＊?jiǎng)⑿駯| 穆荻 孫旭東

（大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 遼寧 116622）

1.引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，無鉛焊膏逐漸運(yùn)用在電子元器件、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，是表面組裝回流焊工藝必需的材料，焊膏的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到表面組裝元器件的品質(zhì)，因此受到人們廣泛的重視[1-2]。

活性劑種類很多，但針對(duì)無鉛焊膏助焊劑中活性劑成分的研究鮮見報(bào)道[3-4]。本文選用檸檬酸、蘋果酸、丁二酸、乳酸、硬脂酸等5種活性劑配制SnAgCu焊膏，用回流焊接實(shí)驗(yàn)優(yōu)選性能較好的活性劑種類，并對(duì)活性劑的復(fù)配進(jìn)行了正交試驗(yàn)優(yōu)化研究。

2.實(shí)驗(yàn)

(1)儀器與材料

儀器：KSL-1100X箱式電阻爐、X962AF八段回流焊機(jī)、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、JY-PH型接觸角測定儀等；

材料：Sn-Ag-Cu釬料、TU1無氧紫銅板；

主要試劑：檸檬酸、蘋果酸、丁二酸、乳酸、硬脂酸、己二酸、水楊酸等均為化學(xué)純。

(2)實(shí)驗(yàn)過程

①單一活性劑的優(yōu)選

表1 助焊劑成分組成

將所選的5種活性劑的每一種按表1的成分要求配成助焊劑，再將該助焊劑分別以15:85的質(zhì)量比與Sn-0.3Ag-0.7Cu無鉛焊錫粉配成5種焊膏，在回流焊機(jī)中進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)[5-7]。在此基礎(chǔ)上，用三種表現(xiàn)較好的活性劑，進(jìn)行正交試驗(yàn)從而確定最佳的活性劑比例。

②助焊劑接觸角性能測試

實(shí)驗(yàn)選用TU1無氧紫銅板作為基板。該基板表面光滑，規(guī)格為20mm×20mm×2mm，用砂紙進(jìn)行打磨去除表面氧化膜，分別用丙酮和無水乙醇超聲波清洗5分鐘。選取常用五種有機(jī)酸，按照表1配成助焊劑。實(shí)驗(yàn)在JY-PH型接觸角測定儀上進(jìn)行，用PHS-3C型pH數(shù)字酸度計(jì)測試溶液pH值。

③復(fù)配活性劑的優(yōu)選

根據(jù)單一活性劑的接觸角測試，選擇三種性能較好的活性劑，進(jìn)行組合方法，再按照表1配成助焊劑，備用。實(shí)驗(yàn)在JY-PH型接觸角測定儀上進(jìn)行，用PHS-3C型pH數(shù)字酸度計(jì)測試溶液pH值。

3.結(jié)果與分析

(1)助焊劑接觸角對(duì)焊膏助焊性能的影響

圖1 接觸角測量示意圖

液體在固體材料表面上的接觸角，是衡量該液體對(duì)材料表面潤濕性能的重要參數(shù)。由圖1可知：若θ＜90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ＞90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動(dòng)。由θ可以預(yù)測如下幾種潤濕情況：①當(dāng)θ=0，完全潤濕；②當(dāng)θ＜90°，部分潤濕或潤濕；③當(dāng)θ=90°，是潤濕與否的分界線；④當(dāng)θ＞90°，不潤濕；⑤當(dāng)θ=180°，完全不潤濕。

表2為5種活性劑的左切線角測試結(jié)果，由于焊膏需要良好的鋪展率，接觸角θ值越小越好。因此，丁二酸、蘋果酸、硬脂酸的鋪展性能更加良好。

表2 5種活性劑接觸角

(2)復(fù)配活性劑對(duì)焊膏助焊性能的影響

通過組合方法，將三種活性劑，丁二酸、蘋果酸、硬脂酸進(jìn)行組合分配，得到丁二酸、蘋果酸、硬脂酸比例為2:2:6、8:1:1、6:2:2、4:2:4時(shí)接觸角較小。

表3 組合后接觸角

圖2 單一活性劑焊點(diǎn)在銅基板的顯微鏡圖

在回流焊過程中，焊錫球也會(huì)在元件周圍飛濺。在圖2中可以看出，丁二酸、蘋果酸、硬脂酸焊點(diǎn)圓潤飽滿，而檸檬酸出現(xiàn)了很大的空隙，對(duì)銅基板的潤濕性很差，未與基板完全潤濕，乳酸腐蝕銅基板較為嚴(yán)重，焊點(diǎn)周邊出現(xiàn)有色陰影，并且出現(xiàn)發(fā)黑，不光澤，由于相對(duì)于焊點(diǎn)的體積而言，被丁二酸、蘋果酸、硬脂酸三種活性劑包圍的面積相對(duì)較小，焊點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度略有增加，所以將丁二酸、蘋果酸、硬脂酸進(jìn)行組合，形成助焊劑。

圖3 復(fù)配活性劑焊點(diǎn)在銅基板的顯微鏡圖

圖3中的（1）-（12）號(hào)為復(fù)配活性劑的助焊劑焊點(diǎn)，在加熱條件下，焊點(diǎn)失效一般發(fā)生在焊料內(nèi)部，因此對(duì)焊料的微觀結(jié)構(gòu)特征更為敏感，而焊料的微觀結(jié)構(gòu)特征又受到條件的顯著影響。從圖中可以看出來，（7）號(hào)焊點(diǎn)圓潤飽滿，鋪展性能良好，并且沒有腐蝕銅基板斑點(diǎn)，表面光滑，并且也無回縮現(xiàn)象。

圖4 （7）號(hào)焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)SEM圖

從圖4中可以看出，Sn-Ag-Cu釬料與助焊劑混合均勻，助焊劑縮小了釬料分子間的距離，一般來說，由于粒子間的相互作用，如范德華引力，而釬料中的粒子有形成聚集體的趨勢，加入助焊劑后，減緩了團(tuán)聚體的形成，并且加強(qiáng)了焊膏的流變性與鋪展性。

4.結(jié)論

對(duì)所制備的助焊劑進(jìn)行接觸角及pH的測試，篩選出丁二酸、蘋果酸、硬脂酸等活性劑進(jìn)行組合，并且制備助焊劑及焊膏，在回流焊機(jī)中進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，對(duì)焊后進(jìn)行顯微鏡和SEM拍攝，得出丁二酸、蘋果酸、硬脂酸比例為6:2:2，其焊點(diǎn)圓潤飽滿規(guī)整、無回縮現(xiàn)象，活性穩(wěn)定持續(xù)，表面光亮，無團(tuán)聚現(xiàn)象，鋪展性能良好。