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锡膏制造基础讲座之二 助焊剂

                                                                             锡膏制造基础讲座之二 助焊剂

       在焊接领域里众所周知一个道理,几乎所有的金属暴露于空气中就会立刻氧化,此氧化物会阻碍润湿,阻碍焊接。因此,需要一些方法来去除此氧化物,且不会形成再次氧化。我们可以在真空中清洗金属和焊接,但是,这不是很实际的方法。

        有一些材料可以去除氧化物且盖住金属表面使氧化物不再形成,这就是助焊剂,它是焊接工程必要的材料。它们尚需具备其他的特性,如耐焊接温度、自由流动和不阻碍焊锡的流动。理想上,它们也不攻击焊点上的金属或四周的材料,而且也必须易于被去除。

         助焊剂对被焊表面的涂布方法有传统波焊中的泡沫式,波流式,喷射式及表面沾浸式的涂布方法。在预热过程中,多种助焊剂在得到热能的协助后,皆能充满活力而得以对各种金属外表执行清洁的任务。因此,助焊剂本身在各种涂布焊接工程学上,除清洁作用外,还有润焊湿润、摭散性、助焊剂活性、热稳定性、化学活性等。

助焊剂的在锡膏的成分中占有10%的质量比重。

1,助焊剂分类

  (1)按区域分类

   美系类型、日系类型、欧系类型

  (2)按焊接制程分类

       用于焊接制程的助焊剂可分为三种基本的型式,L,M,H三类,每一种分类的特性皆与其助焊剂或助焊剂残渣之腐蚀性或导电性有关。

  ①L=表示助焊剂本身或助焊剂残渣皆为低度活性者

  ②M=表示助焊剂本身或F染残渣为中度活性者

  ③H=表示助焊剂本身或助焊剂残渣为高度活性者

若是含有松香的助焊剂,则在L、M、H代字后加上“R”

 (3)按是否需要清洗类等分类

  ①免洗(NC)

  ②水洗(WS或OA)

  ③中等活性松香(RMA)

  ④活性松香型(RA)

2,助焊剂的作用

(1)助焊剂是一种具有化学及物理活性的物质,能够除去被焊金属表面的氧化物或其他形成的表面膜层以及             焊锡本身外表上所形成的氧化物;

(2)为达到被焊表面能够沾锡及焊牢的目的,助焊剂的功用还可保护金属表面,使在焊接的高温环境中而不            再被氧化;

(3)第三个功能就是减少熔锡的表面张力(Surface tension),以及促进焊锡的分散和流动等。


3,J-STD-004助焊剂活性分类的测试要求

 

焊剂分类

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10^8Ω 

L0

铜镜无穿透现象

通过

0.0%

无腐蚀

清洗与未清洗 

L1

通过

<0.5%< span="">

M0

铜镜无穿透性面积,< 50%

通过

0.0%

轻微腐蚀

清洗与未清洗

M1

通过

0.5-2.0%

H0

铜镜无穿透性面积> 50%

通过

0.0%

较重腐蚀

清洗

H1

通过

  >2.0%

 

4,助焊剂活性度分类

 

助焊剂型式

耐蚀试验Corrosion Resistance Tests

铜镜试验 
Copper Mirror

铬酸银试验
Silver Chromate 

腐蚀试验
Corrosion

 

IPC-TM-650 2.3.3.2

IPC-TM-650 2.3.3.3

IPC-TM-650 2.6.1

L

铜镜不允许出现被除去的迹象(白色背景不可出现)

对Class1及Class2而言,其卤化物须低于0.5%(指固形物而言)对Class3而言必须通过铬酸银试验

不可出现腐蚀,如周围有蓝/绿色边缘出现,则其flux需通过铬酸银试验

M

允许部份或全部份铜镜被除去

卤化物应低于2%

铜镜试验发生腐蚀时尚可允许,但是flux须通过卤化物

H

铜镜全部被去除

卤化物可高于2%

可允许有严重的腐蚀出现

 

5,助焊剂分类标识

焊剂(主要)组成材料

Flux Materials of composition

焊剂活性水平(含卤素量%)焊剂类型Flux Activy

焊剂标识(代号)

Flux Designator

Rosin(RO)

Low(0.0%)           L0

ROL0

Low(<0.5%) l1="" span="">

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="" span="">

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="" span="">

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="" span="">

INL1

Moderate(0.0%)       M0

INM0

Moderate(0.5-2.0%)    M1

INM1

High (0.0%)          H0

INH0

High (>2.0%)         H1

INH1





















6,助焊剂表面绝缘电阻(STR)测试要求

助焊剂型式

表面绝缘电阻(STR)的各项要求

1

2

3

50℃ 90%RH 7days

50℃  90%RH 7days

85℃ 85%RH 7days

L

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

M

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

残渣在“未清洗”(N)或“已清洗”(C)下均需达到10^8Ω之电阻值及格标准

H

残渣已清洗后(C)其电阻值需达到10^8

残渣已清洗后(C)其电阻值需达到10^8Ω

残渣已清洗后(C)其电阻值需达到10^8Ω


7,助焊剂在不同温度下的活性


       好的助焊剂不只是要求热稳定性,在不同温度下的活性亦应考虑。助焊剂的功能即是去除氧化物,通常在某一温度下效果较佳,例如RA的助焊剂,除非温度达到某一程度,氯离子不会解析出来清理氧化物,当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。另一个例子,如使用氯气做助焊剂,如温度是一定的,反应时间则依氧化物的厚度而定。
6,助焊剂在不同温度下的活性

       当温度过高时,亦可能降低其活性,如松香在超过(600OF)315℃时,几乎无任何反应,如果无法避免高温时,可将预热时间延长,使其充分发挥活性后再进入锡炉。也可以利用此一特性,将助焊剂活性钝化以防止腐蚀现象,但在应用上要特别注意受热时间与温度,以确保活性钝化。

8,助焊剂润湿能力

       为了能清理基材表面的氧化层,助焊剂要能对基材金属有很好的润湿能力,同时亦应对焊锡有很好的润湿能力以取代空气,降低焊锡表面张力,增加其扩散性。

9,助焊剂扩散性

       助焊剂在焊接过程中应有助于焊锡扩散的能力,扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变以形成优良焊点,通常扩散率(Spread factor)可用来作助焊剂的强弱指标

10,助焊剂化学活性

       要达到一个好的焊点,被焊物必须要在一个完全无氧化层的表面。但金属一旦暴露于空气中会生成氧化层,这种氧化层无法用传统溶剂清洗,此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用。当助焊剂清除氧化层之后,干净的被焊物表面,才可以与焊锡接合。

    助焊剂与被氧化物的化学反应有几种:

   (1)是相互起化学作用形成第三种物质。

   (2)氧化物直接被助焊剂剥离。

   (3)上述二种反应并存。

       松香助焊剂去除氧化层,即是第一种反应,松香主要成份为松香酸(Abi-eticacid)和异构双萜酸(lsomericditerpene acids),当助焊剂加热后与氧化铜反应,形成铜松香(Copper abiet),是呈绿色透明状物质,易溶入未反应的松香内与松香一起被清除,即使有残留,也不会腐蚀金属表面。

       氧化物暴露在氢氧中的反应,即是典型的第二种反应,在高温下氢与氧反应成水,减少氧化物,这种方式常用在半导体零件的焊接上。

       几乎所用的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物,但大部分由于安全性的考虑都不能用来焊锡,助焊剂除了去除氧化物的功能外,还有其他功能,这些功能是在焊锡作业时,必须考虑的。

10,助焊剂热稳定性

       助焊剂在去除氧化物反应的同时,必须还要形成一个保护膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温,在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发。如果分解则会形成溶剂不溶物,难以用溶剂清洗,W/W级的纯松香在280℃左右分解,此应特别注意。

 


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