助焊剂的组成及研究进展

2010-8-20 17:03 来源: 微谱分析
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助焊剂的组成及研究进展

高四
(中南电子化学材料所,湖北武汉430070)
摘要:文章介绍了助焊剂的分类,以及助焊剂的活性成分、溶剂等组成和研究进展,并对其发展方向进行了展望。
关键词:助焊剂;组成;进展
中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号: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
电子工业中使用的助焊剂,不但要能提供优良的助焊性能,而且还不能腐蚀被焊材料,同时还要满足一系列的机械和电学性能要求。因此,助焊剂的品质直接影响电子工业的整个生产过程和产品质量。传统的助焊剂为松香基助焊剂,焊后残留多、腐蚀性大、外观欠佳,必须用对大气臭氧层有破坏的氟里昂或氯化烃清洗印制板。并且由于含铅焊料在电子产品中已被限制使用,无铅焊料急速发展。
当前多用锡的其它合金来替代SnPb合金,但它们的熔点一般L~SnPb共晶焊料的熔点高出许多,造成了焊接过程中高温易氧化等严重问题。同时,无铅焊料与铅锡焊料相比,其扩展率和润湿性能大大低于铅锡焊料,因而影响其可焊性。目前市售的无铅焊料用助焊剂大都是在有铅焊料用助焊剂的基础上加以改进而成,大多含有卤素,对电器性能要求较高的电子领域腐蚀仍较为突出。所以现在助焊剂在向无卤、无松香、免清洗、低固含量方向发展。
1 助焊剂的种类
在焊接过程中助焊剂能促进焊锡的流动和扩散,由于金属表面氧化现象普遍存在,焊接过程需要助焊剂协助提供没有氧化层的金属表面,并保持这些表面的无氧化物状态,直到焊锡与金属表面完成焊接过程,通过减小表面不平度来影响焊锡表面张力在焊锡扩散方向上的平衡。理想的助焊剂除化学活性外,还要具有良好的热稳定性、粘附力、扩展力、电解活性、环境稳定性、化学官能团及其反应特性、流变特性、对通用清洗溶液和设备的适应性等。
助焊剂按其成分来分,可分为无机水溶性助焊剂、松香助焊剂和有机水溶助焊剂。助焊剂按残留物的清洗类型来分,可分为溶剂清洗型、水清洗型和免清洗型。出于环保要求并为提高电器性能,现多为无铅免清洗助焊剂。
其中免清洗助焊剂是一种不含卤化物活性剂、低固含量、低离子残渣的新型助焊剂产品,焊接后无需清洗。市场上常见的免清洗助焊剂虽然固体含量低,配制时将其活性成分的腐蚀性降为最小,但并不能完全排除焊后印制板上留有电介质残留物。
因此长时间的潮热条件下工作的电路板,线路问在电场作用下会发生绝缘劣化及腐蚀现象。国内对其有相应的可靠性评价试验,主要是表面绝缘阻抗测试,其次为铜镜腐蚀测试、铬酸银试纸测试、软钎焊性试验、不粘附性试验等。
2 助焊剂的基本组成及发展
国内外助焊剂由活性剂、溶剂、成膜剂、表面活性剂、防氧化剂和缓蚀剂等成分组成。
2.1 活化剂
其主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物,从而提高焊料和焊盘之问的润湿性。
传统的为无机物、松香、有机卤化物,现多为有机酸和有机胺等。
无机物有无机酸、无机盐等,如:盐酸、氢氟酸和正磷酸;氯化亚锡、氯化锌⋯、氯化铵伫等。
松香类助焊剂中松香一般占助焊剂体系的55%~65%,其主要作用是在焊接过程中传递热量和覆盖作用(保护底下的焊料不受氧化),所选用的松香可以是天然松香、歧化松香、普通胶质松香、浮游松香、聚合松香、氢化松香、改性氢化松香和合成松香(如聚氨基甲酸甲酯,丙烯酸类树脂)。有机卤化物有脂肪胺的氢卤酸盐,如盐酸二甲胺,盐酸二乙胺,环己胺盐酸盐_3];芳香胺的氢卤酸盐,如二苯胍溴化氢:多卤化合物(羧酸、酯类、醇类、醚类和酮类)。盐酸肼⋯、氢溴酸肼及卤代烃也可作为助焊剂的活化剂。有机卤化物的活性较强,但是焊后的腐蚀性大,而且在使用中发现使用有机卤化物作为活化剂的焊膏,其存储稳定性差
(一般不超过两个月)。
有机酸有羧酸和磺酸: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、1,2一环己烷二羧酸、硬脂酸的苯二甲酸、2.氨基间苯二甲酸H】,见报道的还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。羟基羧酸,如乳酸、二苯乙醇酸、羟基苯酸,4.羟基一3甲氧基苯酸,无水柠檬酸。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、异丙胺、丁胺、二丁胺、乙二胺、三醇胺、磷酸苯胺等。
现在有单一有机酸作活性剂 [ ;也有混酸作活性剂 H”1,这些酸的沸点和分解温度有一定的差异,这样可以使助焊剂的沸点和活性剂分解温度呈一个较大的区间分布。
现多为有机酸和胺的复合使用 H"1,一是可以调节pH值,减小腐蚀性;二是生成的化合物在焊接温度下又可重新分解为原来的酸和碱,发挥活性。
2.2 溶剂
其主要作用是溶解焊剂中的所有成份,使之成为均匀的黏稠液体。对溶剂的选择应该考虑以下的几点。
2.2 1 沸点
溶剂的沸点适中,沸点太低,溶剂容易挥发,所配制的焊膏干燥快,使用期短。可以将高沸点和低沸点溶剂混合使用。
2 2.2 适宜的黏度
一般一元醇的黏度较低,溶剂的黏度低,则所配制的焊剂的黏度也低,而焊膏配用的焊剂需要一定的黏度,以满足焊膏黏性的要求。
2.2.3 含有极性基团
溶剂中含有一OH亲水基团越多,焊剂的活性越能得到发挥,含有疏水基团R.的分子量越大,溶剂的极性越小,焊剂的活性越差。
溶剂一般有醇类,如单元醇同(乙醇,2.丁醇)、二元醇(乙二醇,丙二醇)和多元醇(丙三醇),酯类(如乙酸乙酯,乙酸丁酯),醇醚类 (二,-醇乙醚,乙二醇单乙基醚 ),烃类(如甲苯),酮类(如丙酮,甲基乙基酮,N一氨基吡咯烷酮[291)等。高沸点的醇保护效果较好,但黏度大、使用不便;低沸点的醇黏度低,但保护性差,因而可以考虑选择混合醇的方法。有的使用水溶性的醇和不溶于水的醚作溶剂,有资料表明,乙醇、乙二醇、丙三醇和乙二醇丁醚的配比(质量比)为2:8:8:1作混合溶剂效果很好[2Ol。李伟浩[71以超支化结构和平均分子量为2000的水溶性聚合物作为助焊剂载体,超支化的分子构型不仅能提高聚合物的热分解温度,同时可以降低聚合物的黏度,增强聚合物的渗透和润湿性能。
2.3 成膜剂
成膜剂选用烃、醇、脂021,这类物质一般具有良好的电气性能,常温下起保护膜作用不显活性,在200℃~300℃的焊接温度下显示活性,无腐蚀、防潮等特点,如长链脂肪烃、聚氧乙烯、聚乙烯醇、山梨糖醇、聚丙烯酰胺 ]、硅改性丙烯酸树脂、松香甘油酯l、硬脂酸甘油酯⋯。梁树华以聚乙烯醇和丙烯酸树脂的混合物作水基型助焊剂的成膜剂。
2.4 表面活性剂
主要作用是降低焊剂的表面张力,增加焊剂对焊粉和焊盘的亲润性,可以是非离子表面活性剂,OP系列,氟代脂肪族聚合醚;阴离子表面活性剂,如丁二酸二乙酯磺酸钠[2 ;阳离子表面活性剂,如十六烷基三甲基溴化铵[2 ,季铵氟烷基化合物I2 ;两性表面活性剂。表面活性剂不易挥发,焊后会留下吸湿性残留,一般用量不宜过多,并且一般选用非离子表面活性剂,因为离子型表面活性剂对活化剂的活性有所影响。
2.5 防氧化剂
主要功能是防止焊料氧化,一般为酚类(对苯二酚,邻苯二酚,2、6.二叔丁基对甲苯酚),抗坏血酸及其衍生物等。特别是在水溶性助焊剂中,一定要有防氧化剂。F•J•贾斯基[4 在助焊剂中加入多核芳香族化合物,在加热时释放出N,形成惰性氛围从而防止氧化。
2.6 缓蚀剂
一般为吡咯类(苯并噻唑, a.巯基苯并噻唑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)是铜的高效缓蚀剂。其加
入可以抑制助焊剂中的活性物质对铜产生的腐蚀。一般认为苯并三氮唑(BTA)与铜反应生成不溶性聚合物沉淀膜,能很好地抑制铜的腐蚀。
2.7 其他助剂
触变剂,其主要作用是赋予焊膏一定的触变性能,即焊膏在受力状态下黏度变小,以便于焊膏印刷。印刷完毕,在不受力状态,其黏度增大,以保持固有形状,防止焊膏塌陷。触变剂可以分为无机类和有机类。无机类有硅粒、陶土颗粒;有机类有氢化蓖麻油的酰胺类化合物啦,十二羟基硬脂酸等。增稠剂(又称增粘剂):主要作用是增加焊剂的粘度,以赋予焊膏的一定的粘性,便于粘贴待焊元件。主要有纤维素类(如乙基纤维素[3伽),丙烯酸树脂,聚丙烯酸树脂。
助溶剂一般为醚、醇、脂,如:二甘醇,醋酸乙酯,乙二醇单醚,松节油。此外,在焊剂中加入少量的甘油,不仅有助于焊剂的存储稳定性,也有助于活化剂活性发挥。活性增强剂还有二溴丁二酸,二溴丁烯二醇,二溴苯乙烯等。消光剂:为使焊点不刺眼,可加入棕榈酸[3 。界面化合物生长抑制剂:为提高器件电气连接的稳定性,在助焊剂中加入草酸、2.氨基苯甲酸、8.羟基.喹啉、喹啉.2.羧酸∞等可以抑制界面化合物生长。
另外,还必须考虑其它成分,如水(去离子水)、pH值调节剂等等。
3 展望
传统的装焊技术,微组装技术和SMT随着我国电子工业的蓬勃发展而方兴末艾,电子类产品向高性能、多引线、多元化和窄间距化方向发展,助焊剂也随之由传统的松香型、含卤素助焊剂向无卤无松香或低松香型的免清洗型助焊剂发展。由于环保和提高性能的要求,在减少助焊剂腐蚀性方面、提高助焊剂活性方面、在无挥发物的低固含量真正免清洗助焊剂研制方面、可固化助焊~U[34,35,36]方面等都值得进一步深入研究。导电胶的研究也在深入进行中。
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