助(zhù)焊劑的介紹和案例(lì)分享
上傳時間：2014-5-10 15:50:42 作者：昊瑞電子
金屬同空氣接觸以後，表(biǎo)面就會生成一層氧化膜。溫(wēn)度越高，氧化越厲(lì)害。這層氧化膜會阻止液(yè)态
焊錫對金屬的浸潤作用，好像(xiàng)玻璃粘上油就會使水不能潤濕一(yī)樣。助焊劑就是用于清除氧化膜(mó)，保(bǎo)
證焊錫浸潤的一種化(huà)學劑。 FLUX這個字是來自拉丁文，是“流動(dòng)”的意思
助焊劑的作用：
1.除氧化膜。其實質是助焊劑中的酸類同氧化物發(fā)生還原反應，從而除去氧化膜。反應後的生成物
變成懸浮的渣(zhā)，漂浮在焊料表面。
2.防(fáng)止氧化。液态的(de)焊錫和加熱的焊件(jiàn)金屬都容易與(yǔ)空氣中的氧接觸而氧化。助焊劑溶化後，形成(chéng)
漂(piāo)浮在焊料表面(miàn)的隔離層，防止了焊接(jiē)面的氧化。
3.減小(xiǎo)表面張力。增加焊錫的流動性，有助于焊錫的(de)潤濕。
4.使(shǐ)焊點美觀。
對助焊劑的要求
對助(zhù)焊劑的要求：
1. 熔點應(yīng)低于焊料。
2. 表面張力，粘度，比重小于焊料。
3. 殘渣容易清除(chú)或者不需去除。
4. 不能腐蝕母材
5. 不産(chǎn)生有害氣體和刺激性味道。
助焊劑的最主要的任務(wù)是除去金屬氧化(huà)物。助(zhù)焊劑反應的最通常的類型是酸基(jī)反應。
在
助焊劑(jì)和金屬氧化物之間的反應可由(yóu)下(xià)面簡單的方程式舉例說明
1.
１．酸基反應
助焊劑的組成
1
。成膜劑(jì)
保護(hù)劑覆蓋在焊接部位(wèi)，在焊(hàn)接過程中起防止氧化作(zuò)用(yòng)的物質，焊接完成後，能形成一層
保護膜。常用松香用(yòng)保護劑，也可以添加少量的高分子成膜物質。
2
。活化(huà)劑
焊劑去除氧化物的(de)能力主要依靠有機(jī)酸(suān)對氧化物的(de)溶解作用，這種作用由活化劑完成。活
化(huà)劑一般選用具有一定熱穩定性(xìng)的有機酸。
3
。擴散劑（表面活性劑）
擴散劑可以改善焊劑的流動性和潤濕性，其作用是降低焊劑的表面張力，并引(yǐn)導焊料向四
周(zhōu)擴散，從面形成(chéng)光(guāng)滑的焊(hàn)點，還能促(cù)進毛細管作用而(ér)使助焊劑滲透至鍍穿孔裏
爲了簡單(dān)地顯示出表面張力(lì)對于液态助焊(hàn)劑在綠油(yóu)上擴散(sàn)的影響，各滴一滴(dī)去離子水及
99.9%
異丙醇（
IPA
）至沒有線路
/
零件的綠油上，去離子水的(de)表面張力是
73 dynes/cm
，
而
IPA
則爲
22-23dynes/cm
。
一滴去離子水在
PCB-
球(qiú)形
助焊劑的主要參數
助焊劑的主要批(pī)标：外觀，物理穩定性，比重，固态含量，可焊性，鹵(lǔ)素含量(liàng)，水萃取(qǔ)液電阻率，銅鏡腐蝕性，
表(biǎo)面絕緣電阻，酸值。
1
。外觀：助焊劑外觀首先必須均勻，液态焊劑還需要透明（水基松香助焊劑則(zé)是乳狀的）。
2
。物理穩定性：通常要求(qiú)在一定的(de)溫度環境（一般
5-45
º
C
）下，産品無分層現象。
3
。比重：這是工藝選擇與控制(zhì)參(cān)數。
4
。固(gù)态含量（不揮發物含量）：是焊劑中的非溶劑部分，它與焊接後(hòu)的殘留量(liàng)有一定的對應關系，但并非唯(wéi)一
。
5
。擴(kuò)散
性：指标非常關鍵，它表示助(zhù)焊效果，以擴(kuò)展率來表示，爲了保證(zhèng)良好的焊接，一般控制在
80-92
之間。
6
。鹵素含量：這是以離子氯的含量來表示離子性的氯，溴，碘的總和(hé)。
7
。
水萃(cuì)取液電阻率：該指标反映的是焊劑(jì)中的導電離子的含(hán)量水平，阻值越(yuè)低離子含量越多，随着助焊劑向低
固(gù)
含免清方向發展，因此最新的
ANSI/J-STD-004
标準已經放(fàng)棄該指标。
8
。腐蝕(shí)性：助焊劑由于其可焊性的要求，必然(rán)會給
PCB
或焊點(diǎn)帶(dài)來一定的腐蝕性，爲了衡量腐蝕性的大小，
銅
鏡
腐蝕(shí)測(cè)試是溶液的腐蝕性大(dà)小，銅闆腐(fǔ)蝕測試反(fǎn)映的是焊後殘留物的腐蝕性大小，其環境(jìng)測(cè)試時間爲
10
天。
9
。表面絕緣阻抗：
按
GB
或
JIS-3197
标(biāo)準的要求(qiú)
SIR
值最低不(bú)能小于
10
10
Ω
，而
J-STD-004
則要求
SIR
值(zhí)最低不
能
小
于
10
8
Ω
，由于試驗(yàn)方法不同，這兩個要求的數值間沒有可比性。
10.
酸值(zhí)：
稱取
2-5g
樣品（精确到
0.001g
）于
250ml
錐形瓶中，加入
25ml
異丙(bǐng)醇，滴數滴酚酞指示劑于錐形瓶中，
用
KOH-
乙醇标液(yè)進行(háng)滴定，直至淡(dàn)紫色(sè)終點(diǎn)（保持
15
秒鍾不消(xiāo)失）。
不同配方的助焊(hàn)劑的特性
在配(pèi)方考慮，助焊劑可(kě)用以下這順(shùn)序來(lái)分類：媒介種類，有沒有松香、可(kě)靠性(xìng)。
媒介或溶劑是把助焊劑活性成(chéng)份保持在液态狀(zhuàng)況，它主要是醇類或水。
醇基助(zhù)焊劑的(de)優點是(shì)較容易溶解焊(hàn)劑成份，低(dī)表面張力有助提高濕潤性，容易在(zài)預熱階段蒸發變幹
。但也有易燃及大量容易揮發有機化合物
(VOC)
放出的(de)問題。相反(fǎn)地，水(shuǐ)基焊劑沒有易燃及釋放(fàng)大
量
VOC
的問題，但水的溶(róng)解度較低，高表面(miàn)張力及在預熱過程中較(jiào)難揮發。再(zài)者，焊後殘留較易
吸水，以(yǐ)緻産生可靠性問題。
含有松香
(
或變(biàn)性樹脂
)
它是适(shì)用于醇基及水基(jī)助焊劑。在配(pèi)方中加進松香能決定焊劑殘(cán)留有關電(diàn)
性化學及(jí)外觀兩方面的特質(zhì)。
松(sōng)香可容許助焊劑具有較高(gāo)活(huó)性，因爲它能密封在殘(cán)留中遺留的離子物料如氯、溴化合(hé)物、或未反
應的酸（會(huì)造成可靠性問題的物料）。因松香是一種混合了不同長鏈狀高分子量的酸(suān)性物質，可跟
金屬氧化物作出反應從而作爲達(dá)到焊接溫度(dù)時的(de)活化劑。它是與其它活性物料在助焊劑制造時一起
溶解在媒介溶劑(jì)中。當在焊接過程中(zhōng)加熱時，松香有助熱穏定的功能。當冷卻時，它固(gù)化後會變成
抗濕性的保護層來密封在焊接(jiē)過(guò)程中(zhōng)沒有揮發掉的離子化活性成份。這密封能力使研發者能制造較
高活性(xìng)的焊劑使生産良率提高并維持焊後的可靠性。對于(yú)使用低成本，紙(zhǐ)基闆材（容易吸進助焊劑
）來說(shuō)，松香基助焊劑更适合使用。
松香型助焊劑最大的共同問題是在闆上遺留(liú)焊劑殘(cán)留的物理外觀狀(zhuàng)況，
不良的針測結果可能是由于
在闆上有太多助焊劑殘留的原故。沒有松香的(de)助焊劑産(chǎn)生極少的殘留，可達極佳的外(wài)觀和改善針測
的可測性，但需要在塗附過程中有(yǒu)極佳的制程控制。當焊劑附在的(de)地方不能給予(yǔ)完(wán)全活化，例如過
份噴(pēn)霧至
PWB
闆面的焊盤(pán)上，不足夠被處理的(de)高活殘留會(huì)導緻(zhì)在使用環境中潛有可靠性問題。當
選擇沒(méi)有松香型助焊劑(jì)時，闆(pǎn)材也需要考慮(lǜ)。通常這類焊劑是不建議用于易于滲透的紙基産品上。
助焊劑殘留的電性化學活性決定是否水(shuǐ)洗或免洗。
助焊劑被定爲
“
水洗
”
是較腐(fǔ)蝕的，在焊後必需經清(qīng)洗去除(chú)殘留。很多水洗助焊劑含有鹵素及強力(lì)有
機酸。這些活化劑在室溫中仍是高活性及不能完全在焊接過程中(zhōng)去除。
如果它們在焊後遺留在(zài)闆上
，會(huì)不斷與金屬發生反應，造成電路失效。
助焊劑研發者在免洗焊劑材料的選擇較爲受限制，不像(xiàng)水洗的可選較強(qiáng)，有效的活化成份。水(shuǐ)洗助
焊劑明顯的缺點是增加成本去清洗，并且如清洗得(dé)不完全，可靠性問(wèn)題會産(chǎn)生。
免洗助焊劑減(jiǎn)少制程步(bù)驟而降低成本，其活性則受焊後可靠性要求所限制。它們必(bì)須設計至(zhì)可以在
波(bō)峰焊(hàn)接制程中完全活化，使其殘留變得(dé)符合電氣要求。由于它被設計爲在焊接(jiē)過程中完全活化，
過程太短會不能使殘(cán)留變得低活性(xìng)，但太長則在接觸波烽前耗損太多(duō)活化劑，造成不良焊點。相對
水洗産品，免(miǎn)洗助焊劑需的活性(xìng)不能(néng)太強，所以其制程窗口會變窄。
美國環保局
(EPA)
提供測試
VOC
含量的方法。符合
VOC Free
的标準是産品含
VOC
量少于(yú)
1%
。雖
然(rán)沒有全球統一的(de)低(dī)
VOC
含量标準，一般(bān)認爲是少于
5%
。
助焊劑的選擇
當選波峰焊助焊(hàn)劑時，三方面考慮(lǜ)如下：
i.
組裝的(de)複雜性(xìng)
ii. 最終使用情況
/
可靠性(xìng)
iii.
殘(cán)留物的外觀
如果(guǒ)這些考慮引伸到不同的(de)電子(zǐ)組裝類别，便不難明白最終産(chǎn)品使用的要求是影響生産線(xiàn)制程(chéng)
及用家使用時的要求。生(shēng)産時的焊接過程及測試和可靠性是有一定程度的妥協
The IPC Joint Industry Standards9
試(shì)圖收納入三類組裝。以下
爲這三類的定義：
第一級别
(Class 1) –
通用類電子産品
包括以使用功能爲主要(yào)用途的産品(pǐn)如消費類産品。
第一級别例子：家電消費類電子組裝一般采用酚醛紙闆，組裝時使用貼片膠牢固貼片零件(jiàn)及分布一(yī)
些通孔插件。組裝成本是一大(dà)考慮，但廉價的闆材(cái)及有些助焊劑可能令産品在(zài)使用期導緻嚴(yán)重失
效，特别是使用無松香助焊(hàn)劑。因爲
(
例如
FR-2)
微孔比較(jiào)多的紙闆很容易吸入塗(tú)布的(de)助焊劑。一
旦溶劑載體風幹後，沒有完全化學反應的活化劑會深入闆料内，其後受潮溶解(jiě)可能導緻電離子遷(qiān)移
至(zhì)最終(zhōng)産品失效。這種危險是可使用含松香的助焊劑避(bì)免的。松香(xiāng)可以把餘下還未被(bèi)化學反應的活
化劑包在内。使(shǐ)用松(sōng)香的助焊劑(jì)允許低成本的闆(pǎn)材而不引緻可靠性變低(dī)的危險。
很多這類産品是由
OEM
組裝(zhuāng)的。用家及客戶在使用(yòng)時隻看到外殼。所(suǒ)以助焊劑的殘留物外觀不是
很(hěn)重要并且多些殘留量是可(kě)接受的(de)。在這方面(miàn)優選的助焊劑是含(hán)松香，醇基及允許較高活(huó)性（含鹵
素爲多）來應付低成本零件及闆材。即使在潮濕環境下松香
焊後殘留物仍能
保持(chí)高的表面(miàn)絕緣阻抗
，對于含松香的助焊劑引緻針測誤點的上升的問題，尤其是(shì)在噴量(liàng)多的情況下，要達(dá)到最佳效果(guǒ)，
噴量的監控及選用适當的測針是很重要的。
J-STD-004A
助焊劑類别适合第一級别是不含鹵素的
ROL0, ROM0, REL0
及
REM0
和含鹵素的
ROL1, ROM1, REL1
及
REM1
。
第二級别
–
專用服務類(lèi)電子産品
包括通(tōng)訊設備，複雜的工商業設備(bèi)和高性能，長壽命測量儀器等。這類(lèi)設備希望能
“
不中斷
”
工
作，但這又不一定必須要(yào)達到(dào)的(de)條件。在通常使用環(huán)境下，這類(lèi)設備不應該發生故障。
第二級(jí)别産品例(lì)子：信息技術
/
通訊設備
這類組裝是最複雜的。大部份的生産線是雙面(miàn)表面(miàn)貼裝先回流(liú)後波峰焊或是先(xiān)回流，貼(tiē)片膠和
最後(hòu)波峰焊。在這兩種技術，組裝闆是經過兩(liǎng)次受熱然後才波峰焊。通常這些組裝是布滿大量(liàng)零
件，熱量密度(dù)大，零件高度大和多(duō)層闆。前面受熱次數及在熱量密度大的組裝時(shí)會引緻焊盆的氧化
而(ér)挑戰助焊劑的能力，殘留物的外觀也會考慮(lǜ)，低殘留物(wù)成爲必要(yào)的要(yào)求。
受熱的次數，高複雜性，和低殘留物的(de)要(yào)求要求助焊劑要有一(yī)定的活性，低固含量及(jí)不同熱容量元
件的影響。助焊劑可以是水性或醇基的。
水(shuǐ)性的在某些受
VOC
排放管制地區是首選。但因爲會要多些熱能才能(néng)将水揮發通常(cháng)都對預熱比較
敏(mǐn)感。波峰焊可以組合多段(duàn)預熱器（最好加入頂部預熱器）。有一或多段對(duì)流預熱器是最有(yǒu)效的。
醇類助焊劑是比較(jiào)不受波峰焊機(jī)的組合影響，可以不使用對流預熱。低殘留物(wù)和(hé)經常針測常會選用
無松香的助(zhù)焊劑，最常用的助(zhù)焊劑在低固含，無松香和活性強一些(xiē)的。選用類别
ROL0
，
ROL1,
ROM0
，
ORL0
及
ORM0
。對
FR4
組裝(zhuāng)，
ORM0
類的助(zhù)焊劑是可以接受的。如果使用(yòng)紙(zhǐ)闆，
這是有
可靠(kào)性(xìng)的隐憂。
第三級别
–
高性能(néng)電子産品
包括持續運行或嚴格按(àn)指令(lìng)運行的設備和産品。這類産品在使用不能出現中斷，例如救生設備或飛
行控制系統。符合該級别要求(qiú)的組件(jiàn)産品适用(yòng)于高保證要求，高服(fú)務要(yào)求，或者最(zuì)終産品使用環境(jìng)
條件異常苛刻。
第三級(jí)别産品的例(lì)子：汽車電子
在組裝考慮方面，汽車(chē)電子是(shì)屬于中等複雜性的産品。設計的重要考慮是電性及機械(xiè)性的可靠度。
相對很多(duō)二級産品，
PCB
的面積較小(xiǎo)，層(céng)數較少〈少于
8
〉─較低的連接密度。
PCB
主要是(shì)用有
鍍穿孔的
FR4
環(huán)氧基樹脂玻璃纖維型的。這類别的主要要求是在相對高壓及苛(kē)刻環境狀況下(xià)能保
證電性化學的可靠(kào)性，并且在制程中達(dá)到穩定焊接效果及高良率，這可(kě)靠性要求其助焊劑需要具有
松(sōng)香及不含鹵素。松香提供焊接穩定的高良率及長期的可靠性，沒有鹵素更可使(shǐ)殘留的可(kě)靠性得以(yǐ)
改善。雖然(rán)可使用(yòng)水基助焊劑，但醇基(jī)更(gèng)常用。因爲醇基焊劑(jì)是對預熱更兼容及其良好的(de)濕潤性有
助填孔。對于無鉛汽車組裝産品，最(zuì)合理的選擇是醇基，具松香，無鹵素的助焊劑─分類爲
ROL0
，
ROM0
，
REL0
或
REM0
。
無鉛焊接的特(tè)點(diǎn)
當
PCB
以
V
0
=V
X
沿(yán)前頭所示方向運動時，此時
O-O
和
P-P
斷面的(de)流(liú)體(tǐ)速度的分布就出現了變化。
粘性流體質(zhì)點在壁(bì)面切線方(fāng)向的切向(xiàng)速度
VC
等于剛(gāng)壁上相應點的切向速度
V0
，即：
V
C
= V
0
即貼近界壁(bì)的流(liú)體質點(diǎn)和界(jiè)壁上相應點具有相同的速度。在
O-O
斷面上，流體速度零點将不再出(chū)現
界(jiè)壁上，而是偏向流體内側的
A-A
面上，管道内的最(zuì)大速度線也将由(yóu)
N-N
移到
N
′
-N
′面上。我們
把速度零線(xiàn)與
PCB
下(xià)側面之間的流體層稱爲(wèi)
附面層
。此時在附面層内存在(zài)旋渦運動。在此層内，沿
PCB
表面的(de)切線方向速度變化很大。因而(ér)在
PCB
表面法線方(fāng)向上的速度梯度很(hěn)大，它将加劇粘(zhān)性流
體質點粘附在剛壁上。根(gēn)據次現象波峰焊接中
PCB
與液(yè)态(tài)銲料作相對運動時，就必然要攜帶爲數不
少的被(bèi)粘附在基體金屬表面的液态(tài)銲料(liào)一道前進，這正好構成了(le)拉尖(jiān)和橋連的必然(rán)條(tiáo)件。
因此(cǐ)
PCB
的運動速度（
V
0
V
1
）愈大，被攜(xié)帶的銲料愈多，拉
尖和橋連也(yě)就愈嚴(yán)重。因此，放慢(màn)
PCB
的運(yùn)動速(sù)度（
V
0
）或者加(jiā)快流體逆向流動的速度（
V
1
），就
可以壓縮附面層的厚度，因而有力的抑制了附面層(céng)内的旋渦運動。粘附在
PCB
壁面上(shàng)的随
PCB
一道(dào)
運動的多餘焊料(liào)被(bèi)大量抑(yì)制了，也(yě)就有(yǒu)效的抑制了(le)拉尖和橋連的發生幾率。
對于
P- P
斷(duàn)面的情況就(jiù)與
O-O
斷面有所不同。由于此時(shí)
PCB
的運動方(fāng)向（
V
0
）與流體(tǐ)順向流速方向
（
V
2
）是相同的，故不存在附(fù)面層的問題(tí)，也就(jiù)不存(cún)在銲料回流所形成的旋渦運(yùn)動。調節流體順向
流(liú)速（
V
2
）的大小(xiǎo)，就可以在(zài)
PCB
與波峰脫(tuō)離處獲得(dé)最(zuì)佳的脫離條件。
焊(hàn)料波速對波峰焊接效(xiào)果的影響
當
PCB
進入波峰工作區間(jiān)時，由于
PCB
的運動方向與銲(hàn)料流動方向是相反的，所以在貼近
PCB
的下
表面存在着一個附面層。附面層的厚度(dù)是與
PCB
的夾送速度和逆
PCB
運動方向的流體流速的大(dà)小有
關(guān)系。
例如(rú)當
PCB
的速度一定時增大逆向的流體流動速度，那麽附面層的厚度就将變薄，從而渦流現象将
明顯減弱。焊料流體對(duì)
PCB
的逆(nì)向擦洗作用将明顯(xiǎn)增強，顯然就不容易産生拉尖和橋連現象，但很(hěn)
可能将(jiāng)形成焊點的正常輪廓所需要的焊料量也被過量的擦洗掉了，因而造成焊點吃錫不夠(gòu)、幹癟、
輪(lún)廓不對稱等缺陷。反之流體速(sù)度太低，擦洗作用減少(shǎo)，焊(hàn)點豐滿了，但産生拉尖和橋連的概率也
增大(dà)了。因此對某一特定的
PCB
及其速度都對應着一個最佳的流體速(sù)度。
銲料波峰的類型及其特點
目前在工業生産(chǎn)中運行的波峰(fēng)焊接設(shè)備(bèi)多種多樣，從銲料波峰形狀的(de)類型來看，這些裝置大緻可分
成兩類。即：
（
1
）
單向波峰(fēng)式
這(zhè)種噴嘴波峰銲料從一個(gè)方向流出的結構，在早期的設備上比較多見。現在，除空心波以(yǐ)外，其它(tā)
單向波形(xíng)在較新的(de)機器上，已不多見了。
（
2
）
雙向波峰式
這種雙向波峰系統的特性(xìng)是從噴嘴内出來的銲料到達(dá)噴嘴頂部後，同時向前、後兩個方向(xiàng)流動，
如(rú)圖所示。根據應用的需要，這種分流可以是(shì)對稱的也可以是不對稱，甚至(zhì)在(zài)沿傳送的後(hòu)方向增加
了延(yán)伸器，以使波峰在
PCB
拖動方向上變寬變平以減(jiǎn)少脫離角(jiǎo)。
