助焊剂选择与使用

助焊剂选择与应用、检测、问题分析孙云华2016.03.10助焊剂的作用1．清除焊接金属表面的氧化膜；2．在焊接物表面形成液态的保护膜，隔绝高温时四周的空气，防止金属表面再氧化；3．降低焊锡表面的张力，增加其扩散能力；4．焊接的瞬间，可以让熔融状的焊锡与被焊金属表面形成合金，顺利完成焊接。助焊剂的成份助焊剂种类繁多，但其成份一般可包括：成膜保护剂、活化剂、扩散剂和溶剂，有的还可以添加缓蚀剂或消光剂。⑴保护剂保护剂覆盖在焊接部位，在焊接过程中起到防氧化作用的物质，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、改性丙烯树脂等，但会造成清洗困难。助焊剂的成份⑵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，但腐蚀性能也会增强。因此，活化剂含量一般控制在1%~5%，最多不能超过10%。助焊剂的成份⑶扩散剂扩散剂可以改善焊剂的流动性润湿性。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。⑷溶剂溶剂是活性物质的载体，其作用是将松香、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。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。助焊剂的主要性能指标⑴外观：助焊剂外观首先必须均匀，液体焊接还需透明，任何异物或分层的存在均会造成焊接缺陷：⑵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：⑶密度与粘度：这是工艺选择与控制参数，必须有参考的数据，太高粘度将使该产品使用带来困难：⑷固体含量（不挥发物含量）：表示的是焊剂中非溶剂部分，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。助焊剂的主要性能指标⑸可焊性：指标也非常关健，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。⑹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性的氯、溴、碘的总合，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。助焊剂的主要性能指标⑺水卒取液电阻率：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。⑻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）。助焊剂的主要性能指标⑼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。J—STD—004中规定的焊剂的技术要求焊剂类型铜镜试验卤素含量（定性）卤素含量（定量）腐蚀试验SIR必须大于100MΩ的条件铬酸银试验(CL,Br)含氟点测试(F)（CL,Br,F）L0铜镜无穿透现象通过通过0.0%无腐蚀清洗与未清洗L1通过通过＜0.5%M0铜镜穿透性腐蚀面积＜50%通过通过0.0%轻微腐蚀清洗或未清洗M1不通过不通过0.5~2.0%H0铜镜穿透性腐蚀面积＞50%通过通过0.0%较重腐蚀清洗H1不通过不通过＞2.0%可焊性扩展面积：L1类型＞90.00mm2；Ｍ1类型＞100.00mm2备注其它项目无详细要求，仅需提供检测数据JISZ3283—86中规定的助焊剂的技术要求序号项目技术要求1水萃取液电阻率（Ωcm）AA：≥1×105A：≥5×104；B：/2卤素含量（以Cl计，wt%）AA：＜0.1；A:0.1～0.50,B:＞05.～1.03助焊剂（扩展率，%）AA：≥75A：≥80；B：≥854干燥度焊渣表面应无粘性，表面的白垩粉（或白粉笔）应能容易除去5铜镜腐蚀性AA：应基本无变化A：不应使铜膜有穿透腐蚀；B：/6绝缘电阻（Ω）（经40℃，95%RH96h）AA：≥1×1012；A：≥1×1011B：≥1×1010备注其它项目的要求由供需双方议定助焊剂的测试方法1.外观用目测方法检验焊剂是否透明,是否有沉淀、分层和异物。该项目的测试一般情况下则通过增加测试次数或在实验室内部人员间进行比对来对测试结果进行核对，核对通常在对结果有疑问或异议时进行。助焊剂的测试方法2物理稳定性（引用GB/T15829.2—1995）用振动或搅拌的方法使焊剂试样充分混匀，各取50ml试样分别于2支100ml试管中，在条件①盖严，放入冷冻箱中冷却到5±2℃；条件②打开试管盖，将试样放到无空气循环的烘箱中，在45±2℃下；各保持60+5-0min。分别在上述温度下观察和目测焊剂是否有结构上的分层现象。助焊剂的测试方法3不挥发物含量（SolidsContent,Flux）3.1GB/JIS方法将约6克焊剂（放入已恒量的直径约为50㎜的扁形称量瓶中）准确称量（M1），并精确至±0.002g后,放入热水浴中加热,使大部分溶剂挥发,再将其放入110℃±2℃通风烘箱中干燥4h,然后取出,放到干燥器中冷至室温,称量,反复干燥和称量,直至称量误差保持在±0.05g之内时为恒量,此时试样质量为M2。按下面公式计算焊剂的不挥发物含量。不挥发物含量（%）=M2M1×100助焊剂的测试方法3.2J—STD—004（IPC—TM—6502.3.34A）方法将约6克焊剂（放入已恒量的直径约为50㎜的扁形称量瓶中）准确称量（M1），并精确至±0.001g后,放入85℃±5℃通风烘干箱中干燥1h,然后取出,放到干燥器中冷至室温,称量,反复干燥和称量,直至两次称量误差保持在±0.005g之内时为恒量,此时试样质量为M2。按下面公式计算焊剂的不挥发物含量。不挥发物含量（%）=M2M1×100/M1该项目的测试一年进行一次（或在进行仲裁试验前）实验室间比对试验，一般情况下则通过增加测试次数或重新校准分析天平不来对测试结果进行核对，核对通常在对结果有疑问或异议时进行。助焊剂的测试方法4黏性和密度在5℃条件下，将医用滴管插入焊剂中，依次将焊剂吸至滴管的不同高度，目测焊剂是否能很迅速达到这些高度。或用粘度计直接测量其粘度（Pa﹒s）在温度为23±1℃下按密度计使用说明书要求测定其密度或按GB610—88规定的方法进行测试。助焊剂的测试方法5水萃取液电阻率取五个100ml烧杯,清洗干净。再装入50ml去离子水。选择合适的仪器电极，在水温为23±2℃条件下测得的电阻率应不小于5×105Ω·㎝,并用去离子水洗过的表面皿盖好，以免受到污染。分别在三个烧杯中加入0.100±0.005ml焊剂试液，其余两个烧杯作为空白，用来核对。同时加热五个烧杯至沸点，并沸腾1min,冷却。将冷却的带盖烧杯放入温度为23±2℃的恒温水槽内，使其达到热平衡。用去离子水彻底清洗测试电极，然后浸入只装有焊剂试液的烧杯内，测试电阻率，记录读数。用去离子水彻底清洗测试电极，然后浸入只装有核对用去离子水的烧杯内，测试电阻率，记录读数。用上述相同方法依次对剩下的焊剂试液和核对用去离子水进行测试，并记录读数。当核对用去离子水的电阻率小于5×105Ω·㎝时，说明去离子水已被污染，试验应全部重做。助焊剂的测试方法6卤化物含量6.1铬酸银试纸法6.1.1铬酸银试纸的设备将2～5㎝宽的滤纸带浸入0.01铬酸钾溶液，然后取出自然干燥，再浸入0.01N硝酸银溶液中,最后用去离子水清洗.此时纸带出现均匀登陆桔红一咖啡色.将纸带放在黑暗处干燥,再切成长20㎜×20㎜,放于棕色瓶中避光保存备用。6.1.2试验步骤将一滴(约0.05ml)焊剂滴在一块干燥的铬酸银纸上保持15s,将试纸浸入清洁的异丙醇中15s,以除去焊剂残留物,试纸干燥10min后,用弱眼检查试纸颜色的变化。注：铬酸银试纸受游离胺基、硫氢化物、氰化物的干扰。助焊剂的测试方法6.2容量滴定法6.2.1试验步骤将相当于lg不含挥发物的焊剂精确快速称量(M)于50ml烧杯中,加入10ml甲醇,移入分液漏斗中,用25ml乙醚或苯分几次清洗烧杯,将清洗倒入分液漏斗中,摇匀。用75ml去离子水萃取三次（每次25ml），将该萃液取置于250ml锥形瓶中，用移液管准确注入25ml0.02N硝酸银基准溶液,再加入硝酸(1：1)10mL。硝酸苯或甲苯5ml，充分摇匀，使其生成的氯化银沉淀凝聚。加铁铵钒饱和溶液2ml,用0.02N硫氰酸钾溶液滴定,直到溶液出现橙色为止，按公式(3)计算焊剂中卤素的百分含量（均按C1计算）。C1（%）=0.0355N（V1-V2﹒K）/M×100式中：M—焊剂质量，g；V1—0.02N硝酸银基准溶液用量，ml；V2—0.02N硫氰酸基准溶液用量，ml；N—硝酸银基准溶液当量浓度；K—换算系数。助焊剂的测试方法6.2.2求换算系数K用移液管准确吸取20ml硝酸银溶液于250ml锥形瓶中,加去离子水60ml、硝酸（1：1）10ml、硝基苯或甲苯5ml、铁铵矾饱和溶液2ml，用0.02N硫氰酸钾溶液（V）滴定之溶液出现橙色为终点。按公式计算K值：K=20/V助焊剂的测试方法7扩展率7.1GB/JIS方法7.1.1试片的准备从GB2040规定的二号铜板(牌号为T2)上切取0.3mm×50mm×50mm平整试片五块,去油后用500#细砂纸去氧化膜并用抛光膏抛光,再用无水乙醇清洗干净并充分干燥。为便于用镊夹子持试片纸,将试片的一角向上折弯,操作中应带手套接触试片。将试片放在温度为150±2℃的烘箱中氧化1h,所有试片应放在烘箱的同一高度上。试片从烘箱中取出后,放在密封的干燥器中备用。7.1.2焊环的准备将符后GB3131规定的标称直径为1.5mm、牌号为HLSn60Pb39锡铅焊料的丝材绕在圆柱形芯轴上，再沿芯轴方向将焊料切断，从芯轴上取下焊料环，整平。每个焊料环的质量应为0.30±0.005g，共做10个。助焊剂的测试方法7.1.3试验步骤从干燥器中取出五块铜试片,在每块试片中部放一个焊料环(精确称得其质量为M)、在环中央滴0.10ml(约2滴)焊剂。再将这些试片水平地放置在235＋50℃焊锡槽的熔融焊锡表面保持30S,取出试样并水平放置,冷却至室温,