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助焊剂的作用

助焊剂的作用

  
无论手工焊,浸焊,波峰焊还是再流焊,其焊接过程都要经过焊件(被金属或称母材界面的表面清洁、加热、润湿、扩散和溶解、冷却凝固、形成焊点几个阶段。助焊剂在焊接过程中除了能够起到去除焊件(金属)表面氧化物、污染物的作用以外,还能起到防止金属表面高温再氧化、辅助热传导、降低熔融焊料表面张力、提高润湿性、改善焊点质量的作用。

1.去除被焊金属表面的氧化物。

   
自然界中除纯金和铂外,放置在空气中的所有金属在室温下都会发生氧化,表面形成氧化层,妨碍焊接的发生。因此,焊接前的首要任务是清除氧化层。
   
下面分析元件引脚与PCB焊盘常用金属Cu表面和焊料Sn-Pb表面的氧化层。Cu暴露在空气中很容易氧化生成表面氧化膜,低温时生成暗红色的氧化亚铜,高温时生成黑色的氧化铜。有研究表明,Cu在空气中的氧化速度非常快,在室温下90,厚度可达到10mm。铜在空气中的氧化速度随温度、湿度的升高而加快,106℃16h,厚度就会达到10m。会妨碍焊接的发生,因此元件和PCB制造工艺中必须及时将引脚与PCB焊盘用各种涂镀层保护起来,同时还要规定存储环境条件,并在一定的时间内完成焊接,以保证可焊性。
   
传统焊料SnPb合金在固态时不易氧化,但在熔融状态下极易氧化,主要生成黑色的助焊剂的作用下还会生成白色的。Sn在常温下不易氧化,新生Sn表面在室温下一周后的氧化层SnO2厚度为2mm,一年后仅为3nm。但Sn在高温下非常易于氧化,而且氧化速度随温度的升高而加快,200℃的氧化速度比100℃加快2倍。由于Pb的活性远远低于Sn的活性,因此Sn-Pb合金主要的氧化物是SnO2SnO,也有少量的PbO

(1)松香去除氧化膜
松香酸在活化温度范围下能够与母材及焊料合金表面的氧化膜起还原反应,生成松香酸铜(残留物),松香酸铜是一种绿色半透明的类似松香状的物质,它容易和未参加反应的松香混留下裸露的金属铜表面以便钎料润湿。松香酸铜只与氧化铜发生反应,不与钝铜发生反应,因而没有腐蚀问题。松香酸铜可溶于许多溶剂,但不溶于水,这就是需要使用溶剂、半水溶剂或皂化水来清除的原因。

1.
松香去氧化物的通用式为:
  
松香酸在活化温度范围下能够与母材及焊料合金表面的氧化膜起还原反应,生成松香酸铜(残留物),松香酸铜是一种绿色半透明的类似松香状的物质,它容易和未参加反应的松香混合,留下裸露的金属铜表面以便钎料润湿。松香酸铜只与氧化铜发生反应,不与钝铜发生反应,因而没有腐蚀问题。松香酸铜可溶于许多溶剂,但不溶于水,这就是需要使用溶剂、半水溶剂或皂化水来清除的原因。

(1)活性剂去除氧化膜
有机构研究了硬脂酸与氧化铜的反应,认为其去除氧化膜的过程是按如下方式进行的,其反应产物是硬脂酸铜,为绿色晶体,熔点200℃。之后,硬脂酸铜在钎焊温度下会发生热分解,吸收氢气,生成硬脂酸和铜,其反应式如下:

(3)助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应
(4)
有机卤化物去氧化膜作用。

有机卤化物在加热过程中发生分解,通常使用的活性剂是有机版的盐酸盐,这些活性剂在加能释放出HC1并与Cu2O起还原反应,使氧化膜生成氯化物(残留物)。氯化物能溶于水和溶剂,因此可以清洗掉。在有机醇混合载体中加入较多的有机卤化物,可以得到很高的活性,但腐蚀倾向也加剧。因此,一般在电子工业中对其添加量作了严格的限制。

1.  防止焊接时金属表面的再氧化
焊接时助焊剂涂覆在金属表面,使金属表面与空气隔离,能够有效防止焊接时金属表面在高温下再次被氧化。
3.
降低焊料的表面张力、增强润湿性、提高可焊性。

助焊剂中的松香酸和活性剂的活化反应就是分解、还原和置换反应。在化学反应时会发出热量和激活能,有助于降低熔融焊料的表面张力和黏度,同时使金属表面获得激活能,可以促进液态焊料在被焊接金属表面漫流,增加表面活性,从而提高液态焊料的浸润性。未滴加助焊剂焊接时,由于液态焊料表面张力大、润湿性差,呈半熔状态;是滴加助焊剂后的现象,由于助焊剂降低了表面张力,迅速去除了金属表面的氧化层,出现了润湿现象,有利于扩散、溶解、冶金结合,提高了可焊性。焊料由于助焊剂降低了熔融焊料的表面张力和黏度,这样就增加了液态焊料的流动性,因此有利热量迅速、有效地传递到焊接区,加速扩散速度。

 

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