等。

2）溶劑

其主要作用是溶解焊劑中的所有成份，使之成為均勻的黏稠液體。

3 ）成膜劑

成膜劑選用烴、醇、脂，這類物質(zhì)一般具有良好的電氣性能，常溫下起保護(hù)膜作用不顯活性，在200 ℃ ～ 300 ℃的焊接溫度下顯示活性，無腐蝕、防潮等特點(diǎn)，如長鏈脂肪烴、聚氧乙烯、聚乙烯醇、山梨糖醇、松香__甘油酯。

4）表面活性劑

主要作用是降低焊劑的表面張力，增加焊劑對(duì)焊粉和焊盤的親潤性，可以是非離子表面活性劑，如OP系列，氟代脂肪族聚合醚；陰離子表面活性劑，如丁二酸二乙酯磺酸鈉；陽離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨，季銨氟烷基化合物。

5）防氧化劑

主要功能是防止焊料氧化，一般為酚類，抗壞血酸及其衍生物等。特別是在水溶性助焊劑中，一定要有防氧化劑。

6）緩蝕劑

一般為吡咯類（苯并噻唑，α-巰基苯并噻唑，苯并三氮唑[），苯并咪唑，甲基苯并咪唑，三乙醇胺，三乙胺。苯并三氮唑（BTA）是銅的高效緩蝕劑。其加入可以抑制助焊劑中的活性物質(zhì)對(duì)銅產(chǎn)生的腐蝕。

3 展望

電子產(chǎn)品無鉛化已是一種不可抗拒的必然趨勢(shì)， 相對(duì)于傳統(tǒng)的SnPb 釬料， 由于無鉛合金的潤濕性較差， 焊接溫度較高， 要獲得牢固可靠的焊接接頭， 使用優(yōu)良的助焊劑是至關(guān)重要的。這樣就對(duì)助焊劑提出了更高的要求， 需要助焊劑具有更高活性的同時(shí)， 還要不含VOC 等有害物質(zhì)， 符合更高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求。因此，一般建議使用無揮發(fā)性有機(jī)化合物的免清洗助焊劑和水溶性助焊劑。

免清洗助焊劑能夠滿足一般消費(fèi)類電子產(chǎn)品的需要。免清洗助焊劑的最大特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于省去了清洗工序， 減少了清洗設(shè)備、材料、能源和廢物處理等方面的費(fèi)用， 但需要考慮它與現(xiàn)行波峰焊接工藝之間相容性方面的問題。焊后殘留物少， 腐蝕性小， 但是可能導(dǎo)致促進(jìn)無鉛釬料潤濕能力的降低。其次， 免清洗助焊劑的固體含量低， 難以發(fā)泡， 在涂敷工藝上只能用于噴霧涂敷. 最后是預(yù)熱工藝要嚴(yán)格控制， 使助焊劑能夠較好地發(fā)揮活性作用， 提高無鉛釬料的潤濕能力?；谝陨先c(diǎn)， 無鉛釬料用免清洗助焊劑也必須重新研制， 需要適當(dāng)提高免清洗助焊劑的活性和活化溫度， 以適應(yīng)無鉛釬料合金潤濕性差、焊接溫度高的特性； 并且要求焊后殘留物少、腐蝕性小， 以保證產(chǎn)品的可靠性. 另外， 現(xiàn)有的波峰焊機(jī)需要用新的助焊劑噴霧裝置進(jìn)行升級(jí)， 以適用于無VOC 環(huán)保免清洗助焊劑的加工處理. 使用超聲或者噴嘴類型的助焊劑噴霧設(shè)備效果最好， 因?yàn)楹竸┑囊旱纬叽缈梢钥刂疲?而且在整個(gè)PCB 板上可以均勻涂布。采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的， 免清洗助焊劑的性能將更為優(yōu)越地體現(xiàn)出來. 氮?dú)猸h(huán)境中焊接可以顯著降低無鉛釬料的潤濕角， 提高釬料的潤濕能力， 增加可焊性。同時(shí)， 可以大大降低高溫下無鉛釬料的氧化，保證焊接過程的穩(wěn)定性。

對(duì)于可靠性要求較高的一些高端電子產(chǎn)品， 如艦艇、軍用飛機(jī)等軍用電子產(chǎn)品， 可以采用水溶性助焊劑焊接。但同時(shí)需配備清洗后的廢水處理系統(tǒng)， 注意環(huán)境保護(hù)問題。該類助焊劑成分中含有水或者焊后殘余物可溶于水， 因此， 焊后可以用水洗凈焊劑殘留物， 能夠保證電子產(chǎn)品的高可靠性。從環(huán)保要求和無鉛釬料相對(duì)較低的潤濕性兩個(gè)方面考慮， 無鉛波峰焊可以采用無VOC 免清洗助焊劑和水溶性助焊劑。同無鉛釬料一樣， 無VOC 免清洗助焊劑和水溶性助焊劑的使用也將成為一種趨勢(shì)。