浅析助焊剂的作用及发展

喻波

摘要：助焊剂是焊接材料中最重要的辅助材料，一般为具有综合性能的有机、无机混合物。文中介绍了电子产品助焊剂的作用机理，描述了常用助焊剂的组成和分类，最后对助焊剂的发展进行了展望。本文有一定的借鉴价值。

关键词：助焊剂；活化剂；润湿

1 助焊剂作用机理

助焊剂是焊接材料中最重要的辅助材料，一般为具有综合性能的有机、无机混合物。其在焊接过程中的主要作用：去除被焊金属表面的氧化物；降低焊料的表面张力，增强润湿性；防止焊接时焊料和被焊基体表面再次被氧化；有利于热量传递到焊接区。因此，理想的助焊剂除了具有较强的化学活性外，还要具有良好的热稳定性、粘附力、扩展力、环境稳定性、流变特性、对通用清洗溶液和设备的适应性等。

1.1 活性成分去除氧化膜机制

在焊接过程中，当助焊剂与基体表面氧化膜接触时，加之一定的焊接环境，助焊剂中的活性物质与氧化膜发生反应，基体表面一部分孔状区域因氧化膜较薄而先露出新鲜的金属，随后一部分助焊剂流入孔状区域，活性成分从氧化层的表面和内部同时发生反应，与氧化膜的接触面积增大，进一步提高反应速率。随着焊接温度的上升，焊料合金逐渐熔化，熔化的焊料压迫氧化层致使其破裂。然后助焊剂中的成膜物质形成保护层以防止金属基板的进一步氧化，熔融焊料与金属基板金属由于原子间的结合而形成金属间化合物，冷却后焊料凝固形成焊点。

1.2 促润湿理论

焊接中的润湿过程是指熔融的焊料借助毛细管力沿着母材金属表面细微的凹凸及结晶的间隙向四周漫流，在被焊料和母材表面形成一个附着层，使焊料和母材金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离。要得到可靠的焊点，就要求焊料对基体金属表面有足够的润湿能力。一般用液态焊料在基体金属上的接触角θ来表征润湿程度，θ越小，液态焊料在基板上的铺展越充分，润湿能力就越强。合适的助焊剂可以对液态焊料在基板上的润湿起促进作用。在实际焊接中，熔融的焊料在助焊剂作用下逐渐扩散、润湿基板，继而与基板金属发生合金化过程。

2 助焊剂组成和分类

2.1 分类

助焊剂按其成分来分，可分为无机水溶性助焊剂、松香助焊剂和有机水溶助焊剂。助焊剂按残留物的清洗类型来分，可分为溶剂清洗型、水清洗型和免清洗型。

2.2 助焊剂的基本组成及发展

助焊剂由活化剂、溶剂、成膜剂、表面活性剂、防氧化剂和缓蚀剂等成分组成。

1）活化剂

其主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物，从而提高焊料和焊盘之间的润湿性。传统的为无机物、松香、有机卤化物，现多为有机酸和有机胺等。

2）溶剂

其主要作用是溶解焊剂中的所有成份，使之成为均匀的黏稠液体。

3 ）成膜剂

成膜剂选用烃、醇、脂，这类物质一般具有良好的电气性能，常温下起保护膜作用不显活性，在200 ℃ ～ 300 ℃的焊接温度下显示活性，无腐蚀、防潮等特点，如长链脂肪烃、聚氧乙烯、聚乙烯醇、山梨糖醇、松香__甘油酯。

4）表面活性剂

主要作用是降低焊剂的表面张力，增加焊剂对焊粉和焊盘的亲润性，可以是非离子表面活性剂，如OP系列，氟代脂肪族聚合醚；阴离子表面活性剂，如丁二酸二乙酯磺酸钠；阳离子表面活性剂，如十六烷基三甲基溴化铵，季铵氟烷基化合物。

5）防氧化剂

主要功能是防止焊料氧化，一般为酚类，抗坏血酸及其衍生物等。特别是在水溶性助焊剂中，一定要有防氧化剂。

6）缓蚀剂

一般为吡咯类（苯并噻唑，α-巯基苯并噻唑，苯并三氮唑[），苯并咪唑，甲基苯并咪唑，三乙醇胺，三乙胺。苯并三氮唑（BTA）是铜的高效缓蚀剂。其加入可以抑制助焊剂中的活性物质对铜产生的腐蚀。

3 展望

电子产品无铅化已是一种不可抗拒的必然趋势， 相对于传统的SnPb 钎料， 由于无铅合金的润湿性较差， 焊接温度较高， 要获得牢固可靠的焊接接头， 使用优良的助焊剂是至关重要的。这样就对助焊剂提出了更高的要求， 需要助焊剂具有更高活性的同时， 还要不含VOC 等有害物质， 符合更高标准的环保要求。因此，一般建议使用无挥发性有机化合物的免清洗助焊剂和水溶性助焊剂。

免清洗助焊剂能够满足一般消费类电子产品的需要。免清洗助焊剂的最大特点和优势在于省去了清洗工序， 减少了清洗设备、材料、能源和废物处理等方面的费用， 但需要考虑它与现行波峰焊接工艺之间相容性方面的问题。焊后残留物少， 腐蚀性小， 但是可能导致促进无铅钎料润湿能力的降低。其次， 免清洗助焊剂的固体含量低， 难以发泡， 在涂敷工艺上只能用于喷雾涂敷. 最后是预热工艺要严格控制， 使助焊剂能够较好地发挥活性作用， 提高无铅钎料的润湿能力。基于以上三点， 无铅钎料用免清洗助焊剂也必须重新研制， 需要适当提高免清洗助焊剂的活性和活化温度， 以适应无铅钎料合金润湿性差、焊接温度高的特性； 并且要求焊后残留物少、腐蚀性小， 以保证产品的可靠性. 另外， 现有的波峰焊机需要用新的助焊剂喷雾装置进行升级， 以适用于无VOC 环保免清洗助焊剂的加工处理. 使用超声或者喷嘴类型的助焊剂喷雾设备效果最好， 因为焊剂的液滴尺寸可以控制， 而且在整個PCB 板上可以均匀涂布。采用氮气保护的， 免清洗助焊剂的性能将更为优越地体现出来. 氮气环境中焊接可以显著降低无铅钎料的润湿角， 提高钎料的润湿能力， 增加可焊性。同时， 可以大大降低高温下无铅钎料的氧化，保证焊接过程的稳定性。

对于可靠性要求较高的一些高端电子产品， 如舰艇、军用飞机等军用电子产品， 可以采用水溶性助焊剂焊接。但同时需配备清洗后的废水处理系统， 注意环境保护问题。该类助焊剂成分中含有水或者焊后残余物可溶于水， 因此， 焊后可以用水洗净焊剂残留物， 能够保证电子产品的高可靠性。从环保要求和无铅钎料相对较低的润湿性两个方面考虑， 无铅波峰焊可以采用无VOC 免清洗助焊剂和水溶性助焊剂。同无铅钎料一样， 无VOC 免清洗助焊剂和水溶性助焊剂的使用也将成为一种趋势。