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焊剂的主要成分和作用分析
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焊剂的主要成分和作用分析

意见：1创建者：网站编辑发布时间：2024-11来源：网站

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助焊剂在PCB行业中应用广泛，其质量直接关系到电子行业的整个生产过程和产品质量。随着RoHS和WEEE指令的实施，无铅对助焊剂性能有了更高的要求，助焊剂已经从传统的松香型发展到无卤素、无松香、无清洁、低固含量，其成分也相应发生了变化，各种成分之间的相互作用使助焊剂性能更好。

<！--[if！支持列表]-->1、   <！--[endif]-->焊剂的基本组成

1.通量国内外es通常由活化剂、溶剂、表面活性剂和特殊组分组成，包括缓蚀剂、抗氧化剂、成膜剂等。

焊剂各成分的作用焊接金属工件表面有氧化物、灰尘和其他污垢，阻碍了工件基体金属与焊料之间以原子态的扩散，因此必须去除氧化物以暴露干净的金属基体，但清洁金属基体表面的原子会在大气中立即被氧化，在焊接温度下氧化速率更快。因此，在焊接过程中添加助焊剂，以帮助提供无氧化物的金属表面，并保持这些无氧化物的表面，直到焊料焊接到金属表面。同时，在焊剂的化学作用下，它在焊接温度下与焊接金属表面的氧化物结合形成液态化合物，使焊接金属部分表面的金属原子和熔融焊料的原子相互扩散，从而实现焊接连接。在焊接过程中，助焊剂还促进了焊料的流动和扩散，通过减少表面不均匀性来影响焊料扩散方向上焊料表面张力的平衡。

理想的助焊剂除了化学活性外，还应具有良好的热稳定性、附着力、膨胀力、电解活性、环境稳定性、化学官能团及其反应性能、流变性能、对一般清洗溶液和设备的适应性等。助焊剂的上述效果是通过活化剂、溶剂、表面活性剂和其他成分的作用来实现的。

2.活化剂的作用机理活化剂的主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物，形成保护层，防止基板再次氧化，从而提高焊料和焊盘之间的润湿性。助熔剂活化剂的成分通常包括氢气、无机盐、酸和胺及其化合物组成。

3.氢气、无机盐氢气和无机盐（如氯化亚锡、氯化锌[1]、氯化铵[2]等）利用其还原性与气体焊剂中的氢气等氧化物反应，焊接后唯一的残留物是水；此外，氢气的还原可以有效地去除金属表面的氧化物，并将氧化物转化为水。MxOy＋yH[UNK]＝xM＋yH[UNK]O。同时，氢气还为金属表面提供保护气体，防止焊接完成前金属表面再次氧化。

4.有机酸酸活性剂（如卤代酸、羧酸、磺酸）主要是由于H⁺与氧化物的反应，如[3]：有机酸的羧基和金属离子以金属皂的形式去除焊盘和焊料的氧化膜：

CuO+2RCOOH→Cu（RCOO）₂水

然后，有机酸铜分解，吸收氢气，产生有机酸和金属铜：

使用（RCOO）。₂+H₂+M→2RCOOH+M-Cu树脂按分子式表示为C₁H₉COOH，由于羧基的存在，在一定温度下具有一定的助熔作用；同时，松香是一种大分子多环化合物，具有一定的成膜性，在焊接过程中传递热量并起到覆盖作用，可以保护金属在去除氧化膜后不被再次氧化。现在有单一的有机酸作为激活剂，混合酸作为激活器。这些酸的沸点和分解温度存在一定差异，因此通量活化剂的分解温度分布在较大的范围内。

5.有机卤化物，如羧酸卤化物、有机胺的氢卤化物。张银雪[4]使用溴化水杨酸作为活化剂，在钎焊温度下，它可以热分解溴化氢和水杨酸，溶解基体金属表面的氧化物。此外，水杨酸的羟基和羧基在钎焊过程中可以与JH树脂反应形成聚合物树脂膜，覆盖焊点表面。有机胺的卤化氢，如盐酸苯胺，在焊接过程中与基材的铜反应，产生CuC1和铜络合物。所得的铜化合物主要与熔融焊料中的锡反应形成金属铜，金属铜立即熔化到焊料中，通过这些反应和焊料中铜的熔化，焊料分布在铜板上。反应如下[5]：Cu+2C₆H₅NH₂·HCl→CuCl＋2C₆H₅NH₂＋H[UNK]CuCl[UNK]＋2C₆H₅NH₂·HCl→Cu[C₆H₅NH 3]₂Cl₄

6.有机胺和酸用于有机胺本身所含氨基-NH₂的复合用途，添加有机胺可以提高焊接效果。为了减少焊剂对铜板的腐蚀作用，可以在配制的焊剂中加入一定量的缓蚀剂，缓蚀剂通常是有机胺。有机酸和有机胺会发生中和反应，产生的中和产物不稳定，在焊接温度下会迅速分解，再生有机酸和机胺，从而保证有机酸的原始活性，焊接后，剩余的有机酸会被有机胺中和，从而降低残余物的酸度，减少腐蚀。因此，添加有机胺不仅可以调节助焊剂的酸度，还可以使焊点有光泽，在不降低助焊剂活性的情况下最大限度地减少焊后腐蚀[6]。目前，将具有强润湿能力的有机胺和有机酸结合使用更为合适。例如，薛舒曼等人在专利[7]中引入了脂肪族二元酸、芳香酸或氨基酸作为助焊剂的活性成分。此外，在焊剂中加入少量甘油不仅有助于焊剂的储存稳定性，还有助于活化剂发挥其活性。张明玲在助焊剂中加入二溴琥珀酸、二溴丁烯二醇和二溴苯乙烯，以提高助焊剂的活性[8]。羧酸（包括二羧酸）在低温下具有中等活性，其高温活性显著提高。活性较高的是卤化氢或有机磷、磺酸、有机胺（包括肼）的有机酸；卤化物及其取代酸的活性大小取决于它们的特定结构。

7.其他成分的作用助焊剂还含有许多其他有用的成分。溶剂的主要功能是将各组分溶解在助熔剂中，作为各组分的载体，使助熔剂变成均匀的粘性液体。一般来说，醇类、酯类、醇醚类、烃类、酮类等。高沸点的酒精具有良好的保护作用，但粘度大，使用不便；低沸点的醇粘度低，但保护性差，因此可以考虑混合醇[9][10]。通常，它是高沸点和低沸点醇的混合物，有些使用水溶性醇和水不溶性醚作为溶剂[11]。李维浩使用了一种具有超支化结构、平均分子量为2000的水溶性聚合物作为助熔剂载体，超支化聚合物的分子构型不仅可以提高聚合物的热分解温度，还可以降低聚合物的粘度，增强聚合物的渗透和润湿性能[12]。表面活性剂的主要作用是降低焊剂的表面张力，增加焊剂对焊料粉末和焊盘的润湿性。

与Sn-Pb（63-37）相比，无铅焊料（如SAC 3O5等）具有更高的熔点、更大的表面张力、高温下的长加工时间以及快速冷却过程中产生的较大内应力，因此表面活性剂在提高无铅焊料互连的可靠性方面发挥着更突出的作用。它们可以是非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂，两性表面活性剂以及氟化表面活性剂。


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缓蚀剂一般是吡咯类，如苯并三唑（BTA），是一种对铜非常有效的缓蚀剂，其添加可以抑制焊剂中活性剂对铜板的腐蚀。苯骈三唑被认为与铜反应形成不溶性聚合物的沉淀膜。根据化学分析和X射线分析，王伟科认为该膜的经验式为BTA₄Cu 3 Cl₂·H[UNK]和（BTA[UNK]Cu）CuCl·H₂O，聚合物表面和铜金属是平行的，这是非常稳定的。BTA在Cu₂O层上比在CuO层上更容易形成，薄膜的厚度几乎是CuO层的两倍。当BTA的浓度大于10⁻³mol/L时，可以很好地抑制铜的腐蚀[9]。

抗氧化剂的主要功能是防止焊料氧化，通常是酚类（对苯二酚、邻苯二酚、2,6-二叔丁基对甲酚）、抗坏血酸及其衍生物等。特别是在水溶性助焊剂中，抗氧化剂是必不可少的。F·J.Jasky在焊剂中添加了多核芳香族化合物，当加热形成惰性气氛并防止氧化时，这些化合物会释放N₂[13]。成膜剂选用碳氢化合物、醇类和油脂，它们通常具有良好的电性能，在室温下起保护膜的作用，不活泼，在200°C~300°C的焊接温度下显示活性，具有无腐蚀和防潮的特点。

表面活性剂在提高无铅焊料互连的可靠性方面发挥着重要作用，未来可以开发出更多用于无铅焊料的高性能表面活性剂。鉴于不同类型表面活性剂的特点，通过分子设计或复合使用，可以开发出润湿性更好、表面张力更低的表面活性剂

触变剂的主要作用是赋予焊膏一定的触变性能，即焊膏的粘度在受力状态下变小，有利于焊膏的印刷，印刷后，其粘度在无力状态下增加，以保持固有形状，防止焊膏坍塌。增稠剂（也称为增粘剂）的主要功能是增加助焊剂的粘度，使焊膏具有一定的粘度，便于粘贴待焊接的组件。界面化合物生长抑制剂：金属间化合物（IMCs）存在于焊盘铜表面形成的合金涂层中，其成分和厚度决定了装配焊缝的可焊性。例如，Cu 3 Sn和Cu 2 Sn是在热空气整平中形成的，前者的焊接性较差，后者的焊接性较好，最浅的焊料层是最好的焊接；在Sn-Pb（63-37）中，由于共晶合金Sn/Pb的覆盖，其IMC的厚度较小；在无铅焊料中，通常会添加其他金属（例如SN100CL中的Ni或Co）来影响IMC层的厚度[14]；在熔剂中，经常加入草酸、2-氨基苯甲酸、喹啉、喹啉-2-甲酸等。这些化合物可以在焊料和基板之间的界面处形成界面化合物沉积层，这抑制了焊料和基板间的原子扩散，从而阻碍了金属间化合物的生长。

在溶剂方面，现有的混合醇方法是一种有效的解决方案，但随着技术的发展，可能需要找到更理想的溶剂或溶剂组合。根据目前对溶剂作用的认识，理想的溶剂应确保组分溶解并提供适当的粘度，同时具有更好的环保性和稳定性。

 

2、   改进方法

1.微胶囊化方法为了减少活性剂酸性物质引起的腐蚀问题，陈启银等[9][10][16][17]采用了微胶囊化技术。他们使用聚酰亚胺、丙烯酸树脂、醋酸纤维素和其他膜来微胶囊化活性剂。微胶囊化膜阻断了有机酸与金属表面的直接接触，避免金属被氧化，当焊接达到一定温度时，膜被破坏，有机酸被释放，达到焊接的目的。这样，处理过的助焊剂具有很强的助焊剂和防腐性，从而真正达到不清洗的目的。王伟科认为，酸和胺容易发生中和反应，但由于成膜剂的非极性保护作用，涂覆的活性材料仍然可以保持惰性，从而提高了助焊剂的性能。

2.可固化助焊剂在常见的无清洁助焊剂中，通常使用的成分在焊接过程中会挥发，但通常会有少量残留物，挥发对空气的影响更大。因此，为了实现无VOC的免清洗，出现了可固化助焊剂[18]-[20]，它们在焊接过程中用作助焊剂，在加热和固化后用作焊接部件的增强材料。可固化助焊剂中含有酚羟基的树脂、固化树脂的固化剂和固化催化剂。

3.随着电子工业的不断发展，对助焊剂的性能要求也在不断提高。如前所述，助焊剂在PCB行业中起着极其重要的作用，它们的组件相互作用以实现各种功能。

从活化剂的角度来看，尽管活化剂的种类及其配制方法很多，但未来仍有更多新的活化剂可以探索。例如，在环境要求日益严格的背景下，开发能够有效去除氧化物且对环境影响较小的活化剂是一个方向。参考上述各种活化剂的作用机制，如有机酸和有机胺的组合使用方式，可以激励研究人员找到更多具有协同作用的成分组合。

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在缓蚀剂方面，虽然苯骈三唑等缓蚀剂对铜板有很好的缓蚀作用，但对于其他金属材料，可能需要开发新的缓蚀剂。基于目前缓蚀剂的原理，根据不同金属的化学性质设计了更有针对性的缓蚀剂。

对于抗氧化剂，现有的酚类、抗坏血酸及其衍生物在防止焊料氧化方面起着重要作用。然而，随着焊接工艺的多样化，可能有必要开发能够在更极端的条件下（如高温、高湿度等）有效防止氧化的抗氧化剂。

微胶囊化方法和可固化助焊剂是目前提高其性能的有效手段通量在微胶囊化技术方面，可以进一步优化薄膜材料的选择和微胶囊化过程，以提高助焊剂的流动性和环保性。对于可固化助焊剂，研究人员可以探索更多类型的可固化组件，以满足不同焊接场景的需求。总之，助焊剂的开发需要综合考虑每个组件的功能优化和整体性能的提高，以满足电子行业不断变化的需求。

我们主要从事焊膏、锡球、电子助焊剂、工业清洗剂、无铅焊丝、焊料棒、焊料片和绝缘清漆的研究、开发和生产。销售网络覆盖中国各省和世界十多个国家和地区。

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