助焊劑在PCB行業中應用(yong)很廣，其品質直(zhi)接影響電子(zi)工業的(de)整個生(sheng)產過程和產品(pin)質量。隨(sui)著RoHS 和WEEE指(zhi)令的實行，無鉛化對助焊劑的性能(neng)提出了更高的(de)要求，助(zhu)焊劑(ji)已由傳統的(de)松香型向無鹵(lu)、無松香、免清洗(xi)、低(di)固含量方(fang)向(xiang)發展，其組成也隨之發(fa)生了相(xiang)應(ying)的變化(hua)，各組分的相(xiang)互作用，使(shi)助焊劑的(de)性(xing)能更加(jia)優良。

1、助(zhu)焊(han)劑的(de)基本(ben)組成

國內外助焊(han)劑(ji)一(yi)般由活化劑(ji)、溶劑(ji)、表面活性劑(ji)和(he)特殊成(cheng)分(fen)組(zu)成(cheng)。特殊成(cheng)分(fen)包括緩蝕(shi)劑(ji)、防(fang)氧(yang)化劑、成膜劑等(deng)。

2、助焊劑各(ge)成分的(de)作用

被焊金屬工件表面(mian)存在氧(yang)化物(wu)、灰塵等污垢，阻礙工件基體金屬和(he)焊料之間以(yi)原子狀(zhuang)態相互擴(kuo)散(san)，因(yin)此必須(xu)清(qing)除氧化物等以使表面清(qing)潔(jie)露出金(jin)屬基(ji)體(ti)，但(dan)是被清潔(jie)的(de)金屬基(ji)體(ti)表面的(de)原子(zi)在(zai)大氣(qi)中又(you)立刻被氧化，在焊接溫度下，氧化速度更快。所以在焊(han)(han)接過程中加(jia)入助(zhu)焊(han)(han)劑，用來協助(zhu)提供沒有(you)氧(yang)化層的金(jin)屬表面(mian)，并保持這(zhe)些(xie)表面(mian)的無氧(yang)化物(wu)狀(zhuang)態，直到(dao)焊(han)(han)錫與(yu)金屬表(biao)面完成焊(han)(han)接過程。同時依(yi)靠焊(han)劑的化學作(zuo)用，與被(bei)焊(han)金屬表面(mian)的氧化物化合，在(zai)焊接溫(wen)度下(xia)形成液態化(hua)臺(tai)物，使被焊金屬部位表面的金屬原(yuan)子(zi)與(yu)熔融焊料的原(yuan)子(zi)相互擴散，以(yi)達到錫焊(han)連接的目的。在焊(han)接過(guo)程中助焊(han)劑還能促進焊(han)錫的流動(dong)和擴散(san)，通(tong)過減小表面不平度來影(ying)響焊(han)錫表面張力在焊錫擴散方向上(shang)的平衡。

理想的助焊(han)劑除(chu)化學活性外，還要(yao)具有良好的熱穩(wen)定(ding)性、粘附力、擴展力、電(dian)解活性、環(huan)境(jing)穩(wen)定(ding)性、化學(xue)官能團及其反應特(te)性、流變特(te)性、對通用清(qing)洗溶液(ye)和設備的適應(ying)性等(deng)。助焊劑的(de)上述(shu)作用都是通(tong)過其中的(de)活化(hua)劑、溶劑、表面活性劑等(deng)成分的(de)作用來實現的(de)。

2.1 活化劑的作用機理(li)

活化劑(ji)主要作(zuo)用是在焊接溫度下(xia)去除焊盤和焊料表面(mian)的氧化物，并形成保(bao)護層(ceng)，防止基體的再次氧化，從(cong)而提高焊(han)料和焊(han)盤之(zhi)間的潤濕(shi)性。助焊劑(ji)活(huo)化劑(ji)的(de)成分一般為氫氣、無機鹽、酸類和胺類，以及(ji)它們的(de)復配組合物。

2.1.1氫(qing)氣、無(wu)機鹽(yan)

氫氣和無機鹽如氯化(hua)亞錫、氯化(hua)鋅(xin)[1]、氯(lv)化銨[2] 等是利用其還(huan)原性與氧(yang)化物反應，如：氣體助焊(han)劑中的氫(qing)氣，在焊(han)接之后水是其一種的殘留(liu)物；而且氫的(de)還(huan)原作用能(neng)有效(xiao)地清除金(jin)屬表面的(de)氧化(hua)物，把氧化(hua)物轉化(hua)為水。MxOy＋yH 2 ＝xM＋yH 2 O 同時，氫還為金屬表面提供保(bao)護氣體，防止金屬(shu)表面在焊接(jie)完成之前再(zai)氧化。

2.1.2有(you)機酸

酸類活(huo)性劑（如鹵(lu)酸、羧酸、磺酸）主(zhu)要是因為H+和氧化物反應，例(li)如[3]：有機酸(suan)的羧基和金屬(shu)離子以金屬(shu)皂(zao)的形(xing)式除去焊(han)盤和焊(han)料的(de)氧化(hua)膜(mo)：

CuO＋2RCOOH→Cu(RCOO)2 ＋H 2 O

隨后有機酸銅發生分(fen)解，吸收氫氣，并生成有機酸(suan)與金屬(shu)銅：

Cu(RCOO)2＋H2＋M→2RCOOH＋M－Cu

松香（Colophony）用分子式表示(shi)為C 19 H29COOH，由于它(ta)(ta)含有(you)羧基(ji)，使(shi)得(de)它(ta)(ta)在(zai)一定的溫度(du)下，有(you)一定的助焊作(zuo)用；同時(shi)松香(xiang)是一種大分子(zi)多環化合物，因此它具有一(yi)定(ding)的成(cheng)膜(mo)性，在焊接過(guo)程中傳遞熱(re)量和起覆蓋作用，能保護(hu)去(qu)除氧化膜后的金屬(shu)不再重新被氧化。

現在有(you)單(dan)一(yi)有(you)機(ji)酸作活化(hua)劑，也有(you)混酸用作活化劑。這些酸(suan)的(de)沸(fei)點和分解溫度(du)有一定的(de)差異，這樣組合(he)，可以使助焊劑的沸點和活化劑分解溫度呈一個(ge)較大(da)的區間分(fen)布。

2.1.3有機(ji)鹵化物(wu)

如(ru)羧酸鹵化物、有機胺(an)的(de)氫鹵酸鹽。張銀雪[4]以(yi)溴化(hua)水楊酸為活(huo)化(hua)劑，它在釬焊溫(wen)度時(shi)，可熱分解(jie)出溴化氫和水楊酸(suan)溶解(jie)基(ji)體金(jin)屬表面的氧化物；并且水楊酸的羥(qian)基、羧(suo)基在(zai)釬焊時(shi)可與JH樹脂(zhi)反應交聯成高分子樹脂(zhi)膜，覆蓋在焊點表面。有機胺(an)的(de)氫鹵(lu)酸鹽如鹽酸苯胺(an)，在焊接時，熔(rong)融的助焊劑(ji)與基板的銅進行反(fan)應，并產生(sheng)CuC1 2 和銅絡合物(wu)(wu)。結果生(sheng)成的銅化(hua)合物(wu)(wu)主要與熔融的焊料(liao)中(zhong)的錫產生(sheng)反應生(sheng)成了金屬銅，這些(xie)銅立即熔解到焊料之中(zhong)，通過這(zhe)些(xie)反應和銅在焊料中(zhong)的熔解，使(shi)焊料在銅板上流布(bu)。反(fan)應如下(xia)[5]：

Cu＋2C6 H5NH2?HCl→CuCl2＋2 C6H5NH2＋H2

CuCl2＋2C6H5NH2?HCl→Cu[C6H5NH3]2Cl4

2.1.4有機胺與酸(suan)復配使用

有機胺本身含有氨基(ji)-NH︰具有活性，加(jia)入有機胺可促(cu)進(jin)焊接效果。為了減小助焊(han)劑對銅板的腐蝕作用(yong)，可在配制(zhi)的助焊(han)劑(ji)中加入(ru)一定量(liang)的緩蝕劑(ji)，緩蝕劑(ji)通常(chang)選擇有機(ji)胺。有機(ji)酸和(he)有機(ji)胺混合會發生(sheng)中(zhong)和(he)反應，生(sheng)成(cheng)中和產(chan)物(wu)。這種中和產(chan)物(wu)是不穩定的，在焊接溫度下會(hui)迅速分(fen)解，重新生(sheng)成有(you)機(ji)酸和有(you)機(ji)胺(an)，這樣就(jiu)能保證有機酸原有的活性，焊接結束后，剩余的有機酸又(you)會(hui)被有機胺(an)中和，使殘(can)留物的(de)酸性下降，減少腐蝕。因此(ci)加入了有機胺類以(yi)(yi)后，不僅可以(yi)(yi)調節助焊(han)劑的(de)酸度，可以使(shi)焊(han)點光(guang)亮，在不降低焊(han)劑活性(xing)的情況下，焊后腐蝕性(xing)降至更低[6]。

目前，這(zhe)方面更適宜的(de)是將潤濕能力(li)較強(qiang)的(de)有機胺和(he)有機酸結合起(qi)來使用。如薛樹(shu)滿等人(ren)在[7] 中介紹了(le)以脂肪族二元酸、芳(fang)香(xiang)酸或(huo)氨基酸為活性成分復配(pei)的助焊(han)劑。此外，在焊劑中加入少量的甘油，不僅有助于焊(han)劑(ji)的存儲穩定性，也(ye)有助于活化劑(ji)的活性發揮。張鳴(ming)玲(ling)在助焊劑中加(jia)入二(er)溴丁(ding)二(er)酸(suan)、二(er)溴丁(ding)烯二(er)醇、二(er)溴苯乙(yi)烯等來增強(qiang)助焊(han)劑的活性(xing)[8]。低溫時(shi)活性緩和的是羧(suo)酸(suan)(suan)（包括二羧(suo)酸(suan)(suan)），它們的(de)(de)高(gao)溫活(huo)性明(ming)顯提高(gao)；活(huo)性較高(gao)的(de)(de)是有機磷酸酯、磺酸(suan)、有(you)機胺（包括肼）的(de)氫鹵酸(suan)鹽或(huo)者有(you)機酸(suan)鹽；鹵代(dai)(dai)物和(he)其取代(dai)(dai)酸(suan)的(de)活性(xing)大小取決于它們的(de)具(ju)體結構。

2.2其它成分的(de)作(zuo)用(yong)

助焊劑中還(huan)包含許多其它有用成分。溶(rong)劑(ji)主要作用是溶(rong)解焊劑(ji)中(zhong)的(de)所(suo)含成分，作為各成(cheng)分的載體(ti)，使之成(cheng)為均勻(yun)的粘稠液體(ti)。一般為醇類(lei)(lei)、酯類(lei)(lei)、醇醚類(lei)(lei)、烴類(lei)(lei)、酮類(lei)(lei)等。高沸(fei)點的醇保護效果較好(hao)，但粘度大、使用不便；低沸點的(de)醇黏(nian)度低，但保(bao)護性差，因而可以考(kao)慮選擇混合(he)醇的方(fang)法[9][10]。一般為高沸(fei)點和低(di)沸(fei)點醇的混合(he)物(wu)，有(you)的使用水溶性的醇和不(bu)溶于水的醚作溶劑[11]。李偉浩以超支(zhi)化結(jie)構和(he)平均分子量為2000的水溶(rong)性聚合(he)物作為助焊劑載體，超支化的分子構型不僅(jin)能提高聚(ju)合物(wu)的熱分解(jie)溫度，同時可以降低聚(ju)合物(wu)的粘度，增強聚合物(wu)的滲透和潤濕性(xing)能[12]。表面(mian)活性劑主要作用是降低焊劑的表面(mian)張(zhang)力，增加焊劑對焊粉和焊盤的(de)親潤性。

與Sn-Pb （63-37）相比(bi)，非鉛焊料（如SAC 3 O5等）的熔點(dian)更高、表(biao)面張力更大，在(zai)高溫時處理時間長，快速(su)冷卻(que)時產(chan)生的內應力大，所以表面活(huo)性劑在提高非鉛焊(han)料焊(han)接互連(lian)可靠性方面(mian)的作(zuo)用(yong)更為突出(chu)。它們(men)可以是非離子(zi)表面活(huo)性劑(ji)(ji)，陰離子(zi)表面活(huo)性劑(ji)(ji)，陽離(li)子表(biao)面活性(xing)(xing)劑，兩性(xing)(xing)表(biao)面活性(xing)(xing)劑和含氟類(lei)表(biao)面活性劑。

緩(huan)蝕劑一(yi)般為(wei)吡(bi)咯類(lei)，例如苯并三氮唑（BTA），它是銅的(de)高效緩(huan)蝕劑(ji)，其(qi)加入可以(yi)抑制助焊劑(ji)中(zhong)的(de)活性(xing)劑對(dui)銅板產生(sheng)的腐(fu)蝕。一般(ban)認為苯并三氮唑(zuo)與銅反應生(sheng)成不溶(rong)性聚合物(wu)的沉淀膜。王偉科根據化學分析(xi)和X射線分析，認為(wei)膜的經驗式(shi)是BTA 4 Cu3Cl2? H2O和（BTA2Cu）2CuCl2?H2O，且聚(ju)合物和金屬銅的表面平行，非常(chang)穩(wen)定。BTA在(zai)Cu 2 O層上成膜比(bi)在CuO層上(shang)成膜(mo)更容易(yi)，而且膜(mo)的厚(hou)度厚(hou)了近一倍。BTA的濃度大(da)于l0-3 mol／L時，就(jiu)可以(yi)很好地抑制銅(tong)的腐蝕[9]。

防(fang)氧化劑主要功能(neng)是(shi)防(fang)止(zhi)焊料氧化，一般為酚(fen)類（對苯二酚、鄰(lin)苯二酚、2、6-二叔(shu)丁基對甲(jia)苯酚），抗壞血酸及其衍(yan)生物等。特(te)別是(shi)在水溶性助焊(han)劑中，一(yi)定要有防氧化劑。F?J?賈斯基在助焊(han)劑中加入多(duo)核芳(fang)香(xiang)族(zu)化合物(wu)，在加熱時釋放出N 2 形成惰性氣氛從而防止(zhi)氧化[13]。成膜(mo)劑選用烴、醇(chun)、脂，這類物質(zhi)一般具有良好的電氣性能(neng)，常溫下起保護(hu)膜作用不顯(xian)活性，在200℃~300℃的焊接(jie)溫度下顯示活性，具有無腐(fu)蝕(shi)、防潮等特點。

觸變(bian)劑其主要(yao)作用是(shi)賦予焊膏一定的觸變(bian)性(xing)能(neng)，即焊(han)(han)膏(gao)(gao)在受力狀態下粘度(du)變小，以便于焊(han)(han)膏(gao)(gao)印刷(shua)(shua)。印刷(shua)(shua)完畢，在不(bu)受力(li)狀態，其粘(zhan)度增大，以保持固有形(xing)狀，防止焊膏塌陷。增(zeng)稠劑(ji)(ji)（又稱增(zeng)粘(zhan)劑(ji)(ji)）主要(yao)作(zuo)用是增(zeng)加焊劑(ji)(ji)的粘(zhan)度，以賦予焊膏一定的粘性，便于(yu)粘貼待焊元件。界面(mian)(mian)化合(he)物生長抑制劑：在焊盤銅表面(mian)(mian)形成的合金涂覆(fu)層中含有金屬(shu)間化合物（IMC），它(ta)們的組(zu)成和厚(hou)度(du)決定(ding)著組(zu)裝焊接時的(de)可焊性。

例如在熱風整平中形成Cu 3 Sn和Cu 6 Sn5，前者可(ke)焊性差，后者可(ke)焊(han)(han)性較(jiao)好(hao)，而更(geng)表層(ceng)的焊(han)(han)料層(ceng)才是更(geng)好(hao)焊(han)(han)接的；在(zai)Sn-Pb（63-37）中，由于低(di)共(gong)熔(rong)合金Sn/Pb的覆蓋，其IMC的厚度小；在(zai)非鉛焊(han)料中，常加(jia)入其(qi)它金(jin)屬（如(ru)SN100CL中的Ni或Co）來影響IMC層的(de)厚(hou)度[14]；而(er)在助焊劑中，常加(jia)入草酸，2-氨(an)基苯甲酸(suan)，喹啉，喹啉-2-羧酸(suan)等。此類化合物可在(zai)焊料與界面處形成一層界面(mian)化合物(wu)沉積(ji)層，可抑制焊(han)料(liao)與基板(ban)的原子擴散，因此阻(zu)礙了金屬間化合物的生(sheng)長[15]。

3、改進方法

3.1 微膠囊方法(fa)

為減少活性(xing)劑的酸性(xing)物質造成的腐蝕性(xing)問題，陳(chen)其垠等(deng)人(ren)[9][10][16][17]采用了微膠囊技術。他(ta)們(men)選用聚酰亞(ya)胺、丙(bing)烯酸樹脂、醋酸纖維素等做膜材對活性(xing)劑進行微膠囊(nang)化。微膠囊(nang)化后(hou)的(de)膜阻隔了有(you)機酸(suan)和金(jin)屬表面的(de)直(zhi)接接觸，避免了金(jin)屬被(bei)氧(yang)化，而在焊接時達(da)到(dao)一(yi)定溫度，膜材(cai)被破(po)壞，釋放出有(you)機酸，達到(dao)焊接的目的。這樣(yang)處理(li)后制(zhi)備的助(zhu)焊劑既具有很強(qiang)的助(zhu)焊性，而(er)(er)又(you)無腐蝕性，從而(er)(er)真正(zheng)達(da)到免清洗的目的。王偉科(ke)認為，酸和(he)胺易發生中和(he)反應(ying)，但由于成膜劑的非很性保護作(zuo)用使得包覆后的活性物質(zhi)仍能(neng)保持惰(duo)性狀態從而提高助焊劑的性能(neng)。

3.2 可固化助(zhu)焊(han)劑

在常(chang)見的(de)免清洗助焊劑中(zhong)，一般采(cai)用的(de)組成(cheng)成(cheng)分在焊接時揮發(fa)，但一般有少許殘留，且在揮發(fa)時對空氣多有影響。所以，為實現(xian)無(wu)VOC免清(qing)洗，出現了可固化助焊(han)劑[18]-[20]，它們在焊接時作助焊劑，在加熱固化(hua)后用作焊接部位的(de)增強材料。八月朔日猛[18]研制的可固化助焊(han)劑中包含酚羥基基團(tuan)的樹脂，和固(gu)化該樹脂的固(gu)化劑(ji)以(yi)及固(gu)化催化劑(ji)。

4、展(zhan)望

隨(sui)著電子(zi)類產品向高(gao)性能、多引線(xian)、多元化和(he)窄間距(ju)化方向發(fa)展，隨著社會環保(bao)意(yi)識(shi)的增(zeng)強，對熱風整平、波峰焊和SMT提出了更高的(de)要(yao)求，助焊劑也隨之由傳(chuan)統的松(song)香型(xing)、含鹵素助焊劑向無鹵無松(song)香或(huo)低松(song)香型的(de)免清洗無VOC型(xing)助(zhu)焊劑(ji)方向發展。在減(jian)少助焊(han)劑腐蝕性方面、提高助焊(han)劑活性方面、在無(wu)揮(hui)發物的低(di)固含量真正免清洗助焊劑研制(zhi)方(fang)面、可固化助焊(han)劑方(fang)面等都值得進一步(bu)研究。(end)