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1、锡膏中活性剂的作用及其性能2009年11月第四期,ll全l3锡膏中活性剂的作用及其性能金霞(浙江省冶金研究院亚通电子有限公司杭州310021)摘要:详细闸述了活性剂在焊接中的作用,活性剂的研究发展及活性荆对锡膏性能的影响,并简述了活性剂的性能常规测试方法.关键词:锡膏;活性剂;性能;测试0前言随着电子产品向超大规模集成化,数字化,微型化方面发展,表面安装技术[1](sir)成为电子组装的主流技术,而锡膏印刷对SMT焊接工艺性能至关重要,直接决定着电子产品的质量.锡膏是一种由焊料合金粉,助焊剂均匀组成的,动力学稳定的混合物,在焊接条件下与被焊表面形成冶金结合,完成可靠,一致的焊接.与焊接表面形成
2、冶金结合前,必须通过活性剂进行化学处理,否则焊接将无法实施J.l活性剂的作用锡膏中加入活性剂的目的是为了去除焊粉和被焊表面的氧化物,使焊接时的表面张力减小,增加焊料和焊盘金属的润湿性,提高可焊性,并且在再流焊时能防止氧化,直至形成焊点.活性剂的活性是指它与焊料和被焊表面氧化物杂质发生化学反应的能力,具有这种能力的物质有无机盐,有机酸及其卤化物,有机胺及其卤酸盐,肼及其卤化物,酞胺类尿素等.其中,无机活性物质由于其酸性太强,腐蚀性大,在电子行业一般不用;而有机活性剂的活性大小则与其本身结构相关.例如,含有羧基(一COOH)和胺基(一NH2,一NHR,一NR2)等活性官能团的有机物是很好的活性剂.
3、除了化学分子结构以外,有机活性剂的活性强度还取决于其周围介质的影响.例如,分子结构中与羧基官能团相邻的电子获取基,因其阴离子的稳定性而增强了羧基的酸性;反过来,电子释放基降低其酸性,这就是所谓的诱导效应.理想的活性剂应该具有这样的性质,即未加热时活性剂的活性很低;而加热后,其活性在加热的不同阶段逐步发挥.从动力学来说,温度和时间是两个最普遍的变量,焊剂在加热/再流焊过程中的活性稳定和活性时间的设计,常根据具体的工艺要求来设置.一般使用的有机活性剂包括:脂肪酸,芳香酸,脂肪肢及其衍生物,胺的氢氯酸盐以及胺的氢溴酸盐.有机酸和金属氧化物反应的通式如下:2RCO0H+MeO一(ncoo)2Me+H2
4、0有机胺类活性剂多半是以盐酸盐或者溴酸盐形式使用,它们和金属氧化物反应的通式为:2RNH2?HX+Meo一2RNH2+MeX2+H2O无机盐类的活性剂可以还原金属氧化物以及形成金属氯化物,反应式为:4MeO+2NH4CI-~3Me+MeCI2+N2+4H2OMeO+2NH4CI-~MeCI2+2NH3+H20形成的氨可以再分解为氮和氢,而氢可以使金属氧化物还原:2NH3一N2+3H2MeO+2[H]一Me+n20被还原和置换出来的活性金属能促进焊料的扩展,因为它们可以改变液固相接触表面的吸附条件,减少表面张力和表面自由能,从而提高润湿性能[7l.2活性剂的发展传统的锡膏多以大量的松香作为活性剂
5、,也常采用腐蚀性较大的酸类.但随着CFC的全面禁止,低残留,免清洗焊接技术成为一个有效的解决途14出全2009年11月第四期径.在达到助焊性能条件下,要求活性物质的腐蚀性要尽量的低,松香质量分数一般都在3%以下.这样低的松香含量,不可能像传统的松香类助焊剂那样把一些有害物质包裹起来,残留的活性剂不能完全溶解在松香中,有可能导致水解反应.反应产物和未用完的活性剂可能构成导电通道,同时可能产生腐蚀PCB或元器件等问题.研究发现,采用有机酸作为活性物质配以适量的松香效果最好.有机酸由于作用柔和,带来的腐蚀性极小,一般不会造成较大的危害.因回流焊接的工艺温度是一区间值,而单一物质无法提供这么大的区间范
6、围,因此常将该范围内几种分解温度不同的活性物质进行复配.复配后的活性物质在焊接过程中,一方面有充足的活性去除基板表面氧化物,另一方面在升温过程中又会逐渐分解,可大大降低残留量及焊后腐蚀的可能性.此外,为了调节焊剂的pH值,可在有机酸中加入有机胺,进行酸碱复配处理.酸和胺易发生中和反应,部分中和的产物,在焊接温度下迅速分解为有机酸和有机胺,而这两种物质皆为活化剂,所以改进后的焊剂活性反而有所增加.通常是在焊剂中加入三乙醇胺以降低焊剂的酸度.这种复配活化剂的活性起始温度较低,活性接近于有机卤化物【13].但该复配活性物质与松香的相容性不佳,而大多数助焊剂都会含有一定量的松香.因此,采用复配物与成膜
7、剂丙烯酸树脂进行反应改性,在不降低焊剂活性的情况下,减少了游离试剂的含量,改善了焊剂的稳定性,同时大大降低了焊后的腐蚀性.即在室温下,由于成膜剂的非极性保护作用使得包覆后的活性物质仍能保持惰性状态,表现为常温稳定,高温活泼的活性物质.在焊接过程中,不论是何种酸碱复配的活性物质,在初始加热时首先均从被包覆的成膜剂中释放出来,并很快发生分解生成相应的酸和碱,然后迅速与焊粉和母材表面的氧化物发生一系列的
