淺析助焊劑的作用及發展

喻波

摘要：助焊劑是焊接材料中最重要的輔助材料，一般為具有綜合性能的有機、無機混合物。文中介紹了電子產品助焊劑的作用機理，描述了常用助焊劑的組成和分類，最后對助焊劑的發展進行了展望。本文有一定的借鑒價值。

關鍵詞：助焊劑；活化劑；潤濕

1 助焊劑作用機理

助焊劑是焊接材料中最重要的輔助材料，一般為具有綜合性能的有機、無機混合物。其在焊接過程中的主要作用：去除被焊金屬表面的氧化物；降低焊料的表面張力，增強潤濕性；防止焊接時焊料和被焊基體表面再次被氧化；有利于熱量傳遞到焊接區。因此，理想的助焊劑除了具有較強的化學活性外，還要具有良好的熱穩定性、粘附力、擴展力、環境穩定性、流變特性、對通用清洗溶液和設備的適應性等。

1.1 活性成分去除氧化膜機制

在焊接過程中，當助焊劑與基體表面氧化膜接觸時，加之一定的焊接環境，助焊劑中的活性物質與氧化膜發生反應，基體表面一部分孔狀區域因氧化膜較薄而先露出新鮮的金屬，隨后一部分助焊劑流入孔狀區域，活性成分從氧化層的表面和內部同時發生反應，與氧化膜的接觸面積增大，進一步提高反應速率。隨著焊接溫度的上升，焊料合金逐漸熔化，熔化的焊料壓迫氧化層致使其破裂。然后助焊劑中的成膜物質形成保護層以防止金屬基板的進一步氧化，熔融焊料與金屬基板金屬由于原子間的結合而形成金屬間化合物，冷卻后焊料凝固形成焊點。

1.2 促潤濕理論

焊接中的潤濕過程是指熔融的焊料借助毛細管力沿著母材金屬表面細微的凹凸及結晶的間隙向四周漫流，在被焊料和母材表面形成一個附著層，使焊料和母材金屬的原子相互接近，達到原子引力起作用的距離。要得到可靠的焊點，就要求焊料對基體金屬表面有足夠的潤濕能力。一般用液態焊料在基體金屬上的接觸角θ來表征潤濕程度，θ越小，液態焊料在基板上的鋪展越充分，潤濕能力就越強。合適的助焊劑可以對液態焊料在基板上的潤濕起促進作用。在實際焊接中，熔融的焊料在助焊劑作用下逐漸擴散、潤濕基板，繼而與基板金屬發生合金化過程。

2 助焊劑組成和分類

2.1 分類

助焊劑按其成分來分，可分為無機水溶性助焊劑、松香助焊劑和有機水溶助焊劑。助焊劑按殘留物的清洗類型來分，可分為溶劑清洗型、水清洗型和免清洗型。

2.2 助焊劑的基本組成及發展

助焊劑由活化劑、溶劑、成膜劑、表面活性劑、防氧化劑和緩蝕劑等成分組成。

1）活化劑

其主要作用是在焊接溫度下去除焊盤和焊料表面的氧化物，從而提高焊料和焊盤之間的潤濕性。傳統的為無機物、松香、有機鹵化物，現多為有機酸和有機胺等。

2）溶劑

其主要作用是溶解焊劑中的所有成份，使之成為均勻的黏稠液體。

3 ）成膜劑

成膜劑選用烴、醇、脂，這類物質一般具有良好的電氣性能，常溫下起保護膜作用不顯活性，在200 ℃ ～ 300 ℃的焊接溫度下顯示活性，無腐蝕、防潮等特點，如長鏈脂肪烴、聚氧乙烯、聚乙烯醇、山梨糖醇、松香__甘油酯。

4）表面活性劑

主要作用是降低焊劑的表面張力，增加焊劑對焊粉和焊盤的親潤性，可以是非離子表面活性劑，如OP系列，氟代脂肪族聚合醚；陰離子表面活性劑，如丁二酸二乙酯磺酸鈉；陽離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨，季銨氟烷基化合物。

5）防氧化劑

主要功能是防止焊料氧化，一般為酚類，抗壞血酸及其衍生物等。特別是在水溶性助焊劑中，一定要有防氧化劑。

6）緩蝕劑

一般為吡咯類（苯并噻唑，α-巰基苯并噻唑，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）是銅的高效緩蝕劑。其加入可以抑制助焊劑中的活性物質對銅產生的腐蝕。

3 展望

電子產品無鉛化已是一種不可抗拒的必然趨勢， 相對于傳統的SnPb 釬料， 由于無鉛合金的潤濕性較差， 焊接溫度較高， 要獲得牢固可靠的焊接接頭， 使用優良的助焊劑是至關重要的。這樣就對助焊劑提出了更高的要求， 需要助焊劑具有更高活性的同時， 還要不含VOC 等有害物質， 符合更高標準的環保要求。因此，一般建議使用無揮發性有機化合物的免清洗助焊劑和水溶性助焊劑。

免清洗助焊劑能夠滿足一般消費類電子產品的需要。免清洗助焊劑的最大特點和優勢在于省去了清洗工序， 減少了清洗設備、材料、能源和廢物處理等方面的費用， 但需要考慮它與現行波峰焊接工藝之間相容性方面的問題。焊后殘留物少， 腐蝕性小， 但是可能導致促進無鉛釬料潤濕能力的降低。其次， 免清洗助焊劑的固體含量低， 難以發泡， 在涂敷工藝上只能用于噴霧涂敷. 最后是預熱工藝要嚴格控制， 使助焊劑能夠較好地發揮活性作用， 提高無鉛釬料的潤濕能力?；谝陨先c， 無鉛釬料用免清洗助焊劑也必須重新研制， 需要適當提高免清洗助焊劑的活性和活化溫度， 以適應無鉛釬料合金潤濕性差、焊接溫度高的特性； 并且要求焊后殘留物少、腐蝕性小， 以保證產品的可靠性. 另外， 現有的波峰焊機需要用新的助焊劑噴霧裝置進行升級， 以適用于無VOC 環保免清洗助焊劑的加工處理. 使用超聲或者噴嘴類型的助焊劑噴霧設備效果最好， 因為焊劑的液滴尺寸可以控制， 而且在整個PCB 板上可以均勻涂布。采用氮氣保護的， 免清洗助焊劑的性能將更為優越地體現出來. 氮氣環境中焊接可以顯著降低無鉛釬料的潤濕角， 提高釬料的潤濕能力， 增加可焊性。同時， 可以大大降低高溫下無鉛釬料的氧化，保證焊接過程的穩定性。

對于可靠性要求較高的一些高端電子產品， 如艦艇、軍用飛機等軍用電子產品， 可以采用水溶性助焊劑焊接。但同時需配備清洗后的廢水處理系統， 注意環境保護問題。該類助焊劑成分中含有水或者焊后殘余物可溶于水， 因此， 焊后可以用水洗凈焊劑殘留物， 能夠保證電子產品的高可靠性。從環保要求和無鉛釬料相對較低的潤濕性兩個方面考慮， 無鉛波峰焊可以采用無VOC 免清洗助焊劑和水溶性助焊劑。同無鉛釬料一樣， 無VOC 免清洗助焊劑和水溶性助焊劑的使用也將成為一種趨勢。