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无铅焊接对助焊剂的要求

时间:2018-05-31
 

   助焊剂 与钎料合金表面之间有化学反应,因此不同合金成分要选择不同的助焊剂。母材表面的金属氧化膜的稳定性随金属的种类而异,具有稳定的氧化膜的母材在焊接时要将其除去是非常困难的,因而造成了焊接的困难。金属氧化膜的稳定性可以从其生成的自由能AF来定性地判断,其负的绝对值愈大的愈稳定。具有代表性的金属氧化物的标准生成自由能AF见表1.8。


    与Ag、Cu等相比较,Sn的氧化物的AF负的绝对值大,相对而言是稳定。因此,在焊接中所用的助焊剂也应用所差别,对于后者必须用活性较强的助焊剂才行。而且前工业中大量应用的无铅钎料合金几乎均为高Sn合金(>90w1%).这正是造成无铅焊接缺陷率高的原因之一。
   由于无铅合金的浸润性差,要求助焊剂提高活性和活化温度。无论在有铅还是无铅再流焊接中,助焊剂侵润区都是控制焊接质量的关键区域。助焊剂中的主要成分是松香脂,而松香的主要成分是松香酸,其熔点为74℃,在170℃呈现活性反应,在300℃以上丧失活性。松香酸和被焊母材Cu表面的氧化层(CU2O)反应生成松香酸。松香酸在常温下不能和CU2O起反应。所以若要实现活性增强、高温稳定性改善,要求焊后助焊剂残留物要少,且无腐蚀性,满足ICT探针测试和电迁移要求。
    所谓助焊剂的活性反应,就是分解反应,此时会发出热量、释放激活能。在有铅焊接时,助焊剂的活性反应恰好在钎料的熔点183℃之前对金属表面进行洁净。钎料融化时使金属表面获得激活能,能够降低烙融钎料黏度衣面张力、提敲浸润性,从而有利于扩散、溶解,形成 金属间化介物。以SAC合金为例,无铅焊接时,其熔点为2I7℃:。而无铅助焊剂的主要成分也是松香脂,若使用传统助焊剂,在183℃钎料融化前助焊剂己经结束活性反应。再从183℃升 到217°C,由于助焊剂长时间处在高温下,不仅起不到清洗和浩净作用,还可能造成助焊剂碳 化,严重时甚至会使PCB焊盘、元器件引脚和焊膏中的钎料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良。因此,无铅焊接中无铅助焊剂必须专门配置。
   在城市附近,由于大气污染、光化学烟雾的危害愈来愈严重,强紫外线、工厂排出的废 气(CO、NO3)、VOC等均易产生光化学烟雾,故被称为“光化学烟雾的发源地”,如图1.18 所示。
挥发性有机化合物(VOC)是一种可挥发性的有毒物质,它构成了大气光化学污染的主要来源之一,导致了大气对流圈臭氧层的减少,破坏了人类的生存环境。因此,VOC愈来愈受到世界各国的重视。在列出的有毒的大气污染物质目录中,就包含了现在使用的有机溶剂等。传 统助焊剂所大量使用的醇类等溶剂,大多都属于VOC物质。因此,发展无VOC助焊剂是未米来的发展方向。


   波峰焊接中的无VOC免清洗助焊剂需要特殊配制。实施“绿色”焊接工艺,则要求使用 无VOC的水基助焊剂,它比醇战助焊剂更存一些优势。试验证明,无VOC助焊剂对无铅钎料 与PCB 上的残留物和可焊性,比传统免洗助焊剂显示了更好的结果。其原因是:
   •应用到PCB上的数量较少了:
   •助焊剂屮的活性剂和化学物质在水中比在醇类屮反应更存化学活性。
   虽然无VOC助焊剂价格贵些,但实际上使用这些助焊剂的综合成本大致是相同的或其至 更少,因为焊接中的总消耗量减少了。
   可焊性的提高导致返工数的减少。而助焊剂消耗量的降低,对提升产品质量也是有利的。 同时,清洁机器的零部件将比较容易,可以用热水而不是化学品和仪器来完成。然而钎料珠的数 量将随着无VOC助焊剂的使用而增加,其部分原因是因工艺中较高的温度,使阻焊膜软化。 但与锡铅工艺比较,这些钎料球的清除要容易得多。

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