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表面活性剂在助焊剂中的应用及展望

2019/12/7 10:28:30点击:

表面活性剂作为助焊剂的主要成分之一,对提降低助焊剂的表面张力,增加助焊剂对钎料料和母材的亲润性具有重要作用,在提高无铅钎料焊接互连可靠性方面的作用更为突出,以非离子型表面活性剂为主。主要从表面活性剂的作用、助焊剂对表面活性剂的要求、常用表面活性剂三方面描述了表面活性剂在助焊剂中的应用情况及其发展趋势。          

近年来,材料工作者开展了深入广泛的研究,寻找各种可以代替锡铅钎料的无铅钎料,其中SnAgCu钎料具有很好的物理和机械性能,可焊性也较好,被公认为是最有可能替代SnPb合金的无铅钎料。但与传统的SnPb钎料相比,SnAgCu系无铅钎料具有润湿性差、易氧化、熔点高等缺点。         


      于是针对有铅钎料而研制的助焊剂已经无法满足无铅钎料钎焊的要求,主要问题在于:一是这些助焊剂对无铅钎料的润湿能力不够, 易造成焊接不良等缺陷。二是不适合无铅钎料的较高的焊接温度, 很多助焊剂在经过较高的预热温度及较高的炉温时会失去部分活性,而产生上锡不好的状况。再者有些含铅钎料的助焊剂对无铅钎料有腐蚀作用。另外有些助焊剂溶剂中含有大量挥发性有机物VOC ,是环保要求所禁用的。因此无铅钎料专用助焊剂的研究也是无铅化的热点之一。          

   助焊剂的主要作用是去除母材和液态钎料表面的氧化物,保护母材和钎料在钎焊过程中不致进一步氧化以及改善液态钎料对母材表面的润湿能力。主要由活化剂、表面活性剂、成膜剂、添加剂(稳定剂、缓蚀剂、阻燃剂、消光剂等)、溶剂等组成。作为助焊剂重要组成部分的表面活性剂在无铅钎焊过程中起着举足轻重的作用,能够降低助焊剂的表面张力,增加助焊剂对钎料料和母材的亲润性,在提高无铅钎料焊接互连可靠性方面的作用更为突出,能够提高无铅钎料的润湿性能,减少无铅焊点缺陷。目前,在配制助焊剂时主要使用非离子表面活性剂,一些高效助焊剂也使用含氟类特种表面活性剂。由于表面活性剂的种类繁多,不同种类型的表面活性剂所具有的作用也不同,并且表面活性剂呈不断增长的势头,这为配制助焊剂时选用合适的表面活性剂增加了很大的难度。           


笔者根据本课题组的研究成果, 并结合其他相关文献,综述了表面活性剂在助焊剂中的应用情况及其未来发展趋势。


          1 表面活性剂在助焊剂中的作用           在焊接过程中,焊料基本处于液体状态,而元器件管脚或印刷电路板则为固体状态,当两种物质接触时,因液态物质表面张力的作用,会直接造成两种物质接触界面的减小,我们对这种现象的表面概括是“锡液流动性差”或“扩展率小”,这种现象的存在影响焊点形成的面积、体积或形状。因为表面张力是一种物理特性,所以在实际操作中,我们只能改变它而不能完全消除它。在钎焊过程中,降低焊料表面张力的同时,就可以提高焊料的润湿能力,从而达到良好的焊接效果。降低焊料表面张力并不是只有依靠表面活性剂的作用这一种方法,但表面活性剂的使用是比较常见且比较有效的一种方法。 表面活性剂的主要作用是降低助焊剂的表面张力增加助焊剂对钎料和焊接件的亲润性,从而降低钎料的表面张力使钎料更好的铺展开。因为助焊剂在加热过程中呈液态,任何液体又存在表面张力,使液体达到最小表面积而呈球状,从而达不到润湿钎料和焊接件表面的作用,因此通过添加润湿性能比较大的表面活性物质,促使助焊剂与钎料和焊接件表面产生范德华力或化学作用力而接触良好。          助焊剂中表面活性剂的添加量虽然很小,但作用却很关键,能够低“被焊接材质表面张力”,所表现出来的就是一种强效的润湿作用,它能够确保锡液在被焊接物表面顺利扩展、流动、浸润等。通常钎焊过程出现的焊点成球、假焊、拉尖等焊接缺陷与表面活性剂的活性不够有一定关系,而这种原因不一定是助焊剂中表面活性剂添加量太少,也有可能是在生产工艺过程中造成了其成分解、失效等,从而大大减弱表面活性剂的作用。表面活性剂因为其特殊的结构能有效地降低熔融钎料表面张力促进钎料的润湿,但钎焊后会留下吸湿性残留,所以用量不能过多。此外表面活性剂还有增强有机酸活化剂的渗透力,也可以起到发泡剂的作用。