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,线路间在电场作用下会发生绝缘劣化及腐蚀现象。目前国内最常用的可靠性评价试验主要为:表面绝缘阻抗测试,其次铜镜腐蚀测试、离子浓度测试、软钎焊性试验等。
表面绝缘阻抗测试
试验时用规定的材质的梳型电极或环型电极,均匀地涂覆定量的焊剂,在约85℃的温度下干燥30 min作为试片。先在常态下测定上述试片的绝缘电阻,然后将试片置于温度为(40±2)℃,湿度约90%的恒温恒湿箱中,保持96 h后取出,再放人用在(20±2)℃温度下的特级酒石酸钠的饱和溶液调节湿度(90%)的干燥器中,在1 h内取出,然后在标准状态下,使用绝缘电阻测定器测定表面绝缘电阻。表面绝缘电阻值大于108Ω才算符合可靠性要求。
国外对于免清洗助焊剂的表面绝缘电阻要求较高,一般要求做加偏置电压、长时间潮热试验。观察焊后焊剂残留物对表面绝缘电阻的时效影响,以此来衡量免清洗助焊剂的可靠性。
铜镜腐蚀测试
将欲测试的免清洗助焊剂滴在铜板(40.0mm×40.0 mm×0.2 mm)上,使其自然漫流,然后放人80℃的烘箱中烘2 h,取出冷却后再放入潮湿箱(温度40℃,湿度93%)中72 h查看铜板的颜色变化,如颜色变为深绿,则发生了腐蚀,如颜色无变化或有残渣,则表明未发生腐蚀现象。
不粘附性试验
将粉笔末撒到此种涂有免清洗助焊剂焊料的表面,然后擦去,不粘附;用纱布方法试验,纱布上看不到助焊剂残留物,试板上也无明显纱布痕迹。说明此种免清洗助焊剂的不粘附性性能优良。
软钎焊性试验
在涂有免清洗助焊剂的清洁铜板(50 mm×50mm×1 mm)中央放上HLSnPb50(D8 mm×4 mm)钎料,钎料上分别滴上两滴助焊剂,然后置于275℃的恒温箱内1 min,取出测其漫流面积,据此可判断助焊性能的强弱。
免清洗助焊剂成分及作用作用
免清洗型助焊剂的成分包括溶剂、活性剂和其它添加剂。其它添加剂又包括表面活性剂、缓蚀剂、成膜剂和防氧化剂等。用户可根据焊料的种类、成分和焊接工艺条件等选择合适的助焊剂,所以助焊剂的配方灵活,种类非常多。
3.3.1溶剂:
是溶解焊剂中的所含成分,作为各成分的载体,使之成为均匀的粘稠液体。目前常用溶剂主要以醇类为主,如乙醇、异丙醇等,甲醇虽然价格成本较低,但因其对人体具有较强的毒害作用,所以目前甲醇已很少有正规的助焊剂生产企业使用。有酮类,醇类,酯类中的一种或几种混合物,常用的有乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、甲苯异丁基甲、醋酸乙酯、醋酸丁酯等作为液体成分,其主要作用是溶解助焊剂中的固体成分,使之形成均匀的溶液,便于待焊元件均匀涂布适量的助焊剂成分,同时它还可以清洗轻的脏污和金属表面的油污。一般为高沸点和低沸点醇的混合物,有的使用水溶性的醇和不溶于水的醚作溶剂.
3.3.2活化剂:
以有机酸或有机酸盐类为主,无机酸或无机酸盐类在电子装联焊剂中基本不用,在其它特殊焊剂中有时会使用。如丁二酸,戊二酸,衣康酸,邻羟基苯甲酸,葵二酸,庚二酸、苹果酸、琥珀酸等,其主要功能是除去引线脚上的氧化物和熔融焊料表面的氧化物,是助焊剂的关键成分之一。
A活化剂的作用机理
活化剂主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物,并形成保护层,防止基体的再次氧化,从而提高焊料和焊盘之间的润湿性。助焊剂活化剂的成分一般为氢气、无机盐、酸类和胺类,以及它们的复配组合物。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。助焊剂的上述作用都是通过其中的活化剂、溶剂、表面活性剂等成分的作用来实现的。
1)氢气、无机盐
氢气和无机盐如氯化亚锡、氯化锌…、氯化铵等是利用其还原性与氧化物反应,如:气体助焊剂中的氢气,在焊接之后水是其唯一的残留物;而且氢的还原作用能有效地清除金属表面的氧化物,把氧化物转化为水。
MxOy yH2=xM yH2O
同时,氢还为金属表面提供保护气体,防止金属表面在焊接完成之前再氧化。
2)有机酸
酸类活性剂(如卤酸、羧酸、磺酸)主要是因为H 和氧化物反应,例如 :有机酸的羧基和金属离子以金属皂的形式除去焊盘和焊料的氧化膜:
CuO 2RCOOH---Cu(RCOO)2 H2O
随后有机酸铜发生分解,吸收氢气,并生成有机酸与金属铜:
Cu(RCOO)2 H2 M一2RCOOH M—Cu
松香(Colophony)用分子式表示为C9H29COOH,由于它含有羧基,使得它在一定的温度下,有一定的助焊作用;同时松香是一种大分子多环化合物,因此它具有一定的成膜性,在焊接过程中传递热量和起覆盖作用,能保护去除氧化膜后的金属不再重新被氧化。
现在有单一有机酸作活化剂,也有混酸用作活化剂。这些酸的沸点和分解温度有一定的差异,这样组合,可以使助焊剂的沸点和活化剂分解温度呈一个较大的区间分布.
3)有机卤化物
如羧酸卤化物、有机胺的氢卤酸盐。张银雪 以溴化水杨酸为活化剂,它在钎焊温度时,可热分解出溴化氢和水杨酸溶解基体金属表面的氧化物;并且水杨酸的羟基、羧基在钎焊时可与Ⅲ树脂反应交联成高分子树脂膜,覆盖在焊点表面。
有机胺的氢卤酸盐如盐酸苯胺,在焊接时,熔融的助焊剂与基板的铜进行反应,并产生CuC1 和铜络合物。结果生成的铜化合物主要与熔融的焊料中的锡产生反应生成了金属铜,这些铜立即熔解到焊料之中,通过这些反应和铜在焊料中的熔解,使焊料在铜板上流布。反应如下:
Cu 2C6H5NH2.HCl----CuC12 2C6H5NH2 H2
CuCl2 2C6H5NH2.HCl----Cu[C6H5NH3]2Cl4
4)有机胺与酸复配使用
有机胺本身含有氨基.NH:具有活性,加入有机胺可促进焊接效果。为了减小助焊剂对铜板的腐蚀作用,可在配制的助焊剂中加入一定量的缓蚀剂,缓蚀剂通常选择有机胺。有机酸和有机胺混合会发生中和反应,生成中和产物。这种中和产物是不稳定的,在焊接温度下会迅速分解,重新生成有机酸和有机胺,这样就能保证有机酸原有的活性,焊接结束后,剩余的有机酸又会被有机胺中和,使残留物的酸性下降,减少腐蚀。因此加入了有机胺类以后,不仅可以调节助焊剂的酸度,可以使焊点光亮,在不降低焊剂活性的情况下,焊后腐蚀性降至最低.
目前,这方面最适宜的是将润湿能力较强的有机胺和有机酸结合起来使用。如薛树满等人在专利中介绍了以脂肪族二元酸、芳香酸或氨基酸为活性成分复配的助焊剂。
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,也有助于活化剂的活性发挥。张鸣玲在助焊剂中加入二溴丁二酸、二溴丁烯二醇、二溴苯乙烯等来增强助焊剂的活性嘲。
低温时活性缓和的是羧酸(包括二羧酸),它们的高温活性明显提高:活性较高的是有机磷酸酯、磺酸、有机胺(包括肼)的氢卤酸盐或者有机酸盐;卤代物和其取代酸的活性大小取决于它们的具体结构。