釬焊焊接材料-助焊劑基礎(chǔ)知識(shí)

1、助焊劑助焊劑的作用 助焊劑應(yīng)具備的性能助焊劑的種類免清洗技術(shù)助焊劑殘?jiān)a(chǎn)生的不良影響與對(duì)策助焊劑噴涂方式和工藝因素助焊劑(flux ):在焊接工藝中能幫助和促進(jìn)焊接過程，同 時(shí)具有保護(hù)作用、阻止氧化反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。助焊劑可分為固體、液體和氣體。助焊劑的作用主要有 輔助熱傳導(dǎo)”、去除氧化物”、降低被焊接材質(zhì)表面 張力”、去除被焊接材質(zhì)表面油污、增大焊接面積”、防止再氧化等幾個(gè)方面，在這幾個(gè)方面中比較關(guān)鍵的作用有兩個(gè)就是：去除氧化物”與降低被焊接材質(zhì)表面張力”。助焊劑中的主要起作用成 分是松香，松香在 280攝氏度左右會(huì)分解，因此錫爐溫度不要太 高.助焊劑是一種促進(jìn)焊接的化學(xué)物質(zhì)。在錫焊中，它是一

2、種不 可缺少的輔助材料，其作用極為重要。(1) 溶解被焊母材表面的氧化膜在大氣中，被焊母材表面總是被氧化膜覆蓋著，其厚度大約 為2X10-92XlO-8m。在焊接時(shí)，氧化膜必然會(huì)阻止焊料對(duì)母材的潤(rùn)濕， 焊接就不能正常進(jìn)行， 因此必須在母材表面涂敷助焊劑， 使母材表面的氧化物還原，從而達(dá)到消除氧化膜的目的。（2）防止被焊母材的再氧化母材在焊接過程中需要加熱，高溫時(shí)金屬表面會(huì)加速氧化， 因此液態(tài)助焊劑覆蓋在母材和焊料的表面可防止它們氧化。（3）降低熔融焊料的表面張力熔融焊料表面具有一定的張力，就像雨水落在荷葉上，由于 液體的表面張力會(huì)立即聚結(jié)成圓珠狀的水滴。熔融焊料的表面張 力會(huì)阻止其向母材表面漫

3、流，影響潤(rùn)濕的正常進(jìn)行。當(dāng)助焊劑覆 蓋在熔融焊料的表面時(shí)，可降低液態(tài)焊料的表面張力，使?jié)櫇裥?能明顯得到提高。助焊劑應(yīng)具備的性能（ 1 ）助焊劑應(yīng)有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶?。在焊料熔化前開始起 作用，在施焊過程中較好地發(fā)揮清除氧化膜、降低液態(tài)焊料表面 張力的作用。焊劑的熔點(diǎn)應(yīng)低于焊料的熔點(diǎn)，但不易相差過大。（ 2）助焊劑應(yīng)有良好的熱穩(wěn)定性，一般熱穩(wěn)定溫度不小于100 C。（ 3）助焊劑的密度應(yīng)小于液態(tài)焊料的密度，這樣助焊劑才能 均勻地在被焊金屬表面鋪展，呈薄膜狀覆蓋在焊料和被焊金屬表 面，有效地隔絕空氣，促進(jìn)焊料對(duì)母材的潤(rùn)濕。（4）助焊劑的殘留物不應(yīng)有腐蝕性且容易清洗；不應(yīng)析出有 毒、有害氣體； 要

4、有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和絕緣電阻； 不吸潮，不產(chǎn)生霉菌；化學(xué)性能穩(wěn)定，易于貯藏。助焊劑的種類 助焊劑的種類繁多，一般可分為無(wú)機(jī)系列、有機(jī)系列和樹脂 系列。（1）無(wú)機(jī)系列助焊劑 無(wú)機(jī)系列助焊劑的化學(xué)作用強(qiáng)，助焊性能非常好，但腐蝕作 用大，屬于酸性焊劑。因?yàn)樗芙庥谒?，故又稱為水溶性助焊劑， 它包括無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽2類。含有無(wú)機(jī)酸的助焊劑的主要成分是鹽酸、氫氟酸等，含有無(wú) 機(jī)鹽的助焊劑的主要成分是氯化鋅、氯化銨等，它們使用后必須 立即進(jìn)行非常嚴(yán)格的清洗，因?yàn)槿魏螝埩粼诒缓讣系柠u化物都 會(huì)引起嚴(yán)重的腐蝕。這種助焊劑通常只用于非電子產(chǎn)品的焊接， 在電子設(shè)備的裝聯(lián)中嚴(yán)禁使用這類無(wú)機(jī)系列的助焊劑。

5、（2）有機(jī)系列助焊劑（ OA ） 有機(jī)系列助焊劑的助焊作用介于無(wú)機(jī)系列助焊劑和樹脂系列 助焊劑之間，它也屬于酸性、水溶性焊劑。含有有機(jī)酸的水溶性 焊劑以乳酸、檸檬酸為基礎(chǔ)，由于它的焊接殘留物可以在被焊物 上保留一段時(shí)間而無(wú)嚴(yán)重腐蝕， 因此可以用在電子設(shè)備的裝聯(lián)中， 但一般不用在 SMT 的焊膏中， 因?yàn)樗鼪]有松香焊劑的粘稠性 防止貼片元器件移動(dòng)的作用）。（3）樹脂系列助焊劑在電子產(chǎn)品的焊接中使用比例最大的是松香樹脂型助焊劑。 由于它只能溶解于有機(jī)溶劑，故又稱為有機(jī)溶劑助焊劑，其主要 成分是松香。松香在固態(tài)時(shí)呈非活性，只有液態(tài)時(shí)才呈活性，其 熔點(diǎn)為127 C活性可以持續(xù)到 315 C。錫焊的最佳

6、溫度為 2402 50 C,所以正處于松香的活性溫度范圍內(nèi)，且它的焊接殘留物不 存在腐蝕問題，這些特性使松香為非腐蝕性焊劑而被廣泛應(yīng)用于 電子設(shè)備的焊接中。為了不同的應(yīng)用需要，松香助焊劑有液態(tài)、糊狀和固態(tài)3種 形態(tài)。固態(tài)的助焊劑適用于烙鐵焊，液態(tài)和糊狀的助焊劑分別適 用于波峰焊和再流焊。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，松香為單體時(shí)，化學(xué)活性較弱，對(duì)促進(jìn) 焊料的潤(rùn)濕往往不夠充分，因此需要添加少量的活性劑，用以提 高它的活性。松香系列焊劑根據(jù)有無(wú)添加活性劑和化學(xué)活性的強(qiáng) 弱，被分為非活性化松香、弱活性化松香、活性化松香和超活性 化松香4種，美國(guó) MIL標(biāo)準(zhǔn)中分別稱為 R、RMA、RA、RSA , 而日本 JIS

7、 標(biāo)準(zhǔn)則根據(jù)助焊劑的含氯量劃分為AA（ 0. 1 wt% 以下）、A（0.1 0.5wt% ）、 B（0.51.0wt% ）3 種等級(jí)。 非活性化松香（R）:它是由純松香溶解在合適的溶劑（如 異丙醇、乙醇等）中組成，其中沒有活性劑，消除氧化膜的能力 有限，所以要求被焊件具有非常好的可焊性。通常應(yīng)用在一些使用中絕對(duì)不允許有腐蝕危險(xiǎn)存在的電路中，如植入心臟的起搏器 弱活性化松香（RMA ）:這類助焊劑中添加的活性劑有乳 酸、檸檬酸、硬脂酸等有機(jī)酸以及鹽基性有機(jī)化合物。添加這些 弱活性劑后，能夠促進(jìn)潤(rùn)濕的進(jìn)行，但母材上的殘留物仍然不具 有腐蝕性，除了具有高可靠性的航空、航天產(chǎn)品或細(xì)間距的表面 安裝產(chǎn)

8、品需要清洗外，一般民用消費(fèi)類產(chǎn)品（如收錄機(jī)、電視機(jī) 等）均不需設(shè)立清洗工序。在采用弱活性化松香時(shí)，對(duì)被焊件的 可焊性也有嚴(yán)格的要求。 活性化松香（RA）及超活性化松香（RSA ）:在活性化松 香助焊劑中，添加的強(qiáng)活性劑有鹽酸苯胺、鹽酸聯(lián)氨等鹽基性有 機(jī)化合物，這種助焊劑的活性是明顯提高了，但焊接后殘留物中 氯離子的腐蝕變成不可忽視的問題，所以，在電子產(chǎn)品的裝聯(lián)中 一般很少應(yīng)用。隨著活性劑的改進(jìn)，已開發(fā)了在焊接溫度下能將 殘?jiān)纸鉃榉歉g性物質(zhì)的活性劑，這些大多數(shù)是有機(jī)化化合物 的衍生物。免清洗技術(shù)1.免清洗的概念（ 1 ）什么是免清洗 免清洗是指在電子裝聯(lián)生產(chǎn)中采用低固態(tài)含量、無(wú)腐蝕性的 助焊

9、劑，在惰性氣體環(huán)境下焊接，焊后電路板上的殘留物極微、 無(wú)腐蝕，且具有極高的表面絕緣電阻（SIR ） ，一般情況下不需要清洗既能達(dá)到離子潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)（美軍標(biāo)MIL-P-228809 離子污染等級(jí)劃分為：一級(jí) < 1.5ugNaCI/cm2無(wú)污染；二級(jí) < 1.5- 5.0 ugNACI/cm2 質(zhì)量高；三級(jí)< 5.A 10.0ugNaCI/cm2 符合要求；四 級(jí)10.0ugNaCI/cm2 不干凈），可直接進(jìn)入下道工序的工藝技 術(shù)。必須指出的是 免清洗”與 不清洗”是絕對(duì)不同的2個(gè)概念， 所 謂“不清洗 ”是指在電子裝聯(lián)生產(chǎn)中采用傳統(tǒng)的松香助焊劑（ RMA ）或有機(jī)酸助焊劑，

10、焊接后雖然板面留有一定的殘留物，但不用清 洗也能滿足某些產(chǎn)品的質(zhì)量要求，如家用電子產(chǎn)品、專業(yè)聲視設(shè) 備、低成本辦公設(shè)備等產(chǎn)品，它們生產(chǎn)時(shí)通常是 “不清洗 ”的，但 絕對(duì)不是 “免清洗 ”。（2）免清洗的優(yōu)越性 提高經(jīng)濟(jì)效益：實(shí)現(xiàn)免清洗后，最直接的就是不必進(jìn)行清 洗工作，因此可以大量節(jié)約清洗人工、設(shè)備、場(chǎng)地、材料（水、 溶劑）和能源的消耗，同時(shí)由于工藝流程的縮短，節(jié)約了工時(shí)提 高了生產(chǎn)效率。 提高產(chǎn)品質(zhì)量：由于免清洗技術(shù)的實(shí)施，要求嚴(yán)格控制材 料的質(zhì)量，如助焊劑的腐蝕性能（不允許含有鹵化物）、元器件 和印制電路板的可焊性等；在裝聯(lián)過程中，需要采用一些先進(jìn)的 工藝手段，如噴霧法涂敷助焊劑、在惰性氣

11、體保護(hù)下焊接等。實(shí) 施免清洗工藝，可避免清洗應(yīng)力對(duì)焊接組件的損傷，因此免清洗 對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量是極為有利的。 有利于環(huán)境保護(hù)：采用免清洗技術(shù)后，可停止使用ODS物質(zhì)，也大幅度地減少了揮發(fā)性有機(jī)物（ VOC ）的使用，從而對(duì) 保護(hù)臭氧層具有積極作用。2 .免清洗材料的要求（1）免清洗助焊劑要使焊接后的 PCB 板面不用清洗就能達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量水平， 助焊劑的選擇是一個(gè)關(guān)鍵，通常對(duì)免清洗助焊劑有下列要求： 低固態(tài)含量： 2% 以下傳統(tǒng)的助焊劑有較高的固態(tài)含量（2040% ）、中等的固態(tài)含量（1015% ）和較低的固態(tài)含量（510% ），用這些助焊 劑焊接后的 PCB 板面留有或多或少的殘留物， 而免清

12、洗助焊劑的 固態(tài)含量要求低于 2%，而且不能含有松香，因此焊后板面基本 無(wú)殘留物。 無(wú)腐蝕性：不含鹵素、表面絕緣電阻1.0 X 1011Q傳統(tǒng)的助焊劑因?yàn)橛休^高的固態(tài)含量，焊接后可將部分有害 物質(zhì) “包裹起來(lái) ”，隔絕與空氣的接觸，形成絕緣保護(hù)層。而免清 洗助焊劑，由于極低的固態(tài)含量不能形成絕緣保護(hù)層，若有少量 的有害成分殘留在板面上， 就會(huì)導(dǎo)致腐蝕和漏電等嚴(yán)重不良后果。 因此，免清洗助焊劑中不允許含有鹵素成分。對(duì)助焊劑的腐蝕性通常采用下列幾種方法進(jìn)行測(cè)試：a. 銅鏡腐蝕測(cè)試：測(cè)試助焊劑（焊膏）的短期腐蝕性b. 鉻酸銀試紙測(cè)試：測(cè)試焊劑中鹵化物的含量c. 表面絕緣電阻測(cè)試：測(cè)試焊后PCB的表面

13、絕緣電阻，以確定焊劑（焊膏）的長(zhǎng)期電學(xué)性能的可靠性d. 腐蝕性測(cè)試：測(cè)試焊后在 PCB表面殘留物的腐蝕性e. 電遷移測(cè)試：測(cè)試焊后 PCB表面導(dǎo)體間距減小的程度 可焊性：擴(kuò)展率 > 80%可焊性與腐蝕性是相互矛盾的一對(duì)指標(biāo)，為了使助焊劑具有 一定的消除氧化物的能力，并且在預(yù)熱和焊接的整個(gè)過程中均能 保持一定程度的活性，就必須包含某種酸。在免清洗助焊劑中用 得最多的是非水溶性醋酸系列，配方中可能還有胺、氨和合成樹 脂，不同的配方會(huì)影響其活性和可靠性。不同的企業(yè)有不同的要 求和內(nèi)部控制指標(biāo)，但必須符合焊接質(zhì)量高和無(wú)腐蝕性的使用要 求。助焊劑的活性通常是用 pH 值來(lái)衡量的， 免清洗助焊劑的

14、pH 值應(yīng)控制在產(chǎn)品規(guī)定的技術(shù)條件范圍內(nèi)（各生產(chǎn)廠家的pH 值略有不同）。 符合環(huán)保要求：無(wú)毒，無(wú)強(qiáng)烈刺激性氣味，基本不污染環(huán)境，操作安全。（2）免清洗印制電路板和元器件在實(shí)施免清洗焊接工藝中，制電路板及元器件的可焊性和清 潔度是需要重點(diǎn)控制的方面。為確?？珊感?，在要求供應(yīng)商保證 可焊性的前提下，生產(chǎn)廠應(yīng)將其存放在恒溫干燥的環(huán)境中，并嚴(yán) 格控制在有效的儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)使用。為確保清潔度，生產(chǎn)過程中要 嚴(yán)格地控制環(huán)境和操作規(guī)范，避免人為的污染，如手跡、汗跡、 油脂、灰塵等。3 .免清洗焊接工藝 在采用免清洗助焊劑后，雖然焊接工藝過程不變，但實(shí)施 的方法和有關(guān)的工藝參數(shù)必須適應(yīng)免清洗技術(shù)的特定要求，主要

15、 內(nèi)容如下：（1）助焊劑的涂敷 為了獲得良好的免清洗效果，助焊劑涂敷過程必須嚴(yán)格控制 2個(gè)參數(shù)，即助焊劑的固態(tài)含量和涂敷量。通常，助焊劑的涂敷方式有發(fā)泡法、波峰法和噴霧法3種。 在免清洗工藝中， 不宜采用發(fā)泡法和波峰法， 其原因是多方面的， 第一，發(fā)泡法和波峰法的助焊劑是放置在敞開的容器內(nèi)，由于免 清洗助焊劑的溶劑含量很高，特別容易揮發(fā)，從而導(dǎo)致固態(tài)含量 的升高，因此，在生產(chǎn)過程中用比重法來(lái)控制助焊劑的成分保持 不變是有困難的， 且溶劑的大量揮發(fā)也造成了污染和浪費(fèi)； 第二， 由于免清洗助焊劑的固體含量極低，不利于發(fā)泡；第三，涂敷時(shí) 不能控制助焊劑的涂敷量，涂敷也不均勻，往往有過量的助焊劑 殘留

16、在板的邊緣。因此，采用這2種方式不能得到理想的免清洗 效果。噴霧法是最新的一種焊劑涂敷方式，最適用于免清洗助焊劑 的涂敷。因?yàn)橹竸┍环胖迷谝粋€(gè)密封的加壓容器內(nèi)，通過噴口 噴射出霧狀助焊劑涂敷在 PCB 的表面， 噴射器的噴射量、 霧化程 度和噴射寬度均可調(diào)節(jié)，所以能夠精確地控制涂敷的焊劑量。由 于涂敷的焊劑是霧狀薄層，因此板面的焊劑非常均勻，可確保焊 接后的板面符合免清洗要求。同時(shí)，由于助焊劑完全密封在容器 內(nèi)，不必考慮溶劑的揮發(fā)和吸收大氣中的水分，這樣可保持焊劑 比重（或有效成分）不變，一次加入至用完之前無(wú)需更換，較發(fā) 泡法和波峰法可減少焊劑的稀釋劑用量 60% 以上。因此，噴霧涂 敷方式

17、是免清洗工藝中首選的一種涂敷工藝。在采用噴霧涂敷工藝時(shí)必須注意一點(diǎn)，由于助焊劑中含有較 多的易燃性溶劑， 噴霧時(shí)散發(fā)的溶劑蒸氣存在一定的爆燃危險(xiǎn)性， 因此設(shè)備需要具有良好的排風(fēng)設(shè)施和必要的滅火器具。（2）預(yù)熱 涂敷助焊劑后，焊接件進(jìn)入預(yù)熱工序，通過預(yù)熱揮發(fā)掉助焊 劑中的溶劑部分，增強(qiáng)助焊劑的活性。在采用免清洗助焊劑后， 預(yù)熱溫度應(yīng)控制在什么范圍最為適當(dāng)呢？實(shí)踐證明，采用免清洗助焊劑后，若仍按傳統(tǒng)的預(yù)熱溫度（ 9 0±10 C）來(lái)控制，貝y有可能產(chǎn)生不良的后果。其主要原因是：免 清洗助焊劑是一種低固態(tài)含量、無(wú)鹵素的助焊劑，其活性一般較 弱，而且它的活性劑在低溫下幾乎不能起到消除金屬氧化

18、物的作 用，隨著預(yù)熱溫度的升高，助焊劑逐漸開始激活，當(dāng)溫度達(dá)到100 c時(shí)活性物質(zhì)才被釋放出來(lái)與金屬氧化物迅速反映。另外，免 清洗助焊劑的溶劑含量相當(dāng)高（約 97% ），若預(yù)熱溫度不足，溶 劑就不能充分揮發(fā)，當(dāng)焊件進(jìn)入錫槽后，由于溶劑的急劇揮發(fā)，會(huì)使得熔融焊料飛濺而形成焊料球或焊接點(diǎn)實(shí)際溫度下降而產(chǎn)生不良焊點(diǎn)。因此，免清洗工藝中控制好預(yù)熱溫度是又一重要的環(huán) 節(jié)，通常要求控制在傳統(tǒng)要求的上限（100 C）或更高（按供應(yīng)商指導(dǎo)溫度曲線）且應(yīng)有足夠的預(yù)熱時(shí)間供溶劑充分揮發(fā)。（ 3 ）焊接 由于嚴(yán)格限制了助焊劑的固態(tài)含量和腐蝕性，其助焊性能必 然受到限制。要獲得良好的焊接質(zhì)量，還必須對(duì)焊接設(shè)備提出新 的要求 具有惰性氣體保護(hù)功能。除了采取上述措施外，免清 洗工藝還要求更嚴(yán)格地控制焊接過程的各項(xiàng)工藝參數(shù)，主要包括 焊接溫度、焊接時(shí)間、 PCB 壓錫深度和 PCB 傳送角度等。應(yīng)根 據(jù)使用不同類型的免清洗助焊劑，調(diào)整好波峰焊設(shè)備的各項(xiàng)工藝 參數(shù)，才能獲得滿意的免清洗焊接效果。 助焊劑殘?jiān)a(chǎn)生的不良影響與對(duì)策助焊劑殘?jiān)鼤?huì)造成的問題 ： 對(duì)基板有一定的腐蝕性 降低電導(dǎo)性 ,產(chǎn)生遷移或短路 非導(dǎo)電性的固形物如侵入元件接觸部會(huì)引起接合不良 樹脂殘留過多 , 粘連灰塵及雜物影響產(chǎn)品的使用可靠性對(duì)策 ：選用合適的助焊劑 ,其活化劑活性適中 使用焊后可形成保護(hù)膜的助焊劑使用焊后無(wú)樹脂殘留的助