助焊剂各成分作用浅析 -高顶机电

助焊剂在PCB行业中应用极广，其品质直接影响电子工业的整个生产过程和产品质量。随着RoHS 和WEEE指令的实行，无铅化对助焊剂的性能提出了更高的要求，助焊剂已由传统的松香型向无卤、无松香、免清洗、低固含量方向发展，其组成也随之发生了相应的变化，各组分的相互作用，使助焊剂的性能更加优良。

1、助焊剂的基本组成

国内外助焊剂一般由活化剂、溶剂、表面活性剂和特殊成分组成。特殊成分包括缓蚀剂、防氧化剂、成膜剂等。

2、助焊剂各成分的作用

被焊金属工件表面存在氧化物、灰尘等污垢，阻碍工件基体金属和焊料之间以原子状态相互扩散，因此必须清除氧化物等以使表面清洁露出金属基体，但是被清洁的金属基体表面的原子在大气中又立刻被氧化，在焊接温度下，氧化速度更快。所以在焊接过程中加入助焊剂，用来协助提供没有氧化层的金属表面，并保持这些表面的无氧化物状态，直到焊锡与金属表面完成焊接过程。同时依靠焊剂的化学作用，与被焊金属表面的氧化***合，在焊接温度下形成液态化台物，使被焊金属部位表面的金属原子与熔融焊料的原子相互扩散，以达到锡焊连接的目的。在焊接过程中助焊剂还能促进焊锡的流动和扩散，通过减小表面不平度来影响焊锡表面张力在焊锡扩散方向上的平衡。

理想的助焊剂除化学活性外，还要具有良好的热稳定性、粘附力、扩展力、电解活性、环境稳定性、化学官能团及其反应特性、流变特性、对通用清洗溶液和设备的适应性等。助焊剂的上述作用都是通过其中的活化剂、溶剂、表面活性剂等成分的作用来实现的。

2.1 活化剂的作用机理

活化剂主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物，并形成保护层，防止基体的再次氧化，从而提高焊料和焊盘之间的润湿性。助焊剂活化剂的成分一般为氢气、无机盐、酸类和胺类，以及它们的复配组合物。

2.1.1氢气、无机盐

氢气和无机盐如氯化亚锡、氯化锌[1]、氯化铵[2] 等是利用其还原性与氧化物反应，如：气体助焊剂中的氢气，在焊接之后水是其***的残留物；而且氢的还原作用能有效地清除金属表面的氧化物，把氧化物转化为水。MxOy＋yH 2 ＝xM＋yH 2 O 同时，氢还为金属表面提供保护气体，防止金属表面在焊接完成之前再氧化。

2.1.2有机酸

酸类活性剂（如卤酸、羧酸、磺酸）主要是因为H+和氧化物反应，例如[3]：有机酸的羧基和金属离子以金属皂的形式除去焊盘和焊料的氧化膜：

CuO＋2RCOOH→Cu(RCOO)2 ＋H 2 O

随后有机酸铜发生分解，吸收氢气，并生成有机酸与金属铜：

Cu(RCOO)2＋H2＋M→2RCOOH＋M－Cu

松香（Colophony）用分子式表示为C 19 H29COOH，由于它含有羧基，使得它在一定的温度下，有一定的助焊作用；同时松香是一种大分子多环化合物，因此它具有一定的成膜性，在焊接过程中传递热量和起覆盖作用，能保护去除氧化膜后的金属不再重新被氧化。

现在有单一有机酸作活化剂，也有混酸用作活化剂。这些酸的沸点和分解温度有一定的差异，这样组合，可以使助焊剂的沸点和活化剂分解温度呈一个较大的区间分布。

2.1.3有机卤化物

如羧酸卤化物、有机胺的氢卤酸盐。张银雪[4]以***化水杨酸为活化剂，它在钎焊温度时，可热分解出***化氢和水杨酸溶解基体金属表面的氧化物；并且水杨酸的羟基、羧基在钎焊时可与JH树脂反应交联成高分子树脂膜，覆盖在焊点表面。有机胺的氢卤酸盐如盐酸***，在焊接时，熔融的助焊剂与基板的铜进行反应，并产生CuC1 2 和铜络合物。结果生成的铜化合物主要与熔融的焊料中的锡产生反应生成了金属铜，这些铜立即熔解到焊料之中，通过这些反应和铜在焊料中的熔解，使焊料在铜板***布。反应如下[5]：

Cu＋2C6 H5NH2?HCl→CuCl2＋2 C6H5NH2＋H2

CuCl2＋2C6H5NH2?HCl→Cu[C6H5NH3]2Cl4

2.1.4有机胺与酸复配使用

有机胺本身含有氨基-NH︰具有活性，加入有机胺可促进焊接效果。为了减小助焊剂对铜板的腐蚀作用，可在配制的助焊剂中加入一定量的缓蚀剂，缓蚀剂通常选择有机胺。有机酸和有机胺混合会发生中和反应，生成中和产物。这种中和产物是不稳定的，在焊接温度下会迅速分解，重新生成有机酸和有机胺，这样就能保证有机酸原有的活性，焊接结束后，剩余的有机酸又会被有机胺中和，使残留物的酸性下降，减少腐蚀。因此加入了有机胺类以后，不仅可以调节助焊剂的酸度，可以使焊点光亮，在不降低焊剂活性的情况下，焊后腐蚀性降至***低[6]。

3.1 微***方法

为减少活性剂的酸性物质造成的腐蚀性问题，陈其垠等人[9][10][16][17]采用了微***技术。他们选用聚酰***、***树脂、醋酸纤维素等做膜材对活性剂进行微***化。微***化后的膜阻隔了有机酸和金属表面的直接接触，避免了金属被氧化，而在焊接时达到一定温度，膜材被***，释放出有机酸，达到焊接的目的。这样处理后制备的助焊剂既具有很强的助焊性，而又无腐蚀性，从而真正达到免清洗的目的。王伟科认为，酸和胺易发生中和反应，但由于成膜剂的非极性保护作用使得包覆后的活性物质仍能保持惰性状态从而提高助焊剂的性能。

3.2 可固化助焊剂

在常见的免清洗助焊剂中，一般采用的组成成分在焊接时挥发，但一般有少许残留，且在挥发时对空气多有影响。所以，为实现无VOC免清洗，出现了可固化助焊剂[18]-[20]，它们在焊接时作助焊剂，在加热固化后用作焊接部位的增强材料。八月朔日猛[18]研制的可固化助焊剂中包含酚羟基基团的树脂，和固化该树脂的固化剂以及固化催化剂。

4、展望

随着电子类产品向高性能、多引线、多元化和窄间距化方向发展，随着社会环保意识的增强，对热风整平、波峰焊和***T提出了更高的要求，助焊剂也随之由传统的松香型、含卤素助焊剂向无卤无松香或低松香型的免清洗无VOC型助焊剂方向发展。在减少助焊剂腐蚀性方面、提高助焊剂活性方面、在无挥发物的低固含量真正免清洗助焊剂研制方面、可固化助焊剂方面等都值得进一步研究。

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