分享至
助焊劑的組成及研究進展
高四
(中南電子化學材料所，湖北武漢430070)
摘要：文章介紹了助焊劑的分類，以及助焊劑的活性成分、溶劑等組成和研究進展，并對其發展方向進行了展望。
關鍵詞：助焊劑；組成；進展
中圖分類號：TN41 文獻標識碼：A 文章編號：1 009—0096(2009)9—0059—04
Progress in Research of Flux Compositions
GaoSi
Abstract The classification of flux are introduced，according to the latest development trends of flux．The
research and development of the fluxes components such as the active substance and solvent，are also summarized．
At last，the development trends of flux are indicated．
Key words flux；component；development
電子工業中使用的助焊劑，不但要能提供優良的助焊性能，而且還不能腐蝕被焊材料，同時還要滿足一系列的機械和電學性能要求。因此，助焊劑的品質直接影響電子工業的整個生產過程和產品質量。傳統的助焊劑為松香基助焊劑，焊后殘留多、腐蝕性大、外觀欠佳，必須用對大氣臭氧層有破壞的氟里昂或氯化烴清洗印制板。并且由于含鉛焊料在電子產品中已被限制使用，無鉛焊料急速發展。
當前多用錫的其它合金來替代SnPb合金，但它們的熔點一般L~SnPb共晶焊料的熔點高出許多，造成了焊接過程中高溫易氧化等嚴重問題。同時，無鉛焊料與鉛錫焊料相比，其擴展率和潤濕性能大大低于鉛錫焊料，因而影響其可焊性。目前市售的無鉛焊料用助焊劑大都是在有鉛焊料用助焊劑的基礎上加以改進而成，大多含有鹵素，對電器性能要求較高的電子領域腐蝕仍較為突出。所以現在助焊劑在向無鹵、無松香、免清洗、低固含量方向發展。
1 助焊劑的種類
在焊接過程中助焊劑能促進焊錫的流動和擴散，由于金屬表面氧化現象普遍存在，焊接過程需要助焊劑協助提供沒有氧化層的金屬表面，并保持這些表面的無氧化物狀態，直到焊錫與金屬表面完成焊接過程，通過減小表面不平度來影響焊錫表面張力在焊錫擴散方向上的平衡。理想的助焊劑除化學活性外，還要具有良好的熱穩定性、粘附力、擴展力、電解活性、環境穩定性、化學官能團及其反應特性、流變特性、對通用清洗溶液和設備的適應性等。
助焊劑按其成分來分，可分為無機水溶性助焊劑、松香助焊劑和有機水溶助焊劑。助焊劑按殘留物的清洗類型來分，可分為溶劑清洗型、水清洗型和免清洗型。出于環保要求并為提高電器性能，現多為無鉛免清洗助焊劑。
其中免清洗助焊劑是一種不含鹵化物活性劑、低固含量、低離子殘渣的新型助焊劑產品，焊接后無需清洗。市場上常見的免清洗助焊劑雖然固體含量低，配制時將其活性成分的腐蝕性降為最小，但并不能完全排除焊后印制板上留有電介質殘留物。
因此長時間的潮熱條件下工作的電路板，線路問在電場作用下會發生絕緣劣化及腐蝕現象。國內對其有相應的可靠性評價試驗，主要是表面絕緣阻抗測試，其次為銅鏡腐蝕測試、鉻酸銀試紙測試、軟釬焊性試驗、不粘附性試驗等。
2 助焊劑的基本組成及發展
國內外助焊劑由活性劑、溶劑、成膜劑、表面活性劑、防氧化劑和緩蝕劑等成分組成。
2．1 活化劑
其主要作用是在焊接溫度下去除焊盤和焊料表面的氧化物，從而提高焊料和焊盤之問的潤濕性。
傳統的為無機物、松香、有機鹵化物，現多為有機酸和有機胺等。
無機物有無機酸、無機鹽等，如：鹽酸、氫氟酸和正磷酸；氯化亞錫、氯化鋅?、氯化銨佇等。
松香類助焊劑中松香一般占助焊劑體系的55％～65％，其主要作用是在焊接過程中傳遞熱量和覆蓋作用(保護底下的焊料不受氧化)，所選用的松香可以是天然松香、歧化松香、普通膠質松香、浮游松香、聚合松香、氫化松香、改性氫化松香和合成松香(如聚氨基甲酸甲酯，丙烯酸類樹脂)。有機鹵化物有脂肪胺的氫鹵酸鹽，如鹽酸二甲胺，鹽酸二乙胺，環己胺鹽酸鹽_3]；芳香胺的氫鹵酸鹽，如二苯胍溴化氫：多鹵化合物(羧酸、酯類、醇類、醚類和酮類)。鹽酸肼?、氫溴酸肼及鹵代烴也可作為助焊劑的活化劑。有機鹵化物的活性較強，但是焊后的腐蝕性大，而且在使用中發現使用有機鹵化物作為活化劑的焊膏，其存儲穩定性差
(一般不超過兩個月)。
有機酸有羧酸和磺酸：一元羧酸，如戊酸、己酸、月桂酸、三甲基乙酸、苯甲酸、苯基丁酸、油酸、苯基丙烯酸、山梨酸和谷氨酸、苯酰胺基醋酸等。二元羧酸，如丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、反丁烯二酸、1，2一環己烷二羧酸、硬脂酸的苯二甲酸、2．氨基間苯二甲酸H】，見報道的還有丁二酸的咪唑化合物 J。三元羧酸，如l，3，5一苯三酸一2，6一二羧基苯酸。羥基羧酸，如乳酸、二苯乙醇酸、羥基苯酸，4．羥基一3甲氧基苯酸，無水檸檬酸。磺酸有2，6．萘磺酸等。
胺和酰胺及其衍生物有甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、異丙胺、丁胺、二丁胺、乙二胺、三醇胺、磷酸苯胺等。
現在有單一有機酸作活性劑 [ ；也有混酸作活性劑 H”1，這些酸的沸點和分解溫度有一定的差異，這樣可以使助焊劑的沸點和活性劑分解溫度呈一個較大的區間分布。
現多為有機酸和胺的復合使用 H"1，一是可以調節pH值，減小腐蝕性；二是生成的化合物在焊接溫度下又可重新分解為原來的酸和堿，發揮活性。
2．2 溶劑
其主要作用是溶解焊劑中的所有成份，使之成為均勻的黏稠液體。對溶劑的選擇應該考慮以下的幾點。
2．2 1 沸點
溶劑的沸點適中，沸點太低，溶劑容易揮發，所配制的焊膏干燥快，使用期短。可以將高沸點和低沸點溶劑混合使用。
2 2．2 適宜的黏度
一般一元醇的黏度較低，溶劑的黏度低，則所配制的焊劑的黏度也低，而焊膏配用的焊劑需要一定的黏度，以滿足焊膏黏性的要求。
2．2．3 含有極性基團
溶劑中含有一OH親水基團越多，焊劑的活性越能得到發揮，含有疏水基團R．的分子量越大，溶劑的極性越小，焊劑的活性越差。
溶劑一般有醇類，如單元醇同(乙醇，2．丁醇)、二元醇(乙二醇，丙二醇)和多元醇(丙三醇)，酯類(如乙酸乙酯，乙酸丁酯)，醇醚類 (二,-醇乙醚，乙二醇單乙基醚 )，烴類(如甲苯)，酮類(如丙酮，甲基乙基酮，N一氨基吡咯烷酮[291)等。高沸點的醇保護效果較好，但黏度大、使用不便；低沸點的醇黏度低，但保護性差，因而可以考慮選擇混合醇的方法。有的使用水溶性的醇和不溶于水的醚作溶劑，有資料表明，乙醇、乙二醇、丙三醇和乙二醇丁醚的配比(質量比)為2：8：8：1作混合溶劑效果很好[2Ol。李偉浩[71以超支化結構和平均分子量為2000的水溶性聚合物作為助焊劑載體，超支化的分子構型不僅能提高聚合物的熱分解溫度，同時可以降低聚合物的黏度，增強聚合物的滲透和潤濕性能。
2．3 成膜劑
成膜劑選用烴、醇、脂021，這類物質一般具有良好的電氣性能，常溫下起保護膜作用不顯活性，在200℃～300℃的焊接溫度下顯示活性，無腐蝕、防潮等特點，如長鏈脂肪烴、聚氧乙烯、聚乙烯醇、山梨糖醇、聚丙烯酰胺 ]、硅改性丙烯酸樹脂、松香甘油酯l、硬脂酸甘油酯?。梁樹華以聚乙烯醇和丙烯酸樹脂的混合物作水基型助焊劑的成膜劑。
2．4 表面活性劑
主要作用是降低焊劑的表面張力，增加焊劑對焊粉和焊盤的親潤性，可以是非離子表面活性劑，OP系列，氟代脂肪族聚合醚；陰離子表面活性劑，如丁二酸二乙酯磺酸鈉[2 ；陽離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨[2 ，季銨氟烷基化合物I2 ；兩性表面活性劑。表面活性劑不易揮發，焊后會留下吸濕性殘留，一般用量不宜過多，并且一般選用非離子表面活性劑，因為離子型表面活性劑對活化劑的活性有所影響。
2．5 防氧化劑
主要功能是防止焊料氧化，一般為酚類(對苯二酚，鄰苯二酚，2、6．二叔丁基對甲苯酚)，抗壞血酸及其衍生物等。特別是在水溶性助焊劑中，一定要有防氧化劑。F?J?賈斯基[4 在助焊劑中加入多核芳香族化合物，在加熱時釋放出N，形成惰性氛圍從而防止氧化。
2．6 緩蝕劑
一般為吡咯類(苯并噻唑， a．巰基苯并噻唑Bs]，苯并三氮唑Ⅲ]，苯并咪唑，甲基苯并咪唑，三乙醇胺，三乙胺。苯并三氮唑(BTA)是銅的高效緩蝕劑。其加
入可以抑制助焊劑中的活性物質對銅產生的腐蝕。一般認為苯并三氮唑(BTA)與銅反應生成不溶性聚合物沉淀膜，能很好地抑制銅的腐蝕。
2．7 其他助劑
觸變劑，其主要作用是賦予焊膏一定的觸變性能，即焊膏在受力狀態下黏度變小，以便于焊膏印刷。印刷完畢，在不受力狀態，其黏度增大，以保持固有形狀，防止焊膏塌陷。觸變劑可以分為無機類和有機類。無機類有硅粒、陶土顆粒；有機類有氫化蓖麻油的酰胺類化合物啦，十二羥基硬脂酸等。增稠劑(又稱增粘劑)：主要作用是增加焊劑的粘度，以賦予焊膏的一定的粘性，便于粘貼待焊元件。主要有纖維素類(如乙基纖維素[3伽)，丙烯酸樹脂，聚丙烯酸樹脂。
助溶劑一般為醚、醇、脂，如：二甘醇，醋酸乙酯，乙二醇單醚，松節油。此外，在焊劑中加入少量的甘油，不僅有助于焊劑的存儲穩定性，也有助于活化劑活性發揮。活性增強劑還有二溴丁二酸，二溴丁烯二醇，二溴苯乙烯等。消光劑：為使焊點不刺眼，可加入棕櫚酸[3 。界面化合物生長抑制劑：為提高器件電氣連接的穩定性，在助焊劑中加入草酸、2．氨基苯甲酸、8．羥基．喹啉、喹啉．2．羧酸∞等可以抑制界面化合物生長。
另外，還必須考慮其它成分，如水(去離子水)、pH值調節劑等等。
3 展望
傳統的裝焊技術，微組裝技術和SMT隨著我國電子工業的蓬勃發展而方興末艾，電子類產品向高性能、多引線、多元化和窄間距化方向發展，助焊劑也隨之由傳統的松香型、含鹵素助焊劑向無鹵無松香或低松香型的免清洗型助焊劑發展。由于環保和提高性能的要求，在減少助焊劑腐蝕性方面、提高助焊劑活性方面、在無揮發物的低固含量真正免清洗助焊劑研制方面、可固化助焊~U[34，35，36]方面等都值得進一步深入研究。導電膠的研究也在深入進行中。
參考文獻
【1】 李兵．晶體管引線熱浸錫用助焊劑CN1337294A[P]．2002．2．27．
【2】 薛志純．錫鉛焊助焊劑一內芯~tJCN1041125A[P]．1990-4．11．
程傳格等．進口水溶性助焊劑的分析[J]．化學分析計量，1999，8(3)：16-q7．f4]F?J?賈斯基．可升華的助焊劑組合物CN1 101598A[P]．1995-4—19．
【3】 羅新輝．高分子水溶性熱風整平助焊劑的研究及評價[J]．企業技術開發，2004，23(8)：28～30．
【4】 揭元萍．NCSF一1新型免清洗助焊劑的研究[J】．化工時刊，1997，1 1(9)：32~34．
【5】 李偉浩．無鉛熱風整平助焊劑的研制[J]．印制電路信息，2007，6：28,--29．
【6】 鄧和升．免清洗液體助焊劑CN1398698A[P]．2003-2．26．
【7】 王素麗．無鉛釬料用免清洗助焊劑的研制[J】．電子工藝技術，2004，25(4)：147~149．
【8】 張風蘭．免清洗助焊劑及其制備方法CN101058135A[P]．2007—10—24．
【9】 向杰等．低固免清洗助焊劑的研究與制備[J]．廣東化工，2007，34(12)：25,-27．
【10】 薛樹滿．無鹵素非松香型低固含量免清洗助焊劑CN1 1 10205ALP]．1995—10-18．
【11】 陳其垠．免洗助焊劑MNCT的研制[J]．電子工藝技術，1999，20(6)：245~246．
【12】 ~E偉科．焊膏用免清洗助焊劑的制備與研究[J】．電子工藝技術，2006，27(1)：8~13．
【13】 丁飛．無揮發性有機物無鹵素低固含量水基免清洗助焊劑CN1843684A[P1．2006—10—11．
【14】 司士輝．無鉛焊錫線中無鹵素免清洗助焊劑的研制[J]．電子工藝技術，2007，28(5)：264~267．
【15】 林延勇．無鉛焊料用免清洗助焊劑的研究【J]．電子工藝技術，2008，29(1)：12~15．
【16】 雷永平．無鉛焊膏用低松香型無鹵素免清洗助焊劑CN101073862A[P】．2007—11-21．
【17】 楊嘉驥．一種用于無鉛焊的低固含量免清洗助焊劑CN100999044A[P】．2007-7—18．
【18】 金霞等．免清洗型助焊劑的研究進展[J]．電子工藝技術，2007，28(6)：334~337．
【19】 潘惠凱．一種環保型無鉛焊料水基助焊劑及其制備方法CN101214594A[P】．2008—7—9．
【20】 梁樹華．一種免洗可成膜性水基型助焊劑cN1565791A[P]．20o5．1一l9．
【21】 雷永平．無鉛焊料絲用松香型無鹵素免清洗助焊劑CN101157168A[P]．2008-4-9．
【22】 丁友真．樹脂型錫焊助焊劑CN851026o4A[P]．1985—12-20．
【23】 桑約吉塔?阿羅拉．含陽離子型表面活性劑的助焊劑【P】_CN1429143A．2o03—7-9．
【24】 Gao et a1．Fluxing media for nod-VOC，no—cleansolderingUS6056189[P】．2000-5-2．
【25】 張嗚玲．免清洗無鉛焊料助焊NCNl 562554A[P]．2005．1一l2．
【26】 史耀武．無鉛焊膏用松香型無鹵素助焊~JCN1709638ALP]．2005．12_21．
【27】 丁飛．無鉛無鹵素錫焊膏及其制備方法CN18763llA 1．2(x)6-l，2．13．
【28】 張振宇．一種無鉛助焊膏CN101259573A[P]．2008．9—10．
【29】 雷永平．無鉛焊料專用水溶性助焊劑[P】．CNI836825A．2006—9 27．
【30】 楊燕．一種印制線路板錫焊用助焊劑CN1047238A[P]．1990—11．28．
【31】 劉興軍．一種可抑制焊點界面化合物生長的免清洗水基型助焊劑CN101 10423 1A ．2008．1．16．
【32】 八月朔日猛．可固化助焊劑等CN1433351A[P]．2003．7．．30．
【33】 松本一高．熱固性助焊劑、焊膏和焊接方法cNl579698A2005_2—16．
【34】 渡邊靜晴．無鉛焊膏及其應用CN10l232967ALP]．2008—7-30．
【35】 林金堵．PCB的新型有機金屬納米表面涂覆[J]．印制電路信息，2008，6：43,--45，66
-
焦點事件
