助焊劑的作用以及助焊劑的選擇

（一）助焊劑的作用

下面以母材為Cu、焊料為 Sn-Pb共晶合金為例，分析松香型助焊劑的作用。

1.去除被焊金屬表面的氧化物

母材 Cu暴露在空氣中，低溫時(shí)生成Cu?O，高溫時(shí)生成CuO； Sn-Pb焊料在熔融狀態(tài)主要生成SnO、 SnO?及少量的 PbO。

焊接過程中的首要任務(wù)是清除氧化層。

(1)松香去除氧化膜

松香的主要成分是松香酸，松香酸在活化溫度范圍下能夠與母材及焊料合金表面的氧化腺起還原反應(yīng)，生成松香酸銅(殘留物)。

松香酸銅只與氧化銅發(fā)生反應(yīng)，不與鈍銅發(fā)生反應(yīng)，因而沒有腐蝕問題。

松香酸銅可溶于許多溶劑，但不溶于水，需要使用溶劑、半水溶劑或皂化水來清洗。

松香去氧化物的通用式為：RCO?H + MX = RCO?M+ HX

式中，RCO?H為助焊劑中的松香酸( M為錫(Sn)、鉛(Pb)或銅(Cu) ;X為氧化物(Oxide)、氫氧化物(Hydroxide)或碳酸鹽(Carbonate)）。

(2)活性劑去除氧化膜

硬脂酸銅在釬焊溫度下會(huì)發(fā)生熱分解，吸收氫氣，生成硬脂酸和銅。

(3)助焊劑中的金屬鹽與母材進(jìn)行置換反應(yīng)

(4)有機(jī)鹵化物去氧化膜作用

有機(jī)鹵化物在加熱過程中發(fā)生分解，通常使用的活性劑是有機(jī)胺的鹽酸鹽。

這些活性劑在加熱時(shí)能釋放出 HCl并與Cu?O、SnO、PbO起還原反應(yīng)，使氧化膜生成氯化物(殘留物)。氯化物能溶于水和溶劑，因此可以清洗掉。其反應(yīng)式如下：

Cu?O +2HCl→CuCl?+ Cu + H?O↑

SnO + HCl——→SnCl?+ Sn+ H?O↑

PbO + HCl→PbCl?+ Sn + H?O↑

2. 防止焊接時(shí)金屬表面的高溫再氧化

焊接時(shí)助焊劑涂覆在金屬表面，使其與空氣隔離，有效防止金屬表面高溫下再氧化。

3. 降低焊料的表面張力、增強(qiáng)潤濕性、提高可焊性

助焊劑中的松香酸和活性劑的活化反應(yīng)就是分解、還原和置換反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)出熱量和激活能，促進(jìn)液態(tài)焊料在金屬表面漫流，增加表面活性，

從而提高液態(tài)焊料的浸潤性。從圖3-11(a)可以看出，未滴加助焊劑焊接時(shí)，由于液態(tài)焊料表面張力大、潤濕性差，呈半熔狀態(tài)；

由于助焊劑降低了表面張力，迅速去除了金屬表面的氧化層，出現(xiàn)了潤濕現(xiàn)象，有利于擴(kuò)散、溶解、冶金結(jié)合，提高了可焊性。

4.促使熱量傳遞到焊接區(qū)

由于助焊劑降低了熔融焊料的表面張力和黏度，這樣就增加了液態(tài)焊料的流動(dòng)性，因此有利于將熱量迅速、有效地傳遞到焊接區(qū)，加速擴(kuò)散速度。

（二）助焊劑的選擇

常用的助焊劑有松香型助焊劑；水溶性助焊劑；免清洗助焊劑。

助焊劑通常與焊料匹配使用，要根據(jù)焊料合金、不同的工藝方法和元器件引腳、PCB焊盤鍍層材料、金屬表面氧化程度，以及產(chǎn)品對清潔度和電性能的具體要求進(jìn)行選擇。

(1)浸焊、波峰焊等群焊工藝選擇助焊劑的一般原則?
①一般情況下，軍用及生命保障類如衛(wèi)星、飛機(jī)儀表、潛艇通信、保障生命的醫(yī)療裝置、微弱信號測試儀器等電子產(chǎn)品必須采用清洗型助焊劑。
②通信類、工業(yè)、辦公、計(jì)算機(jī)等類型的電子產(chǎn)品可采用免清洗或清洗型助焊劑。
③一般消費(fèi)類電子產(chǎn)品均可采用免清洗型助焊劑，或采用RMA 松香型，可不清洗。
(2)手工焊接和返修時(shí)選擇助焊劑的原則
①一定要選擇與再流焊、波峰焊時(shí)相同類型的助焊劑。
②特別是高可靠性要求的組裝板，助焊劑一定要嚴(yán)格管理。

（三）無鉛助焊劑的特點(diǎn)、問題與對策

①助焊劑與合金表面之間有化學(xué)反應(yīng)，因此不同合金成分要選擇不同的助焊劑。
②由于無鉛合金的潤濕性差，因此要求助焊劑活性高。
   ③由于無鉛合金的潤濕性差，需要增加助焊劑的用量，因此要求焊后殘留物少，并且無腐蝕性，以滿足 ICT 探針能力和電遷移。
④無鉛合金熔點(diǎn)高，因此要求適當(dāng)提高助焊劑的活化溫度，以適應(yīng)無鉛焊接的高溫。
   ⑤無鉛助焊劑是水基溶劑型助焊劑，焊接時(shí)如果水未完全揮發(fā)，會(huì)引起焊料飛濺、氣孔和空洞。因此要求增加預(yù)熱時(shí)間，手工焊接的焊接時(shí)間比有鉛焊接長一些。
   ⑥無鉛助焊劑必須專門配制。早期，無鉛焊膏的做法是簡單地將 Pb-Sn 焊料的免清洗焊劑和無鉛合金混合，結(jié)果很糟糕。

焊膏中助焊劑和焊料合金間的化學(xué)反應(yīng)影響了焊膏的流變特性(對印刷性能至關(guān)重要)。因此，無鉛助焊劑必須專門配制。
開發(fā)新型活性更強(qiáng)、潤濕性更好的助焊劑，要與預(yù)熱溫度和焊接溫度相匹配，而且要滿足環(huán)保要求的無鉛免清洗助焊劑適應(yīng)無鉛焊接的需要。