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助焊劑的作用與使用

2018-06-22

助焊劑的作用與機理一、作用:助焊劑,顧名思義,就是協助焊接,電子零件往線路板上焊接時,由于要求考慮產品焊盤部分會氧化和精密貼合,所選用的一種能夠更好地焊接的一種物質。隨著SMT技術的廣泛應用以及貼片產品的普遍應用,助焊劑越來越成為工業生產中不可或缺的一部分,歸納起來,助焊劑主要有以下幾個作用:輔助熱傳導、去除氧化物、降低被焊接材質表面張力、去除被焊接材質表面油污、增大焊接面積、防止再氧化等幾個方面,在這幾個方面中比較關鍵的作用有兩個就是:去除氧化物與降低被焊接材質表面張力。
(一)、關于輔助熱傳導作用的理解。
在焊接時,焊錫基本處于完全熔融的高溫狀態,在這種高溫狀態下,被焊接元器件與焊盤必然會經受一定的高溫考驗,至于最高溫度的熱沖擊,人們在實際操作中會采用各種應對措施加以防范,同時要求被焊接物之材質的耐熱性能要比較強,一般根據標準工藝之溫度要求,將其材質最終能夠承受的溫度極限(也叫耐熱溫度),設計在可能遭受的最高溫度線以上20-300C左右,應該說是這比較保險的安全范圍。所以,一旦被焊物材質確定下來后,最終會承受熱沖擊的可能性基本都在安全許可范圍內,但是,在實際的工藝操作過程中變數太多,如每臺機器之間與標準工藝的誤差,可能會造成整個焊接過程所有參數的改變,既使最高溫度是在事先設定的安全范圍內,但如果升溫速率過大,會使所有可能接觸到錫液的每一個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性能的蠕變,對這種材質性能的蠕變,在短期內幾乎所有的檢測手段都無能為力,它所造成的危害是長期的、潛在的、不易被查明原因的,這種危害對一些精密電子信息產品而言,可算是致命的內傷。
基于以上闡述,我們對助焊劑輔助熱傳導的作用就極易理解了,當前所有助焊劑的組份中,溶劑基本上是不可缺少的,同時溶劑中也有高沸點的添加劑,這些物質在遇熱后能吸收一部分熱量,同時在達到沸點的溫度后開始逐步揮發,同時帶走部分熱量,使被焊接材質不至于在瞬間產生急驟的溫度變化;另外,因為助焊劑在焊接材質表面的涂覆,還能使整個板面的受熱情況趨于均勻。所以,我們對種狀況理解為輔助熱傳導,它所輔助的整個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或幫助熱能迅速傳導的這樣一個過程或作用。
(二)、關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成型的過程,這個過程也是合金結構發生變化及合金重組的過程。焊料合金本身的結構狀態基本都是穩定的,那么,它與其他金屬或其他合金在極短的時間內重新熔合,并形成新的合金結構就不是那么容易的事情,目前,傳統的焊料合金為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,但是當這些金屬被空氣或其他物質所氧化或反應時,在這些金屬物的表面會形成一個氧化層,雖然錫鉛焊料與這些金屬本身較易形成合金結構,但與這些物質的氧化物或化合物形成新的焊點接頭,重新熔合的機會就非常低。幾乎所有的焊接材料設計者在論證焊料的可焊性時,都是將焊接材質及工藝環境設定在理想狀態,而所有的理想狀態在實際工藝過程中幾乎是不存在的,就線路板、元器件、或其他被焊接材質的制造與儲存、運送、再生產等各個環節而言,各種焊接材質表面被氧化的可能性都是100存在的。
因此,焊接前對被焊接材質表面氧化層的處理就顯得格外關鍵,而助焊劑去除氧化物的過程,其實就是一個氧化還原的過程,助焊劑中的活性劑通常是各種有機酸或有機酸鹽類物質,至少有一、兩種酸或酸鹽,通常由多種酸及酸鹽復配來用。在氧化還原反應的過程中,反應進行的速度及反應能力是人們比較關注的問題,這兩個是內在的問題,其外部表現就是通常人們所講的焊接速度與焊接能力,在材質、工藝等情況既定的情況下,對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較差,活性較強的助焊劑去除氧化膜的能力較強、上錫速度較快,但如果焊劑中活性劑太多、太強或整體結構配伍不好時,很可能會導致焊后有活性物質殘留,這時就存在焊后繼續腐蝕的可能性,對產品的安全性能造成了相當隱患。
(三)、關于降低被焊接材質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,而元件管腳或焊盤則為固體狀態,當兩種物質接觸時,因液態物質表面張力的作用,會直接造成兩種物質接觸界面的減小,我們對這種現象的表面概括是錫液流動性差或擴展率小,這種現象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時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表面張力的一種物質,它的分子兩端有兩個集團結構,一端親水憎油另一端親油憎水,通過其外部表現可以看到,它由溶劑可溶性和溶劑不溶性兩部分組成,這兩個部分正處于分子的兩端,形成一種并不對稱的結構,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構所決定的。
助焊劑中表面活性劑的添加量很小,但作用卻很關鍵,降低被焊接材質表面張力,所表現出來的就是一種強效的潤濕作用,它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴展、流動、浸潤等。通常焊點成球、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表面張力,通過上文的分析,助焊劑其他方面的作用其實更容易理解。去除被焊接材質表面油污、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的表面都是光潔或平整的,其實用高倍放大鏡觀察時,我們可以發現,其實這些材質表面并不光潔也不平整,而是有很多的凸凹,而在這些凸凹點中會有油污或其他灰塵分布,助焊劑中的有機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出凸凹不平的狀況,這樣在焊接時,焊接面將增大,焊接強度也會增強。=?QvpEIHn關于防止再氧化這個作用,在早期的松香型焊劑時表現的尤其明顯,當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,這種物質能夠代替早期松香或樹脂的保護作用,使焊后新焊點合金受氧化的程度降低、機率減小?! 《?、助焊劑的工作原理:通過以上對助焊劑相關作用的分析,助焊劑的工作原理就很容易理解了,概括來講:就是在整個焊接過程中,助焊劑通過自身的活性物質作用,去除焊接材質表面的氧化層,同時使錫液及被焊材質之間的表面張力減小,增強錫液流動、浸潤的性能,幫助焊接完成,所以它的名字叫助焊劑。
如果要對助焊劑工作原理進行一個全分析,那就是通過助焊劑中活化物質對焊接材質表面的氧化物進行清理,使焊料合金能夠很好地與被焊接材質結合并形成焊點,在這個過程中,起到主要作用的是助焊劑中的活化劑等物質,這些物質能夠迅速地去除焊盤及元件管腳的氧化物,并且有時還能保護被焊材質在焊接完成之前不再氧化。
另外,在去除氧化膜的同時,助焊劑中的表面活性劑也開始工作,它能夠顯著降低液態焊料在被焊材質表面所體現出來的表面張力,使液態焊料的流動性及鋪展能力加強,并保證錫焊料能滲透至每一個細微的釬焊縫隙;在錫爐焊接工藝中,當被焊接體離開錫液表面的一瞬間,因為助焊劑的潤濕作用,多余的錫焊料會順著管腳流下,從而避免了拉尖、連焊等不良現象。
三、常用助焊劑的一些基本要求通過對助焊劑作用與工作原理的分析,概括來講,常用助焊劑應滿足以下幾點基本要求:1、具一定的化學活性(保證去除氧化層的能力);2、具有良好的熱穩定性(保證在較高的焊錫溫度下不分解、失效。);3、具有良好的潤濕性、對焊料的擴展具有促進作用(保證較好的焊接效果);4、留存于基板的焊劑殘渣,對焊后材質無腐蝕性(基于安全性能考慮,水清洗類或明示為清洗型焊劑應考慮在延緩清洗的過程中有較低的腐蝕性,或保證較長延緩期內的腐蝕性是較弱的。);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,都應具有良好的清洗性,如果在切實需要清洗的時候,都能夠保證有適當的溶劑或清洗劑進行徹底的清洗;因為助焊劑的根本目的只是幫助焊接完成,而不是要在被焊接材質表面做一個不可去除的涂層。);6、各類型焊劑應基本達到或超過相關國標、行標或其他標準對相關焊劑一些基本參數的規范要求;(達不到相關標準要求的焊劑,嚴格意義上講是不合格的焊劑。);7、焊劑的基本組份應對人體或環境無明顯公害,或已知的潛在危害;(環保是當前一個世界性的課題,它關系到人體、環境的健康、安全,也關系到行業持續性發展的可能性。)。

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