助焊剂的作用、原理、成分.doc

助焊剂相关知识一、助焊剂的作用：关于助焊剂的作用概括来讲主要有“辅助热传导”、“去除氧化物”、“降低被焊接材质表面张力”、“去除被焊接材质表面油污、增大焊接面积”、“防止再氧化”等几个方面，在这几个方面中比较关键的作用有两个就是：“去除氧化物”与“降低被焊接材质表面张力”。1、关于“辅助热传导”作用的理解“ 在 焊接时，焊锡基本处于完全熔融的高温状态，在这种高温状态下，被焊接元器件与焊盘必然会经受一定的高温考验，至于最高温度的热冲击，人们在实际操作中会采 用各种应对措施加以防范，同时要求被焊接物之材质的耐热性能要比较强，一般根据标准工艺之温度要求，将其材质最终能够承受的温度极限（也叫耐热温度），设 计在可能遭受的最高温度线以上20-300C左右，应该说是这比较保险的安全范围。所以，一旦被焊物材质确定下来后，最终会承受热冲击的可能性基本都在安 全许可范围内，但是，在实际的工艺操作过程中变数太多，如每台机器之间与标准工艺的误差，可能会造成整个焊接过程所有参数的改变，既使最高温度是在事先设 定的安全范围内，但如果升温速率过大，会使所有可能接触到锡液的每一个零部件或零部件之局部骤然升温，温度的急骤上升或急骤下降都能够引起材质性能的蠕 变，对这种材质性能的蠕变，在短期内几乎所有的检测手段都无能为力，它所造成的危害是长期的、潜在的、不易被查明原因的，这种危害对一些精密电子信息产品 而言，可算是致命的内伤。 基于以上阐述，我们对助焊剂“辅助热传导”的作用就极易理解了，当前所有助焊剂的组份中，溶剂基本上是不可缺少的，同时溶剂中也有高沸点的添加剂，这些物 质在遇热后能吸收一部分热量，同时在达到沸点的温度后开始逐步挥发，同时带走部分热量，使被焊接材质不至于在瞬间产生急骤的温度变化；另外，因为助焊剂在 焊接材质表面的涂覆，还能使整个板面的受热情况趋于均匀。所以，我们对种状况理解为“辅助热传导”，它所辅助的整个过程可以看成是延缓热冲击、使焊材受热 均匀的过程，而不是在破坏热传导或帮助热能迅速传导的这样一个过程或作用。2、关于“去除氧化物”作用的理解。 焊接的过程就 是钎焊接头或焊点成型的过程，这个过程也是合金结构发生变化及合金重组的过程。焊料合金本身的结构状态基本都是稳定的，那么，它与其他金属或其他合金在极 短的时间内重新熔合，并形成新的合金结构就不是那么容易的事情，目前，传统的焊料合金为Sn63/Pb37，它与其他很多金属或合金都能够重新熔合并形成 新的合金，如铜、铝、镍、锌、银、金等，特别是金属铜极易与锡铅合金焊料熔合，但是当这些金属被空气或其他物质所氧化或反应时，在这些金属物的表面会形成 一个氧化层，虽然锡铅焊料与这些金属本身较易形成合金结构，但与这些物质的氧化物或化合物形成新的焊点接头，重新熔合的机会就非常低。几乎所有的焊接材料 设计者在论证焊料的可焊性时，都是将焊接材质及工艺环境设定在理想状态，而所有的理想状态在实际工艺过程中几乎是不存在的，就线路板、元器件、或其他被焊 接材质的制造与储存、运送、再生产等各个环节而言，各种焊接材质表面被氧化的可能性都是100%存在的。因此，焊接前对被焊接材质表面氧化层的处 理就显得格外关键，而助焊剂“去除氧化物”的过程，其实就是一个氧化还原的过程，助焊剂中的活性剂通常是各种有机酸或有机酸盐类物质，至少有一、两种酸或 酸盐，通常由多种酸及酸盐复配来用。在氧化还原反应的过程中，反应进行的“速度”及反应“能力”是人们比较关注的问题，这两个是内在的问题，其外部表现就 是通常人们所讲的“焊接速度”与“焊接能力”，在材质、工艺等情况既定的情况下，对不同活性助焊剂的选择就显得很重要：活性较弱或活性太弱的焊剂焊接速度 或焊接能力相对较差，活性较强的助焊剂去除氧化膜的能力较强、上锡速度较快，但如果焊剂中活性剂太多、太强或整体结构配伍不好时，很可能会导致焊后有活性 物质残留，这时就存在焊后继续腐蚀的可能性，对产品的安全性能造成了相当隐患。3、关于“降低被焊接材质表面张力”作用的理解。 在 焊接过程中，焊料基本处于液体状态，而元件管脚或焊盘则为固体状态，当两种物质接触时，因液态物质表面张力的作用，会直接造成两种物质接触界面的减小，我 们对这种现象的表面概括是“锡液流动性差”或“扩展率小”，这种现象的存在影响合金形成的面积、体积或形状。这时需要的是助焊剂中“表面活性剂”的作用， “表面活性剂”通常指在极低的浓度下，就能够显著降低其他物质表面张力的一种物质，它的分子两端有两个集团结构，一端亲水憎油另一端亲油憎水，通过其外部 表现可以看到，它由溶剂可溶性和溶剂不溶性两部分组成，这两个部分正处于分子的两端，形成一种并不对称的结构，它只所以能够显著降低表面张力的作用正是由 这种特殊结构所决定的。助焊剂中表面活性剂的添加量很小，但作用却很关键，降低“被焊接材质表面张力”，所表现出来的就是一种强效的润湿作用，它 能够确保锡液在被焊接物表面顺利扩展、流动、浸润等。通常焊点成球、假焊、拉尖等类似不良状况均与表面活性不够有一定关系，而这种原因不一定是焊剂“表面 活性剂”添加量太少，也有可能是在生产工艺过程中造成了其成分解、失效等，从而大大减弱表面活性作用。4、关于其他方面作用的理解。 上文已有提到，在助焊剂的几种作用中，最重要的是“去除氧化物”与“降低被焊接材质表面张力”，通过上文的分析，助焊剂其他方面的作用其实更容易理解。“去 除被焊接材质表面油污、增大焊接面积”是比较容易被人们接受的。通常情况下，我们用肉眼观察到的焊盘或其他焊接材质的表面都是光洁或平整的，其实用高倍放 大镜观察时，我们可以发现，其实这些材质表面并不光洁也不平整，而是有很多的凸凹，而在这些凸凹点中会有油污或其他灰尘分布，助焊剂中的有机溶剂及表面活 性剂能够很容易地去除这些油污或污垢，使被焊接物表面仍表现出凸凹不平的状况，这样在焊接时，焊接面将增大，焊接强度也会增强。关于“防止再氧 化”这个作用，在早期的松香型焊剂时表现的尤其明显，当前免清洗助焊剂已被广大使用者接受，免清洗助焊剂固含量及树脂含量的降低，在这个方面的作用已大不 如前，但是，仍有部分焊剂中添加少量高效成膜物质，这种物质能够代替早期松香或树脂的保护作用，使焊后新焊点合金受氧化的程度降低、机率减小。二、助焊剂的工作原理： 通过以上对助焊剂相关作用的分析，助焊剂的工作原理就很容易理解了，概括来讲：就是在整个焊接过程中，助焊剂通过自身的活性物质作用，去除焊接材质表面的氧 化层，同时使锡液及被焊材质之间的表面张力减小，增强锡液流动、浸润的性能，帮助焊接完成，所以它的名字叫“助焊剂”。如果要对助焊剂工作原理进 行一个全分析，那就是通过助焊剂中活化物质对焊接材质表面的氧化物进行清理，使焊料合金能够很好地与被焊接材质结合并形成焊点，在这个过程中，起到主要作 用的是助焊剂中的活化剂等物质，这些物质能够迅速地去除焊盘及元件管脚的氧化物，并且有时还能保护被焊材质在焊接完成之前不再氧化。 另外，在去除 氧化膜的同时，助焊剂中的表面活性剂也开始工作，它能够显著降低液态焊料在被焊材质表面所体现出来的表面张力，使液态焊料的流动性及铺展能力加强，并保证 锡焊料能渗透至每一个细微的钎焊缝隙；在锡炉焊接工艺中，当被焊接体离开锡液表面的一瞬间，因为助焊剂的润湿作用，多余的锡焊料会顺着管脚流下，从而避免 了拉尖、连焊等不良现象。三、常用助焊剂的一些基本要求： 通过对助焊剂作用与工作原理的分析，概括来讲，常用助焊剂应满足以下几点基本要求：1、具一定的化学活性（保证去除氧化层的能力）；2、具有良好的热稳定性（保证在较高的焊锡温度下不分解、失效。）；3、具有良好的润湿性、对焊料的扩展具有促进作用（保证较好的焊接效果）；4、留存于基板的焊剂残渣，对焊后材质无腐蚀性（基于安全性能考虑，水清洗类或明示为清洗型焊剂应考 虑在延缓清洗的过程中有较低的腐蚀性，或保证较长延缓期内的腐蚀性是较弱的。）；5、需具备良好的清洗性（不论是何类焊剂，不论是否是清洗型焊剂，都应具有良好的清洗性，如果在切实需要清洗的时候，都能够保证有适当的溶剂或清洗剂进行彻底的清洗；因为助焊剂的根本目的只是帮助焊接完成，而不是要在被焊接材质表面做一个不可去除的涂层。）；6、各类型焊剂应基本达到或超过相关国标、行标或其他标准对相关焊剂一些基本参数的规范要求；（达不到相关标准要求的焊剂，严格意义上讲是不合格的焊剂。）；7、焊剂的基本组份应对人体或环境无明显公害，或已知的潜在危害；（环保是当前一个世界性的课题，它关系到人体、环境的健康、安全，也关系到行业持续性发展的可能性。）。四、常用助焊剂的组份：通过对助焊剂作用及其工作原理等情况的分析，常用助焊剂的组份可以基本概括为以下几个方面：1、溶剂：它能够使助焊剂中的各种组份均匀有效的混合在一起；目前常用溶剂主要以醇类为主，如乙醇、异丙醇等，甲醇虽然价格成本较低，但因其对人体具有较强的毒害作用，所以目前甲醇已很少有正规的助焊剂生产企业使用。2、活化剂：以有机酸或有机酸盐类为主，无机酸或无机酸盐类在电子装联焊剂中基本不用，在其它特殊焊剂中有时会使用。3、表面活性剂：以烷烃类或氟碳表面活性剂为主。4、松香（树脂）：松香本身具有一定的活类等高效化性，但在助焊剂中添加时一般作为载体使有，它能够帮助其他组份有效发挥其应有作用。5、其他添加剂：除以上组份外，助焊剂往往根据具体的要求而添加不同的添加剂，如光亮剂、消光剂、阻燃剂等。附：乙醇; 外观与性状： 无色液体，有特殊香味。密度：0.789 g/cm3; (液)熔点：-114.3 C (158.8 K)沸点：78.4 C (351.6 K)在水中溶解时：pKa =15.9黏度：1.200 mPas (cP), 20.0 C分子偶极矩：5.64 fCfm (1.69 D) (气)折光率：1.3614异丙醇：粘度2.86 cP at 15 C ；1.77 cP at 30 C粘度 mPas（20）：2.1沸点BoilingPoint: 82.5C(180.5)熔点MeltingPoint: -88.5C(-127.3)临界点CriticalTemperature: 235C(455)自燃点:425闪点12（闭杯）蒸气密度VaporDensity: 2.07(空气Air=1)蒸气压VaporPressure: 4.4kPa(20C)分子偶极距 1.66 D 气态毒性：有毒。折射率：1.3776