助焊劑的作用

1．去除被焊金屬表面的氧化物。

    自然界中除純金和鉑外,放置在空氣中的所有金屬在室溫下都會發(fā)生氧化,表面形成氧化層,妨礙焊接的發(fā)生。因此,焊接前的首要任務(wù)是**氧化層。
    下面分析元件引腳與PCB焊盤常用金屬Cu表面和焊料Sn-Pb表面的氧化層。Cu暴露在空氣中很容易氧化生成表面氧化膜,低溫時生成暗紅色的氧化亞銅,高溫時生成黑色的氧化銅。有研究表明,Cu在空氣中的氧化速度非常快,在室溫下90天,厚度可達(dá)到10mm。銅在空氣中的氧化速度隨溫度、濕度的升高而加快,如106℃時16h,厚度就會達(dá)到10m。會妨礙焊接的發(fā)生,因此元件和PCB制造工藝中必須及時將引腳與PCB焊盤用各種涂鍍層保護(hù)起來,同時還要規(guī)定存儲環(huán)境條件,并在一定的時間內(nèi)完成焊接,以保證可焊性。
    傳統(tǒng)焊料SnPb合金在固態(tài)時不易氧化,但在熔融狀態(tài)下極易氧化,主要生成黑色的助焊劑的作用下還會生成白色的。Sn在常溫下不易氧化,新生Sn表面在室溫下一周后的氧化層SnO2厚度為2mm,一年后僅為3nm。但Sn在高溫下非常易于氧化,而且氧化速度隨溫度的升高而加快,如200℃的氧化速度比100℃加快2倍。由于Pb的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Sn的活性,因此Sn-Pb合金主要的氧化物是SnO2和SnO,也有少量的PbO。

(1)松香去除氧化膜
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膜起還原反應(yīng),生成松香酸銅(殘留物),松香酸銅是一種綠色半透明的類似松香狀的物質(zhì),它容易和未參加反應(yīng)的松香混留下裸露的金屬銅表面以便釬料潤濕。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,這就是需要使用溶劑、半水溶劑或皂化水來**的原因。

1.松香去氧化物的通用式為:
   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膜起還原反應(yīng),生成松香酸銅(殘留物),松香酸銅是一種綠色半透明的類似松香狀的物質(zhì),它容易和未參加反應(yīng)的松香混合,留下裸露的金屬銅表面以便釬料潤濕。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,這就是需要使用溶劑、半水溶劑或皂化水來**的原因。

(1)活性劑去除氧化膜
有機(jī)構(gòu)研究了硬脂酸與氧化銅的反應(yīng),認(rèn)為其去除氧化膜的過程是按如下方式進(jìn)行的，其反應(yīng)產(chǎn)物是硬脂酸銅,為綠色晶體,熔點200℃。之后,硬脂酸銅在釬焊溫度下會發(fā)生熱分解,吸收氫氣,生成硬脂酸和銅,其反應(yīng)式如下:

(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)版的鹽酸鹽,這些活性劑在加能釋放出HC1并與Cu2O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。在有機(jī)醇混合載體中加入較多的有機(jī)鹵化物,可以得到很高的活性,但腐蝕傾向也加劇。因此,一般在電子工業(yè)中對其添加量作了嚴(yán)格的限制。

1.  防止焊接時金屬表面的再氧化
焊接時助焊劑涂覆在金屬表面,使金屬表面與空氣隔離,能夠有效防止焊接時金屬表面在高溫下再次被氧化。
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)時會發(fā)出熱量和激活能,有助于降低熔融焊料的表面張力和黏度,同時使金屬表面獲得激活能,可以促進(jìn)液態(tài)焊料在被焊接金屬表面漫流,增加表面活性,從而提高液態(tài)焊料的浸潤性。未滴加助焊劑焊接時,由于液態(tài)焊料表面張力大、潤濕性差,呈半熔狀態(tài)；是滴加助焊劑后的現(xiàn)象,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。焊料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)焊料的流動性,因此有利熱量迅速、有效地傳遞到焊接區(qū),加速擴(kuò)散速度。