电子辅料的选择与使用.docx

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电子辅料的选择与使用

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电子辅料的选择与使用

第一章引言

1.1电子辅料的定义、范围

电子工业所使用的材料种类非常多，但主要包括两大类：

一、电子设备、仪器仪表以及元器件等所用的主要组成材料，比如：

半导体材料、陶瓷材料、传感器材料等等，这类材料通常叫电子专用材料，通称电子材料。

二、另一大类材料则主要是电子装配工艺所用的辅助材料，这类材料一般用量差别很大，比如用量特别大的焊料、助焊剂、胶、清洗剂等，也有用量较少的润滑油、油墨等。

这里我们要讨论或学习的主要是第二类材料，即所谓的电子辅助材料，并且主要包括用量大、且对电子产品的质量与可靠性影响大的主要的几种产品：

电子焊料、助焊剂等。

1.2电子辅料与电子产品的质量与可靠性

随着电子信息产业的蓬勃发展，服务于电子组装与加工的电子辅助材料的需求也急剧增长，其中最主要且用量很大的就是助焊剂、焊锡丝、焊锡条以及焊锡膏，这些材料的质量好坏与否对电子产品的质量与可靠性有着及其重要的影响，我们在多年的电子辅料的产品检测与电子产品的失效分析中发现，许多电子产品的早期组装失效中，极大部分都是由于这些电子辅料的使用不当或辅料本身的质量指标不符合要求造成的，这案例非常多。

当然还有一部分是产品设计缺陷、制造流程控制等原因的不足引起的。

第二章助焊剂

助焊剂是一种促进焊接的化学物质，其作用主要是去除待焊接面的氧化物，改善焊料对被焊接面的润湿，从而形成良好的焊接连接。

助焊剂的质量和其与工艺的兼容性对良好焊点的形成有着极其重要影响，因此，必须仔细分析产品的组成结构与技术指标，深入理解其对焊接工艺带来的影响，才能决定选用好助焊剂产品，同时也才能尽快准确地分析焊接失效问题，找到解决焊接不良的办法，以便工艺生产连续顺利的进行。

2．1焊剂的成份组成

助焊剂种类繁多，但其成份一般可包括：

保护剂、活化剂、扩散剂和溶剂，有的还可以添加缓蚀剂或消光剂。

1．保护剂

保护剂覆盖在焊接部位，在焊接过程中起到防止氧化作用的物质，焊接完成后，能形成一层保护膜。

常用松香作保护剂，也可添加少量的高分子成膜物质，如酚醛树脂、改性丙烯酸树脂等，但会造成清洗困难。

2．活化剂

焊剂去除氧化物的能力主要依靠酸对氧化物的溶解作用，这种作用由活化剂来完成。

活化剂通常选用分子量大，并具有一定热稳定性的有机酸。

活性剂含量增加，可以提高助焊性能，但腐蚀性也会增强。

因此，活化剂含量一般控制在1％～5％，最多不能超过10％。

3．扩散剂

扩散剂可以改善焊剂的流动性和润湿性。

其作用是降低焊剂的表面张力，并引导焊料向四周扩散，从而形成光滑的焊点。

常用甘油（丙三醇）作为扩散剂，含量控制在1％以下。

4．溶剂

溶剂的作用是将松香、活化剂、扩散剂等物质溶解，配置成液态焊剂。

通常采用乙醇、异丙醇等。

2．2助焊剂的作用原理

2.2.1助焊剂的化学作用

焊剂的化学作用主要表现在达到焊接温度前能充分地使金属表面的氧化物还原或置换，形成新的金属盐类化合物。

下面以常用的焊剂—松香为例，说明焊剂的化学作用。

松香是典型的有机酸类焊剂，其主要成份是松香酸，约占80％。

松香酸在170℃，活性表现得比较充分。

如在进行铜或铜合金焊接时，氧化铜和松香酸在加热条件下，生成松香酸铜（金属盐），而松香酸铜受热分解，除生成活性铜外，还可以重新聚合成松香酸。

生成的活性铜可与熔融焊料中的锡金属反应，生成铜锡合金，从而达到焊接的目的。

其他一切有机酸的化学反应与上述反应类似，则一切有机酸和金属氧化物反应，所生成的金属盐和熔融焊料反应，控制着焊料和被焊金属的润湿性，也表明焊剂去除氧化物的能力。

2.2.2助焊剂的物理作用

焊剂的物理作用主要表现在两个方面，其一，改善电烙铁焊接时的热传导作用。

因为焊接时烙铁头和被焊金属的接触不可能是平整的，它们之间包裹的空气起到隔热物质的作用。

施加焊剂后，焊剂填充空隙，使焊料和被焊金属迅速加热，提高了热传导性，缩短焊接时间。

其二，施加焊剂能减小熔融焊料的表面张力。

如共晶焊料的表面张力为49Pa，用松香焊剂后，焊料的表面张力可降到39Pa，而用氯化锌焊剂，表面张力可降到33.1Pa。

2.3助焊剂的主要性能指标

电子焊接使用的助焊剂的主要性能指标有：

外观、物理稳定性、密度、粘度、固体含量（不挥发物含量）、可焊性（以扩展率或润湿力表示）、卤素含量、水萃取液电阻率、铜镜腐蚀性、铜板腐蚀性、表面绝缘电阻、酸值等。

下面简要地对这些技术指标进行解析，以方便根据这些指标分析产品性能的优劣。

一外观：

助焊剂外观首先必须均匀，液体焊剂还需透明，任何异物或分层的存在均会造成焊接缺陷；

二物理稳定性：

通常要求在一定的温度环境（一般5～45℃）下，产品能稳定存在，否则在炎热的夏天或严寒天气就不能正常使用；

三密度与粘度：

这是工艺选择与控制参数，必须有参考的数据，太高的粘度将使该产品使用带来困难；

四固体含量（不挥发物含量）：

表示的是焊剂中的非溶剂部分，实际上它与不挥发物含量意义不同，数值也有差异，后者是从测试的角度讲的，它与焊接后残留量有一定的对应关系，但并非唯一。

五可焊性：

指标也非常关键，它表示的是助焊效果，如果以扩展率来表示，孤立的讲它是越大越好，但腐蚀性也会越来越大，因此为了保证焊后良好的可靠性，扩展率一般在80～92％间。

六卤素含量：

将含卤素（F、Cl、Br、I）的活性剂加入助焊剂可以显著的提高其可焊性，改善焊接效果，但如果含量过多则会带来一系列的腐蚀问题，例如焊接后卤素残留多时会造成焊点发黑、并循环腐蚀焊点中的铅产生白色粉末，因此其含量也是一个非常主要的技术指标，它是以离子氯的含量来表示的离子性的氯、溴、碘的总和，由于检测标准不同可能有不同的表示含义，比如现行的IPC标准则是以焊剂中的固体部分作分母，由于固体部分（即不挥发物含量）通常只占液体焊剂的10％以下，因此它的表示值看起来通常较大，而GB或旧的JIS（日本工业标准）标准则以整个焊剂的质量做分母，其值就相对较小。

七水萃取液电阻率：

该指标反映的是焊剂中的导电离子的含量水平，阻值越小离子含量越多，焊后对电性能的影响越大，目前按照树脂型焊剂的标准要求，低固态或有机酸型焊剂大多达不到A类产品（JISZ3283－86）和GB9491－88规定的RMA类型产品的要求。

随着助焊剂向低固态免清洗方向发展，因此最新的ANSI/J-STD-004标准已经放弃该指标，但在表面绝缘电阻一项指标里加严了要求。

八腐蚀性：

助焊剂由于其可焊性的要求，必然会给PCB或焊点带来一定的腐蚀性。

为了衡量腐蚀性的大小，各种标准均规定了腐蚀性的测量方法，其中铜镜腐蚀是测试使用时当时的腐蚀性大小，铜板腐蚀测试反映的是焊后残留物的腐蚀性大小，指示的是可靠性指标，因此各有侧重，对有高质量和可靠性要求的电子产品，必须进行该项测试，并且其环境试验时间需10天（一般7～10天）。

九表面绝缘电阻：

一个最重要的指标就是表面绝缘电阻（SIR），各标准对助焊剂的焊前焊后的SIR均有严格的要求，因为对用其组装的电子产品的电性能影响极大，严重的可造成信号紊乱，不能正常工作，按GB或JIS标准的要求SIR最低不能小于1010Ω，而J-STD-004则要求SIR最低不能小于108Ω，由于试验方法不同，这两个要求的数值间没有可比性，对于某些产品而然，其要求会更高。

2.4助焊剂的有关标准

在1995年制定J-STD-004（RequirementsforSolderingFluxes）标准以前，国内外已经有许多助焊剂的标准、技术要求和试验方法，例如：

GB9491-88、JISZ3197－86、QQ－S－571、MIL－F－14256以及IPC－SF－818等，此外还有适用于焊锡丝树脂芯焊剂的GB3131－88与JISZ3283－86等。

这些标准大多数是80年代制定的，有些适用范围比较窄，比如国标GB9491-88是早期对松香型焊剂的要求标准，现在已不能适应助焊剂发展的需求，如该标准中有规定固体含量（不挥发物含量）必须大于15％这类令人无所适从的要求等。

为了适应电子工艺的发展，助焊剂也朝低残留、免清洗的方向发展，于是国内曾经出现免洗型焊剂的试行标准，但该标准存在明显的缺陷，比如给免洗焊剂的概念规定了如固体含量、离子污染值（该参数与助焊剂使用的工艺条件、PCB等有关，并非为助焊剂所特有的指标）等具体的技术指标。

因此，根据我们长期从事助焊剂检测与研发的经验和分析，J－STD－004是目前最适用的标准，但必须熟悉该标准的有关要求以便更好地根据该标准选择焊剂。

2.5J－STD－004的特点与技术要求

2.5.1助焊剂的分类（J-STD-004）

J－STD－004标准几乎包括了所有类型的焊剂。

对于J－STD－004而言，没有不合格的助焊剂产品，仅仅类别不同而已，这就给焊剂的选用造成一定的困难。

所以用户必须首先熟悉该标准的分类方法以及每类产品的技术特点，然后根据自己的情况做出最佳的选择。

J－STD－004将所有焊剂分成24个类别，涵盖了目前所有的焊剂类型。

首先，该标准根据助焊剂的主要组成材料将其分成四大类：

松香型（Rosin、RO）；树脂型（Resin、RE）；有机酸型（Organic、OR）；无机型（Inorganic、IN）。

括号中的缩写字母为代号。

其次，根据铜镜试验的结果将焊剂的活性水平划分为三级：

L（表示焊剂/焊剂残留物的活性低或无活性），M（表示焊剂/焊剂残留物活性中等），H（表示焊剂/焊剂残留物高活性）；再根据焊剂中有无卤素进一步细分为L0、L1、M0、M1、H0、H1，其中0表示无卤素，1表示有卤素。

助焊剂的分类如表1所示。

表1J-STD-004对助焊剂的分类

焊剂（主要）组成材料

FluxMaterialsofComposition

焊剂活性水平（卤素含量％）/焊剂类型

FluxActivityLevels（%Halide）/FluxType

焊剂标识（代号）

FluxDesignator

Rosin

（RO）

Low（0.0%）L0

ROL0

Low（<0.5%）L1

ROL1

Moderate（0.0%）M0

ROM0

Moderate（0.5~2.0%）M1

ROM1

High（0.0%）H0

ROH0

High（>2.0％）H1

ROH1

Resin

（RE）

Low（0.0%）L0

REL0

Low（<0.5%）L1

REL1

Moderate（0.0%）M0

REM0

Moderate（0.5~2.0%）M1

REM1

High（0.0%）H0

REH0

High（>2.0％）H1

REH1

Organic

（OR）

Low（0.0%）L0

ORL0

Low（<0.5%）L1

ORL1

Moderate（0.0%）M0

ORM0

Moderate（0.5~2.0%）M1

ORM1

High（0.0%）H0

ORH0

High（>2.0％）H1

ORH1

Inorganic

（IN）

Low（0.0%）L0

INL0

Low（<0.5%）L1

INL1

Moderate（0.0%）M0

INM0

Moderate（0.5~2.0%）M1

INM1

High（0.0%）H0

INH0

High（>2.0％）H1

INH1

表中各种分类是以焊剂中固体部分的主要组成为依据的，比如焊剂的固体部