助焊剂是波峰焊接、SMT焊接过程不可缺少的辅料,在波峰焊中助焊剂和合金焊料分开使用,而在回流焊中,助焊剂则作为焊膏的重要组成部分。
一、助焊剂的主要作用
助焊剂(FLUX)来源于拉丁文“流动”(Flow in soldering),有以下主要功能:
1、除去焊接表面的氧化物,迅速使焊接表面金属清洁、裸露,使焊料在被焊金属表面具有较强的润湿能力。
2、防止焊接时焊料和焊接表面的再氧化。
3、降低焊料的表面张力。
4、有利于热量传递到焊接区。
二、焊剂的特性
1、具有去除表面氧化物、防止再氧化、降低表面张力等特性;
2、熔点比焊料低,在焊料熔化之前,助焊剂要先熔化,才能充分发挥助焊的作用;
3、浸润扩散速度比熔化焊料块,通常要求扩展率在90%或90%以上;
4、粘度和相对密度比焊料小。粘度大会使扩散困难,密度大就不能覆盖焊料表面;
5、焊接时不产生焊珠飞溅,也不产生毒气和强刺激的气味;
6、焊接后残渣易去除,并具有不腐蚀、不吸湿和不导电等特性;
7、焊接后不沾手,焊后不易拉尖;
8、在常温下存储稳定。
参考资料: 
1、化学活性(Chemical Activity)
  要达到一个好的焊点,被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面,但金属一旦曝露于空气中回生成氧化层,这中氧化层无法用传统溶剂清洗,此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用,当助焊剂清除氧化层之后,干净的被焊物表面,才可与焊锡结合。
  助焊剂与氧化物的化学放映有几种:1、相互化学作用形成第三种物质;2、氧化物直接被助焊剂剥离;3、上述两种反应并存。
  松香助焊剂去除氧化层,即是第一中反应,松香主要成份为松香酸(Abietic Acid)和异构双萜酸(Isomeric diterpene acids),当助焊剂加热后与氧化铜反应,形成铜松香(Copper abiet),是呈绿色透明状物质,易溶入未反应的松香内与松香一起被清除,即使有残留,也不会腐蚀金属表面。
  氧化物曝露在氢气中的反应,即是典型的第二种反应,在高温下氢与氧发生反应成水,减少氧化物,这种方式长用在半导体零件的焊接上。
  几乎所有的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物,但大部分都不能用来焊锡,助焊剂被使用除了去除氧化物的功能外,还有其他功能,这些功能是焊锡作业时,必不可免考虑的。
  2、热稳定性(Thermal Stability)
  当助焊剂在去除氧化物反应的同时,必须还要形成一个保护膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温,在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发,如果分解则会形成溶剂不溶物,难以用溶剂清洗,W/W级的纯松香在280℃左右会分解,此应特别注意。
  3、助焊剂在不同温度下的活性
  好的助焊剂不只是要求热稳定性,在不同温度下的活性亦应考虑。
  助焊剂的功能即是去除氧化物,通常在某一温度下效果较佳,例如RA的助焊剂,除非温度达到某一程度,氯离子不会解析出来清理氧化物,当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。另一个例子,如使用氢气做为助焊剂,若温度是一定的,反映时间则依氧化物的厚度而定。
  当温度过高时,亦可能降低其活性,如松香在超过600℉(315℃)时,几乎无任何反应,如果无法避免高温时,可将预热时间延长,使其充分发挥活性后再进入锡炉。
  也可以利用此一特性,将助焊剂活性纯化以防止腐蚀现象,但在应用上要特别注意受热时间与温度,以确保活性纯化。
  4、润湿能力(Wetting Power)
  为了能清理材表面的氧化层,助焊剂要能对基层金属有很好的润湿能力,同时亦应对焊锡有很好的润湿能力以取代空气,降低焊锡表面张力,增加其扩散性。
  5、扩散率(Spreading Activity)
  助焊剂在焊接过程中有帮助焊锡扩散的能力,扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变,通常“扩散率”可用来作助焊剂强弱的指标。
三、助焊剂的化学组成
  传统的助焊剂通常以松香为基体。松香具有弱酸性和热溶流动性,并具有良好的绝缘性、耐湿性、无腐蚀性、无毒性和长期稳定性。目前,在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂。还包括以下成分:活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂等。
1、活性剂
活性剂是为提高助焊能力而加入的活性物质,它对焊剂净化焊料表面和被焊件表面起主要作用。活性剂的活性是指它与焊料和被焊件表面氧化物等起化学反应的能力。在焊剂中,活性剂的添加量通常为1%~5%。
活性剂分无机活性剂和有机活性剂两种。无机活性剂如氯化锌、氯化铵等,助焊性好,单作用时间长,腐蚀性大,不宜在电子装联中使用。有机焊剂如有机酸及有机卤化物等,作用柔和,时间短,腐蚀性小,电气绝缘性好,适宜在电子装联中使用。
2、成膜剂
焊接后焊剂残留物能形成一层紧密的有机膜,保护了焊点和基板,具有一定的防腐蚀性能和电气绝缘性能。常用的成膜剂有松香、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚氨酯等。一般加入量在10%~20%。
3、添加剂
添加剂是为了适应工艺环境而加入的具有特殊物理和化学性能的物质。通常加入的添加剂有:PH调节剂、润湿剂、光亮剂、削光剂、缓蚀剂、发泡剂、阻然剂等。
4、溶剂
由于使用的焊剂大多数是液态的,必须将助焊剂中的固体成份溶解在一定的溶剂中,使之成为均相溶剂。一般采用异丙醇和乙醇作为溶剂。
四、助焊剂的分类
    1、按助焊剂的状态分:液态、糊状、固态三类焊剂。
      A)液态焊剂:用于浸焊和波峰焊接用;
      B)糊状焊剂:SMT焊锡膏用;
      C)固态焊剂:焊锡丝芯用。
    2、按助焊剂活性的大小分:R、RMA、RA和RSA焊剂
      A)低活性(R):用于级别较高的电子产品,可实现免清洗;
      B)中等活性(RMA):用于民用电子产品;
      C)活性(RA):用于可焊性差的元器件;
      D)极活性(RSA):用于可焊性差的元器件或有镍铁合金。
    3、按助焊剂中不挥发物含量分:低固含量、中固含量、高固含量焊剂。
      A)低固含量:≤2%,精密仪器或较高级别的电子产品
      B)中固含量:>2.0~5.0% 通用电子产品
      C)高固含量:>5.0~10.0% 民用电子产品
4、按残留物的溶解性能,可将助焊剂分为:有机溶剂清洗型(树脂型)、水溶型和免清洗型。

 


 


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