助焊劑的作用與使用

助焊劑的作用與機(jī)理
一 、作用：
助焊劑，顧名思義，就是協(xié)助焊接，電子零件往線路板上焊接時(shí)，由于要求考慮產(chǎn)品焊盤部分會(huì)氧化和精密貼合，所選用的一種能夠更好地焊接的一種物質(zhì)。隨著SMT技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及貼片產(chǎn)品的普遍應(yīng)用，助焊劑越來越成為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，歸納起來，助焊劑主要有以下幾個(gè)作用：輔助熱傳導(dǎo)、去除氧化物、降低被焊接材質(zhì)表面張力、去除被焊接材質(zhì)表面油污、增大焊接面積、防止再氧化等幾個(gè)方面，在這幾個(gè)方面中比較關(guān)鍵的作用有兩個(gè)就是：“去除氧化物”與“降低被焊接材質(zhì)表面張力”。

（一）、關(guān)于“輔助熱傳導(dǎo)”作用的理解。
在焊接時(shí)，焊錫基本處于完全熔融的高溫狀態(tài)，在這種高溫狀態(tài)下，被焊接元器件與焊盤必然會(huì)經(jīng)受一定的高溫考驗(yàn)，至于最高溫度的熱沖擊，人們?cè)趯?shí)際操作中會(huì)采用各種應(yīng)對(duì)措施加以防范，同時(shí)要求被焊接物之材質(zhì)的耐熱性能要比較強(qiáng)，一般根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工藝之溫度要求，將其材質(zhì)最終能夠承受的溫度極限（也叫耐熱溫度），設(shè)計(jì)在可能遭受的最高溫度線以上20-300C左右，應(yīng)該說是這比較保險(xiǎn)的安全范圍。所以，一旦被焊物材質(zhì)確定下來后，最終會(huì)承受熱沖擊的可能性基本都在安全許可范圍內(nèi)，但是，在實(shí)際的工藝操作過程中變數(shù)太多，如每臺(tái)機(jī)器之間與標(biāo)準(zhǔn)工藝的誤差，可能會(huì)造成整個(gè)焊接過程所有參數(shù)的改變，既使最高溫度是在事先設(shè)定的安全范圍內(nèi)，但如果升溫速率過大，會(huì)使所有可能接觸到錫液的每一個(gè)零部件或零部件之局部驟然升溫，溫度的急驟上升或急驟下降都能夠引起材質(zhì)性能的蠕變，對(duì)這種材質(zhì)性能的蠕變，在短期內(nèi)幾乎所有的檢測(cè)手段都無(wú)能為力，它所造成的危害是長(zhǎng)期的、潛在的、不易被查明原因的，這種危害對(duì)一些精密電子信息產(chǎn)品而言，可算是致命的內(nèi)傷。
基于以上闡述，我們對(duì)助焊劑“輔助熱傳導(dǎo)”的作用就極易理解了，當(dāng)前所有助焊劑的組份中，溶劑基本上是不可缺少的，同時(shí)溶劑中也有高沸點(diǎn)的添加劑，這些物質(zhì)在遇熱后能吸收一部分熱量，同時(shí)在達(dá)到沸點(diǎn)的溫度后開始逐步揮發(fā)，同時(shí)帶走部分熱量，使被焊接材質(zhì)不至于在瞬間產(chǎn)生急驟的溫度變化；另外，因?yàn)橹竸┰诤附硬馁|(zhì)表面的涂覆，還能使整個(gè)板面的受熱情況趨于均勻。所以，我們對(duì)種狀況理解為“輔助熱傳導(dǎo)”，它所輔助的整個(gè)過程可以看成是延緩熱沖擊、使焊材受熱均勻的過程，而不是在破壞熱傳導(dǎo)或幫助熱能迅速傳導(dǎo)的這樣一個(gè)過程或作用。

（二）、關(guān)于“去除氧化物”作用的理解。
焊接的過程就是釬焊接頭或焊點(diǎn)成型的過程，這個(gè)過程也是合金結(jié)構(gòu)發(fā)生變化及合金重組的過程。焊料合金本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本都是穩(wěn)定的，那么，它與其他金屬或其他合金在極短的時(shí)間內(nèi)重新熔合，并形成新的合金結(jié)構(gòu)就不是那么容易的事情，目前，傳統(tǒng)的焊料合金為Sn63/Pb37，它與其他很多金屬或合金都能夠重新熔合并形成新的合金，如銅、鋁、鎳、鋅、銀、金等，特別是金屬銅極易與錫鉛合金焊料熔合，但是當(dāng)這些金屬被空氣或其他物質(zhì)所氧化或反應(yīng)時(shí)，在這些金屬物的表面會(huì)形成一個(gè)氧化層，雖然錫鉛焊料與這些金屬本身較易形成合金結(jié)構(gòu)，但與這些物質(zhì)的氧化物或化合物形成新的焊點(diǎn)接頭，重新熔合的機(jī)會(huì)就非常低。幾乎所有的焊接材料設(shè)計(jì)者在論證焊料的可焊性時(shí)，都是將焊接材質(zhì)及工藝環(huán)境設(shè)定在理想狀態(tài)，而所有的理想狀態(tài)在實(shí)際工藝過程中幾乎是不存在的，就線路板、元器件、或其他被焊接材質(zhì)的制造與儲(chǔ)存、運(yùn)送、再生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)而言，各種焊接材質(zhì)表面被氧化的可能性都是100%存在的。
因此，焊接前對(duì)被焊接材質(zhì)表面氧化層的處理就顯得格外關(guān)鍵，而助焊劑“去除氧化物”的過程，其實(shí)就是一個(gè)氧化還原的過程，助焊劑中的活性劑通常是各種有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽類物質(zhì)，至少有一、兩種酸或酸鹽，通常由多種酸及酸鹽復(fù)配來用。在氧化還原反應(yīng)的過程中，反應(yīng)進(jìn)行的“速度”及反應(yīng)“能力”是人們比較關(guān)注的問題，這兩個(gè)是內(nèi)在的問題，其外部表現(xiàn)就是通常人們所講的“焊接速度”與“焊接能力”，在材質(zhì)、工藝等情況既定的情況下，對(duì)不同活性助焊劑的選擇就顯得很重要：活性較弱或活性太弱的焊劑焊接速度或焊接能力相對(duì)較差，活性較強(qiáng)的助焊劑去除氧化膜的能力較強(qiáng)、上錫速度較快，但如果焊劑中活性劑太多、太強(qiáng)或整體結(jié)構(gòu)配伍不好時(shí)，很可能會(huì)導(dǎo)致焊后有活性物質(zhì)殘留，這時(shí)就存在焊后繼續(xù)腐蝕的可能性，對(duì)產(chǎn)品的安全性能造成了相當(dāng)隱患。

（三）、關(guān)于“降低被焊接材質(zhì)表面張力”作用的理解。
在焊接過程中，焊料基本處于液體狀態(tài)，而元件管腳或焊盤則為固體狀態(tài)，當(dāng)兩種物質(zhì)接觸時(shí)，因液態(tài)物質(zhì)表面張力的作用，會(huì)直接造成兩種物質(zhì)接觸界面的減小，我們對(duì)這種現(xiàn)象的表面概括是“錫液流動(dòng)性差”或“擴(kuò)展率小”，這種現(xiàn)象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時(shí)需要的是助焊劑中“表面活性劑”的作用，“表面活性劑”通常指在極低的濃度下，就能夠顯著降低其他物質(zhì)表面張力的一種物質(zhì)，它的分子兩端有兩個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，一端親水憎油另一端親油憎水，通過其外部表現(xiàn)可以看到，它由溶劑可溶性和溶劑不溶性兩部分組成，這兩個(gè)部分正處于分子的兩端，形成一種并不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，它只所以能夠顯著降低表面張力的作用正是由這種特殊結(jié)構(gòu)所決定的。
助焊劑中表面活性劑的添加量很小，但作用卻很關(guān)鍵，降低“被焊接材質(zhì)表面張力”，所表現(xiàn)出來的就是一種強(qiáng)效的潤(rùn)濕作用，它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴(kuò)展、流動(dòng)、浸潤(rùn)等。通常焊點(diǎn)成球、假焊、拉尖等類似不良狀況均與表面活性不夠有一定關(guān)系，而這種原因不一定是焊劑“表面活性劑”添加量太少，也有可能是在生產(chǎn)工藝過程中造成了其成分解、失效等，從而大大減弱表面活性作用。

（四）、關(guān)于其他方面作用的理解。
上文已有提到，在助焊劑的幾種作用中，最重要的是“去除氧化物”與“降低被焊接材質(zhì)表面張力”，通過上文的分析，助焊劑其他方面的作用其實(shí)更容易理解?！叭コ缓附硬馁|(zhì)表面油污、增大焊接面積”是比較容易被人們接受的。通常情況下，我們用肉眼觀察到的焊盤或其他焊接材質(zhì)的表面都是光潔或平整的，其實(shí)用高倍放大鏡觀察時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這些材質(zhì)表面并不光潔也不平整，而是有很多的凸凹，而在這些凸凹點(diǎn)中會(huì)有油污或其他灰塵分布，助焊劑中的有機(jī)溶劑及表面活性劑能夠很容易地去除這些油污或污垢，使被焊接物表面仍表現(xiàn)出凸凹不平的狀況，這樣在焊接時(shí)，焊接面將增大，焊接強(qiáng)度也會(huì)增強(qiáng)。=? QvpEIHn
關(guān)于“防止再氧化”這個(gè)作用，在早期的松香型焊劑時(shí)表現(xiàn)的尤其明顯，當(dāng)前免清洗助焊劑已被廣大使用者接受，免清洗助焊劑固含量及樹脂含量的降低，在這個(gè)方面的作用已大不如前，但是，仍有部分焊劑中添加少量高效成膜物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠代替早期松香或樹脂的保護(hù)作用，使焊后新焊點(diǎn)合金受氧化的程度降低、機(jī)率減小。

二、助焊劑的工作原理：
通過以上對(duì)助焊劑相關(guān)作用的分析，助焊劑的工作原理就很容易理解了，概括來講：就是在整個(gè)焊接過程中，助焊劑通過自身的活性物質(zhì)作用，去除焊接材質(zhì)表面的氧化層，同時(shí)使錫液及被焊材質(zhì)之間的表面張力減小，增強(qiáng)錫液流動(dòng)、浸潤(rùn)的性能，幫助焊接完成，所以它的名字叫“助焊劑”。
如果要對(duì)助焊劑工作原理進(jìn)行一個(gè)全分析，那就是通過助焊劑中活化物質(zhì)對(duì)焊接材質(zhì)表面的氧化物進(jìn)行清理，使焊料合金能夠很好地與被焊接材質(zhì)結(jié)合并形成焊點(diǎn)，在這個(gè)過程中，起到主要作用的是助焊劑中的活化劑等物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠迅速地去除焊盤及元件管腳的氧化物，并且有時(shí)還能保護(hù)被焊材質(zhì)在焊接完成之前不再氧化。
另外，在去除氧化膜的同時(shí)，助焊劑中的表面活性劑也開始工作，它能夠顯著降低液態(tài)焊料在被焊材質(zhì)表面所體現(xiàn)出來的表面張力，使液態(tài)焊料的流動(dòng)性及鋪展能力加強(qiáng)，并保證錫焊料能滲透至每一個(gè)細(xì)微的釬焊縫隙；在錫爐焊接工藝中，當(dāng)被焊接體離開錫液表面的一瞬間，因?yàn)橹竸┑臐?rùn)濕作用，多余的錫焊料會(huì)順著管腳流下，從而避免了拉尖、連焊等不良現(xiàn)象。

三、常用助焊劑的一些基本要求
通過對(duì)助焊劑作用與工作原理的分析，概括來講，常用助焊劑應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求：
1、具一定的化學(xué)活性（保證去除氧化層的能力）；
2、具有良好的熱穩(wěn)定性（保證在較高的焊錫溫度下不分解、失效。）；
3、具有良好的潤(rùn)濕性、對(duì)焊料的擴(kuò)展具有促進(jìn)作用（保證較好的焊接效果）；
4、留存于基板的焊劑殘?jiān)?，?duì)焊后材質(zhì)無(wú)腐蝕性（基于安全性能考慮，水清洗類或明示為清洗型焊劑應(yīng)考慮在延緩清洗的過程中有較低的腐蝕性，或保證較長(zhǎng)延緩期內(nèi)的腐蝕性是較弱的。）；
5、需具備良好的清洗性（不論是何類焊劑，不論是否是清洗型焊劑，都應(yīng)具有良好的清洗性，如果在切實(shí)需要清洗的時(shí)候，都能夠保證有適當(dāng)?shù)娜軇┗蚯逑磩┻M(jìn)行徹底的清洗；因?yàn)橹竸┑母灸康闹皇菐椭附油瓿?，而不是要在被焊接材質(zhì)表面做一個(gè)不可去除的涂層。）；
6、各類型焊劑應(yīng)基本達(dá)到或超過相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)或其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)焊劑一些基本參數(shù)的規(guī)范要求；（達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的焊劑，嚴(yán)格意義上講是不合格的焊劑。）；
7、焊劑的基本組份應(yīng)對(duì)人體或環(huán)境無(wú)明顯公害，或已知的潛在危害；（環(huán)保是當(dāng)前一個(gè)世界性的課題，它關(guān)系到人體、環(huán)境的健康、安全，也關(guān)系到行業(yè)持續(xù)性發(fā)展的可能性。）。