什麽(me)是助焊劑？

    助焊(hàn)劑是一種促進焊接的化學物質。在錫焊中，它是一種不可缺(quē)少的輔助材料，其作用極爲重要。
　　１．助焊劑(jì)的作用
　　（1）溶(róng)解被焊母材表面的氧化膜
　　在大氣中，被焊母材表面總(zǒng)是被氧化膜覆(fù)蓋着，其厚度大約爲2×10-9～2×10-8m。在焊接(jiē)時，氧化膜必然會阻止焊料對母材的潤濕，焊接就不能正常進(jìn)行，因此必須在母材(cái)表面塗敷(fū)助焊劑，使母材表面的氧化物還原，從(cóng)而達到消除氧化膜的(de)目的。
　　（2）防止被焊母材的再氧化
　　母材在焊接過程中(zhōng)需要(yào)加熱，高溫時金屬表面會加速氧化，因此液(yè)态助焊劑覆蓋在母材和(hé)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(miàn)具有一定的張(zhāng)力，就像雨水落在荷(hé)葉上，由于(yú)液體的(de)表面張力會立即聚結成圓珠狀的水滴。熔融焊料的表面(miàn)張力會阻止(zhǐ)其向母材表面漫流，影響潤濕的正(zhèng)常進行。當助焊劑(jì)覆蓋在熔融焊料(liào)的表面時，可降低液态(tài)焊料的表面(miàn)張力，使潤濕性能明顯得到提高。
　　２．助焊劑應具備的性能
　　（1）助(zhù)焊劑應有(yǒu)适當的活性溫(wēn)度範圍。在焊料熔化前開始起作用，在施焊過程中較好地(dì)發揮清(qīng)除氧化膜、降低液态焊料表面張力(lì)的作(zuò)用。焊劑的熔點應低(dī)于焊料的熔點(diǎn)，但不易相差過大。
　　（2）助焊劑應有良好的熱(rè)穩定性，一般熱穩定溫度(dù)不小于100℃。
　　（3）助焊劑的密度應小于液态焊料的密度，這樣助焊劑才能均勻地在被焊(hàn)金屬表面鋪展，呈薄(báo)膜狀覆蓋在焊料和被焊金屬表面，有效地隔絕空(kōng)氣，促進焊料對母材的潤濕。
　　（4）助焊劑的殘留物不應有腐蝕性且容易清洗；不應析出有毒、有害氣體；要有符合電子工(gōng)業規定的水溶性電阻和絕緣(yuán)電阻；不(bú)吸潮，不(bú)産生黴菌；化學(xué)性能穩定，易于貯藏。
　　１．助焊劑的種類　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　助焊劑的(de)種類繁多，一般可分爲無機系列、有機系列和樹脂系列。
  （1）無機系列助(zhù)焊劑
　　無機系列助焊劑(jì)的化學作用強，助焊性(xìng)能非常好(hǎo)，但腐蝕作用(yòng)大，屬于酸性焊劑。因爲它溶解(jiě)于水(shuǐ)，故又稱爲(wèi)水溶性助焊劑，它包括(kuò)無機酸和無機鹽２類。
　　含有無機酸的助焊劑的主要成分是鹽酸、氫氟(fú)酸等，含有無機鹽的助焊劑的主要成分(fèn)是氯化鋅、氯化铵等(děng)，它們使用後必須立(lì)即進行非(fēi)常嚴格的清洗，因爲任(rèn)何殘留在被焊件上的鹵化(huà)物都會引起嚴重的腐蝕。這種助焊(hàn)劑通常隻用于非電子産品(pǐn)的焊接，在電子設備的裝聯中嚴禁使用這類無機系(xì)列的助焊劑。
　　（2）有(yǒu)機系列助(zhù)焊劑(jì)（OA）
　　有機系列助焊劑的(de)助(zhù)焊作(zuò)用介于無機系列助焊劑和樹脂系列助焊(hàn)劑之間，它也(yě)屬于酸性、水溶性焊劑。含有有機(jī)酸的水溶性焊劑以(yǐ)乳酸、檸檬酸爲基(jī)礎，由于它的焊接殘留物可以在被焊物上保留一段時間而無(wú)嚴重腐蝕，因此可(kě)以用在電子設(shè)備的裝(zhuāng)聯中，但一般不用在SMT的焊膏中(zhōng)，因爲它沒有松香焊劑的粘稠性（起防(fáng)止貼片(piàn)元器(qì)件移動的(de)作用）。
　　（3）樹脂系列助焊劑
　　在電子産品(pǐn)的焊接中(zhōng)使用比(bǐ)例最大的是松香樹脂型助焊劑。由于(yú)它隻(zhī)能溶(róng)解于有機溶劑，故又稱爲有機溶劑助焊劑，其主要(yào)成分是松香。松香在固态時(shí)呈非活性，隻有液态時才呈活性，其熔點爲127℃活性可以持續到315℃。錫焊的最佳溫度爲240～250℃，所以正處于(yú)松香的活性溫度範圍内，且(qiě)它的焊接殘(cán)留物(wù)不存在腐蝕(shí)問(wèn)題，這些特性使松香爲非腐蝕性焊劑而被廣泛應用于電子(zǐ)設備的焊接中。
　　爲了不同的應用需(xū)要(yào)，松香助焊劑有液态、糊(hú)狀(zhuàng)和固态３種形态。固态的助焊(hàn)劑适用于(yú)烙鐵焊，液态和糊狀(zhuàng)的助焊劑分别(bié)适用于波峰焊和再流焊。
在實際使用中發現，松香(xiāng)爲單體時，化學活性較弱，對促進焊(hàn)料的潤濕往往不夠(gòu)充分，因此需要添加少量的活(huó)性劑，用以(yǐ)提高它的活性。松香(xiāng)系列焊(hàn)劑(jì)根據有無添加活性(xìng)劑和化學活性的強弱，被分爲(wèi)非活性化松香、弱活性化松香、活(huó)性化(huà)松香和超活性化(huà)松香(xiāng)４種，美國MIL标準中分别稱爲R、RMA、RA、RSA，而日本JIS标準則根據助焊劑的含氯量劃分爲AA（0.1wt%以下）、A（0.1～0.5wt%）、B（0.5～1.0wt%）3種等級。
　　①非活性(xìng)化松香（R）：它(tā)是由純松香溶解在合适的溶劑（如(rú)異丙醇、乙醇等）中組成(chéng)，其中沒(méi)有活性劑，消除(chú)氧化膜的能力有限(xiàn)，所以要求被焊件具(jù)有非常好的可焊性。通常應用在一些使用中絕對不允許有腐蝕危險存在的電路中，如植(zhí)入心髒的起搏器等(děng)。
　　②弱活性化(huà)松香（RMA）：這類助焊劑中添(tiān)加的活性劑有乳(rǔ)酸、檸(níng)檬酸、硬脂酸(suān)等(děng)有機酸以及鹽基性有機化合物。添加這(zhè)些弱活性劑後，能夠促進潤濕的進行，但母材上的(de)殘留物仍然不具有腐蝕性，除了具有高可靠性的航空、航天(tiān)産品或細(xì)間距(jù)的表面安裝産(chǎn)品需(xū)要清洗外，一般民用消(xiāo)費類産品（如收錄機、電(diàn)視機等）均不需設立清洗工序(xù)。在采用弱活性化松香時，對被焊件(jiàn)的可焊性也有嚴格的要(yào)求。
　　③活性化松香（RA）及超(chāo)活(huó)性化松香（RSA）：在活性化松(sōng)香助焊劑中，添加的強活性劑有鹽酸苯胺、鹽(yán)酸聯氨等鹽基性有機化合物(wù)，這種助焊劑的活性是明顯提(tí)高了，但焊接後殘留物中氯離子的腐蝕變成(chéng)不可忽視的問題，所以，在電子産品的裝聯中(zhōng)一般很少應用。随着活性劑的改進，已開發了在焊(hàn)接(jiē)溫度(dù)下能将殘渣分解爲非腐蝕(shí)性物質的活(huó)性劑，這些大多數是有(yǒu)機化化合物的衍生(shēng)物。
   〖 免 清 洗 技 術 〗
　　１．免清洗的(de)概念
　　（1）什麽是免(miǎn)清洗
　　免清洗是指在電子裝聯生産中采用低固态含量、無腐蝕(shí)性的助焊劑，在惰性氣體環境下焊(hàn)接，焊後電路闆上(shàng)的殘留物極微、無腐蝕，且具有極高的表面絕緣電阻（SIR），一般情況下(xià)不需(xū)要清洗既能達到(dào)離子潔淨度的标準（美軍标(biāo)MIL-P-228809離子污染等級劃分爲：一(yī)級≤1.5ugNaCl/cm2無(wú)污染；二級(jí)≤1.5～5.0ugNACl/cm2質量高(gāo)；三級≤5.0～10.0ugNaCl/cm2符合要(yào)求；四級＞10.0ugNaCl/cm2不幹淨），可直接進入下道工序的工藝技術。
　　必須(xū)指出的是“免清(qīng)洗”與“不清洗”是絕對不同的２個概念，所謂“不清洗”是指(zhǐ)在電子裝聯生産中采用傳統的松(sōng)香助焊劑（RMA）或有機酸助焊劑，焊接後雖然闆面留有一定的殘留物，但不用(yòng)清洗(xǐ)也能滿足某些(xiē)産品的質(zhì)量要求，如家用電子産品、專業聲視設備、低成本辦公設備等産品，它們生(shēng)産時通常是“不清洗”的，但絕對不是“免(miǎn)清洗”。
　　（2）免清洗的(de)優越性
　　①提(tí)高經濟效益：實(shí)現免清洗後，最直接的就(jiù)是不必進行清洗工作，因此可以(yǐ)大(dà)量節約清洗(xǐ)人工、設備(bèi)、場(chǎng)地、材料（水、溶劑）和能源的消耗，同時由于工藝流程的縮短，節約(yuē)了(le)工時提高了(le)生産效率。
　　②提高産品質(zhì)量：由于免清洗技術的實施，要求嚴格控制材料的質量，如助焊劑(jì)的腐(fǔ)蝕性能（不允許含有鹵化物）、元器件和印制(zhì)電(diàn)路闆的可焊性等；在裝聯過程中，需要采用一些先(xiān)進的工藝(yì)手段，如噴霧法塗(tú)敷助焊劑、在惰性(xìng)氣體保護下焊(hàn)接等。實施免清洗工藝，可避免清(qīng)洗應力對焊接組件的損傷，因此免清洗對提高産品質(zhì)量(liàng)是極爲有利的。
　　③有利于環境保護：采用免清洗技術後，可停止使用ODS物質(zhì)，也大幅度地減少了揮發性有機(jī)物（VOC）的使用，從而對保護臭氧層具(jù)有積(jī)極作用。
　　２．免清洗材料的要求
　　（1）免清洗(xǐ)助焊劑
　　要使焊接後的PCB闆面不用清洗就能達到規定的質量水平，助焊劑的選擇是一個關鍵，通常對免清洗助焊劑有下列要(yào)求：
　　①低固态含量：2%以下
　　傳統的助焊劑有較高的固态含量（20～40%）、中等的固态含量（10～15%）和較低的固(gù)态含(hán)量（5～10%），用這些助焊劑焊(hàn)接後的PCB闆(pǎn)面留有(yǒu)或多或少的殘留物，而(ér)免清(qīng)洗助焊劑的固态(tài)含量要(yào)求低于2%，而(ér)且不能含有松香，因此焊後闆面基本無殘留物。
②無(wú)腐蝕性：不含鹵素、表面絕緣電(diàn)阻＞1.0×1011Ω
　　傳統的(de)助焊劑因爲有較高的固态含量，焊接後可将部分(fèn)有害物質“包裹起來(lái)”，隔絕與(yǔ)空氣的接觸，形成(chéng)絕緣保護層。而免清洗助(zhù)焊劑，由于極低的固(gù)态含量不能形成絕(jué)緣保護層，若有少量的有害成(chéng)分殘留在闆面上(shàng)，就會導(dǎo)緻腐(fǔ)蝕和漏電(diàn)等嚴重不(bú)良後果。因此，免清洗助焊劑中(zhōng)不允許含(hán)有鹵素成(chéng)分。
　　對助焊(hàn)劑的腐蝕性通常采(cǎi)用下列幾種方法進行測試：
a．銅(tóng)鏡腐蝕測試：測(cè)試助焊劑（焊膏(gāo)）的短期腐蝕性
　　b．鉻酸銀試紙測試：測試焊(hàn)劑中鹵化物的含量
　　c．表面絕緣電阻測試：測試焊後(hòu)PCB的表面絕緣電阻，以确定焊劑(jì)（焊膏）的長期電學性能的可靠性
　　d．腐蝕性(xìng)測試(shì)：測試焊後在PCB表(biǎo)面殘留物的腐蝕性
　　e．電遷移測試：測(cè)試焊後PCB表面導體間距減小的程(chéng)度
　　③可焊性：擴展率≥80%
　　可焊性與腐(fǔ)蝕性是相互矛盾的一(yī)對指标，爲了使助焊劑具有一定的消除氧化(huà)物的能(néng)力，并且在預熱和焊接的整個過程中均能保持(chí)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(fēi)水溶(róng)性醋酸系(xì)列(liè)，配方中可能還有胺、氨和合成樹脂，不同的配方(fāng)會影(yǐng)響其(qí)活性和可靠性。不同的企業有(yǒu)不同的要求和内部(bù)控制指标，但必(bì)須符合焊接質(zhì)量高和無腐蝕性的使用要求。
　　助焊劑的活性通常(cháng)是(shì)用(yòng)pH值來衡量的，免清洗助焊劑的pH值應控制在産品規定(dìng)的(de)技術條件範圍(wéi)内（各(gè)生産廠家的pH值略有(yǒu)不同）。
　　④符合環保要求：無毒，無強烈刺激性氣味，基本不污染環(huán)境，操作安全。
　　（2）免清洗印制(zhì)電路闆和元器件
　　在實施免清(qīng)洗焊接工藝中，制(zhì)電路闆及元器件(jiàn)的可焊性和清潔(jié)度是需要重(zhòng)點控制的方面。爲确保可焊性，在要求供應商保證可焊性的前提下，生産廠應将其存放在恒溫幹燥的環境中(zhōng)，并嚴格控(kòng)制在有(yǒu)效的儲存時(shí)間内(nèi)使用。爲确保清潔度，生産過程中要(yào)嚴格地控制環境(jìng)和操作規範，避免人爲的污染，如(rú)手迹、汗迹(jì)、油脂、灰塵等。
３．免(miǎn)清洗焊接工藝
　　在采用免清洗(xǐ)助焊劑後，雖然焊接工藝過程不變，但實施(shī)的方法和有關的工藝參數(shù)必須适應免清洗技術的特定要求(qiú)，主要内容如下：
　　（1）助焊劑的塗敷(fū)
　　爲了獲得良好的免清洗效果，助焊(hàn)劑塗(tú)敷過程必須嚴格控(kòng)制２個參數(shù)，即助(zhù)焊劑的固态含量(liàng)和塗敷量。
　　通(tōng)常，助焊劑的塗敷方式有發泡(pào)法、波峰法(fǎ)和噴霧法３種。在免清洗(xǐ)工藝中，不宜(yí)采用發泡法和波峰法，其原因是多方面的，第一，發泡法和波峰法的助(zhù)焊劑是放置在敞開的容器内，由于(yú)免清洗助焊劑的溶劑含量很高，特(tè)别容(róng)易揮發，從而(ér)導(dǎo)緻固态含量(liàng)的升高(gāo)，因此，在生産過程中用比重法來控制助(zhù)焊劑的成分保持不變是有困難的(de)，且溶劑的大量(liàng)揮發也造成了污染和(hé)浪費；第二，由于免清洗助焊劑的固體含量極(jí)低，不利于發(fā)泡；第三，塗敷時不能控制助焊(hàn)劑的(de)塗敷(fū)量，塗敷也不均勻，往往有過量(liàng)的助焊劑殘留在闆的(de)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(wù)法是最新的一種焊劑塗敷方式，最适用于免清洗助焊劑的塗敷。因(yīn)爲助焊劑被放置在一個密封的加壓容器内，通過(guò)噴口噴射(shè)出霧狀助焊劑塗敷在PCB的(de)表面，噴射器的噴射量、霧化程度和噴射寬度均可調節，所以能夠精确地控制塗敷的(de)焊劑量。由于塗敷的焊劑是霧狀薄層(céng)，因此闆面的焊劑非常均勻，可确(què)保焊接後的闆面符合免清洗(xǐ)要求。同時，由于助焊(hàn)劑完全密封在容器(qì)内，不必考慮溶劑的揮發和吸收大氣中的水分，這樣可保持焊(hàn)劑(jì)比重（或有效成分）不變，一次加入至用完之前無需更換，較發泡法和(hé)波(bō)峰法(fǎ)可減少焊劑的稀釋劑用量60%以上。因此，噴(pēn)霧塗敷方式是免清洗工(gōng)藝中首選的一種塗敷工藝。
在采用噴霧(wù)塗敷工藝時必須注意(yì)一點，由于助焊劑中含有較多的(de)易燃性溶(róng)劑，噴霧時散發的溶劑蒸氣存(cún)在一定的爆燃危險性，因此設備需要具(jù)有良好的排風設施(shī)和必要(yào)的滅火器具(jù)。
（2）預熱
　　塗敷助焊劑後，焊接件進入預熱工序，通過預熱揮發掉助焊劑中的溶劑部(bù)分，增強助焊劑的活性。在采用免清洗(xǐ)助焊劑後，預熱溫度應(yīng)控制在什麽範圍最爲适當呢？
　　實踐證明(míng)，采(cǎi)用免清洗助焊劑後，若仍按傳統(tǒng)的預熱溫度（90±10℃）來控制，則有(yǒu)可能産(chǎn)生不良的後(hòu)果。其主要原因是：免清洗助焊(hàn)劑是一種低固(gù)态含量、無鹵素的助焊劑，其活性一般(bān)較弱，而且它的(de)活性(xìng)劑在低溫下幾乎不能起到消除金屬(shǔ)氧化物的作用，随着預熱溫度的升高，助焊劑逐漸開始(shǐ)激活(huó)，當溫度達到100℃時活性物質(zhì)才被釋放出來(lái)與金屬氧化物迅速反映。另外(wài)，免清洗助焊劑的溶劑含量相當高（約97%），若預熱溫(wēn)度(dù)不足，溶劑(jì)就不能充分揮發(fā)，當焊件進入(rù)錫槽後，由于溶劑的急劇揮發(fā)，會使得熔(róng)融焊料飛濺而形成(chéng)焊料球或焊接(jiē)點實際溫度下降而産生不良焊點。因此，免清洗工藝中控制好預熱溫度是又一重要的環節，通常要求控(kòng)制在傳統要求的上限（100℃）或更高（按供應(yīng)商指導溫度曲線）且應(yīng)有足夠的預熱時間(jiān)供(gòng)溶劑充分揮發。
　　（3）焊接
　　由(yóu)于嚴格限制了(le)助焊劑的(de)固态含量和腐蝕性，其助焊性能(néng)必然受到限制。要獲得良好的(de)焊(hàn)接質量，還必須對焊接設備提出新(xīn)的要求——具有惰性氣體保護功能(néng)。除了采取上述措(cuò)施外，免清洗工藝(yì)還(hái)要求更嚴格地控制焊接過程(chéng)的各項工藝參數，主(zhǔ)要包括焊(hàn)接溫度、焊接時間、PCB壓錫深(shēn)度和PCB傳送角度等。應根據使用不同(tóng)類型的免清洗助焊劑，調整好波峰焊設備的各項工藝參數，才能獲得滿意的免清洗焊接效果。

       文章(zhāng)整理：昊瑞電子 /