无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势

无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势

张雪灵,李蓉

深圳市聚峰锡制品有限公司  广东 深圳 518000

摘要：随着现代化社会发展，人们环保意识增强，对含铅、含汞等电子产品谈之色变，因此也进一步推动了无铅电子产品的大力研发和推广。手工焊接在电子产品焊接中发挥不可替代的重要作用，而无铅焊锡丝用助焊剂的研发势在必行。需要对各种类型的无铅焊锡丝用助焊剂进行科学性分析与研究，明确其应用要点，推动研究力度，为行业发展提供动力支持。本文主要对无铅焊锡丝用助焊剂的研究现状以及未来发展趋势进行综合性分析。

关键词：无铅焊锡丝 助焊剂 研究 发展趋势

现代化经济发展背景下，人们的环保意识增强，加强对对自身身体健康的关注力度。而铅这类物质对人体健康破坏性较大，而且还容易引起环境污染。因此，越来越多的国家禁止使用含铅产品。这种国际背景下，无铅焊料被逐渐被研发出来，并得到广泛应用。无铅化的发展对电子行业带来了极大的技术挑战，只有秉持绿色设计和制造的理念，加大无铅焊料的研发力度，才能为其全面推广与应用奠定良好的基础。[1]随着现代化科学技术的发展，再流焊接与波峰焊接技术日渐盛行，优势明显。但是手工焊接仍然是一种不可或缺的重要技术方式，尤其是在复杂组装工艺中是穿孔组建作业中需要应用到，同时在对家电、仪表仪器等进行焊接、补焊时往往需要应用到焊锡丝。基于此，需要对无铅焊锡丝用助焊剂进行持续性研究。

一、助焊剂作用、特性、分类

我国在2007年初颁布相关法律文件，不再准许使用含有铅、汞、镉等有毒有害物质的电子产品。现阶段我国逐渐向无铅时代进行过渡。结合当前的研发成果来看，无铅焊丝用助焊剂包含很多类型，而且可以结合分类指标的不同，对其进行如下分类：按照松香角度，氛围松香型、低松香型、无松香型；从而卤素含量包含低卤素和无卤素；从焊后清洗角度包含清洗型和免清洗型。[2]

（一）作用

在电子产品组装技术应用中，势必要应用中助焊剂，在具体应用中，主要发挥其物理、化学特性，达到钎焊目的，形成保障和焊点质量。随着在现代化科学技术发展支持下，气氛焊接、真空焊接方式被研发和应用，但是成本较高，可操作性较低，而且应用稳定性不足，因此，现阶段在电子产品封装行业中，仍然使用助焊剂作为主要方式。在钎焊作业中，助焊剂发挥着重要作用，如润湿母材，确保钎料保持一定的湿润度，同时还可以清楚母材表面的氧化膜，避免其受到重复氧化。助焊剂的质量、使用技术与整体电子工业产业质量息息相关。[3]

（二）特性

助焊剂的质量直接关系到电子产品的质量性能，因此需要选择合适的助焊剂类型，确保其具备以下特点优势：可以彻底清除母材金属和钎料表面的氧化膜；具有较高的润湿度，而且慢流性较好；熔点不能高于钎料，只有这样才能保障其助焊功能的有效性发挥；要对粘度、密度进行有效性控制，不能高于钎料；具有较为可靠的热稳定性；其浸润扩散速度需要高于熔化的钎料，扩展率要在90%以上；确保选择的助焊剂在焊接过程中没不会产生飞溅、毒气、臭味现象；要具有较快的发射化学反应；焊接过程中形成的残渣不能具有腐蚀性、导电性，而且容易去除；焊接后不粘手；在常温下进行储存可以保障性能的稳定性与可靠性。[4]

（三）分类

现代化技术支持下，助焊剂的类型越来越多，而且其划分指标有所不同，如状态、活性、固含量、化学成分等。同时还可以利用L（低）M（中）H（高）等指标对其活性、腐蚀性水平进行评价和标识。[5]0即不含卤素，1表示助焊剂中的卤素质量分数不超过0.5%，在中等活性助焊剂中卤素质量分数在0.5%-2.0%之间，在高活性助焊剂中卤素质量分数超过2.0%，其中按照J-STD-004标准对其进行分类，如表1所示。

表1 J-STD-004标准对助焊剂的分类情况

（四）手工焊接的具体要求

在手工焊接作业中，需要确保烙铁头的温度要高于钎料熔点温度，一般要高于150摄氏度左右，焊接温度需要高于焊料熔点50摄氏度。因此对助焊剂沸点提出了更高的要求，需要对焊接时的热能进行有效控制，避免过多、过快，防止其提前蒸发，影响其活化、润湿功能作用的有效性发挥。为了提高焊接效果，需要合理选择助焊剂类型，确保其性能满足焊接要求。无铅焊接工艺温度较高，而且氧化速度加快，难以保持良好的润湿力，基于此，在焊接作业中，需要选择具有更高活性的助焊剂，同时需要增加助焊剂使用量，通常需要增加到以往使用量的一倍以上，这样一来会加大助焊剂活性，导致腐蚀性增强，在焊接后难以清洗，甚至会缩短烙铁头的使用寿命。因此，需要对助焊剂进行深度研发，生产性能更好、更加清洁性助焊剂，促进手工焊接作业的高质量开展。[6]

二、无铅焊锡丝用助焊剂的应用现状

随着持续性的开发与研究，无铅焊料的类型和数量越来越多，同时焊料应用中所需的助焊剂的研发也逐渐深入和拓展。为了在保障实用性能的基础上，突出其环保性能，研发人员逐渐进行了技术改进和改良，尤其是通过改善助焊剂的成分，逐渐把无铅焊锡丝助焊剂向无卤、无松香、无VOC方向发展，而且可以实现免清洗。

（一）含卤素松香型助焊剂

在以往的电子产品行业发展过程中，对松香型助焊剂大量使用，该类型的助焊剂使用效果比较高，而且可以保持稳定性使用性能，外界因素干扰不大，在电子产品生产中被广泛应用。然而该类松香型助焊剂含有大量的卤素物质，在对电子产品进行焊接后，容易留下很多卤素离子物质在电子产品上，甚至对电子产品造成严重的腐蚀作用，为了减少其危害性，需要使用很多氟利昂对其展开气相清洗，这样一来会大量增加整体生产费用，在清洗过程中消耗很多氟利昂并产生大量的污染气体，对自然环境、人体健康、臭氧层等造成极大的危害性。[7]基于此，需要对低卤素以及不含卤素的助焊剂进行开发与研究。部分研究人员研发出了吴强松香型低卤素免清洗助焊剂，在具体研发中，主要是在活性剂中添加0.8%左右的卤代有机酸，这样能够形成共价键的卤代酸，从而有效控制卤素出现电离现象，此外，还可以把卤原子当做吸电子基团，加速有机酸羟基的电离速度，提高助焊剂活性，从而形成低卤素、高活性的助焊剂；有人在助焊剂中添加铵盐类有机化合物，将其当做离子表面活性剂进行使用，虽然可以提升焊接效果，但是卤素离子残留问题没有得到有效改善；部分专业人员研发了一种焊锡丝用助焊剂，该类产品主要在铝以及铝合金软钎焊中进行使用，在具体研发中主要是把无机锌盐作为活性剂，增加整体活性，可以增加其可焊性，并包装焊点的清洁性；此外还有部分人员使用耐热性树脂进行研发，从而保障焊剂的塑性，同时可以增加其整体绝缘电子，防止发生飞溅现象，避免出现胺臭味，保障清洁性焊接。

（二）无卤素松香型助焊剂

在电子装联中，松香型助焊剂的活性较好，应用较为广泛。然而在以往使用的松香型助焊剂很大的腐蚀性，容易留下很多松香残留，对电子产品造成腐蚀，引起线路板绝缘较差，接触不好等问题，甚至降低整体线路板的机械性能和电性能。而且，在使用过程中，还容易出现很多烟雾，对生态环境造成严重破坏。针对这种情况，部分专家进行了深度研究，如在助焊剂增添有机酸类活化剂，这样可以增加其焊性能，实现钎焊，也可以利用结构较为稳定的改性松香，能够在焊接作业后形成有机薄膜，其透明性较好，而且气密性较高，能够对焊接部位进行有效保护，避免出现腐蚀作用。[8]此外，部分专家在助焊剂中添加合成树脂，也可以形成保护薄膜，并增加其绝缘电阻；在研究中，通过在助焊剂中添加一定浓度的松香，能够减少松香含量，避免焊接中产生大量的烟雾、残留物等，保障焊接质量，降低环境污染。

（三）无卤无松香型助焊剂

在现代化社会发展背景下，人们的环保意识逐渐增强，越来越抵触使用有毒有害产品。因此在电子行业发展中，含卤素、送香型的助焊剂逐渐被淘汰，俄日无卤无松香型助焊剂越来越受到深度研发和应用。在市场需求推动下，越来越多的专业研究人员投入到新型助焊剂研发工作中，如使用有机酸当做活化剂，在其中没有任何卤素、松香含量，避免在焊接中引起基本表面较大的张力，同时还可以增加焊性能。在此方案中使用高熔点溶剂作为脂肪醇，在焊接后可以产生一层保护膜，避免出现腐蚀现象；此外有人研发了一种结构、成分较为简单的无卤素水基助焊剂，在焊接后不会产生大量残留物，可以保障精细化焊接，也可以保障焊点的电性能，避免安全事故的发生，同时焊接效率较高，能够进行连续焊接。但是该方案也有一定的缺陷，如助溶剂主要是醇类物质，其沸点较低，容易挥发形成有机化合物，在光化学反应下，形成有害物质危害人体健康，对大气环境造成污染，甚至严重破坏臭氧层。[9]

图1 为Sn99.95无铅焊锡丝

三、未来发展趋势

随着科学技术的发展，对无铅焊锡丝助焊剂的研发力度越来越多，其种类逐渐增多，虽然相对于传统助焊剂具有明显优势，但是仍然存在很多缺陷问题，如普通松香型助焊剂其活性不高，在焊接过程中，造成焊点质量较差，外观不好，难以有效扩展，润湿角度较小等；高级别松香型助焊剂，使用费用较高，容易对电子产品造成加大的腐蚀性，而且其活性较大，容易在焊接过程中引起飞溅问题。而且有机溶剂型助焊剂中含有大量的有机化合物，一旦吸入人体，就会严重危害身体健康，破坏臭氧层等；免清洗型助焊剂活性不高，铺展效果不佳、基于此，在未来研发过程中，需要着重研究与开发无卤、无松香、无有机化合物且活性较高的免清洗型环保类助焊剂，从而促进电子封装行业的健康、可持续发展。[10]同时在对无铅焊锡丝用助焊剂进行研发时，需要注意以下问题：要对助焊剂的活化剂进行合理选择，防止使用无机酸、无机酸盐类活化剂，防止其产生较强的腐蚀性；要选择适量的活化剂，不仅要保障可焊性能，同时需要避免产生毒害性烟雾，避免焊接完成后产生腐蚀现象；要选择合适的表面活性剂，确保其在焊接过程中具有良好的润湿性，同时控制毒害性烟雾的产生；在焊接后，往往会形成大量残留物，需要对其进行彻底清理，保障焊接面的光洁度；在研发面清洗焊锡丝助焊剂时，避免过多天界腐蚀性较强的活化剂或者表面活化剂，防止焊接完成后在焊点留下太多残留物，保障焊后的可靠性。

图2 2020年第三届深圳国际半导体/5G/新兴应用展览会

结语

综上所述，随着科学技术的发展，越来越多的无铅焊锡丝助焊剂得到广泛应用，但是在实际应用中仍然存在一定的缺陷问题，难以保障焊接质量、人体安全和环境安全。因此，需要对无铅焊锡丝助焊剂的研发和应用现状问题进行分析，并结合现代化科学发展态势，在市场需求指导下，为无铅焊锡丝助焊剂的未来研发趋势进行综合性研究，从而促进其研发技术水平的提升，为电子封装行业的高速发展奠定基础。

参考文献

[1]曹颖来. Sn-0.7Cu无铅药芯焊锡丝用无卤助焊剂的研制[D].华南理工大学,2020.

[2]李成武. 无铅药芯焊锡丝用无卤助焊剂的研究和性能改进[D].华南理工大学,2017.

[3]黄永灿. 电子封装用无铅药芯焊锡丝配套助焊剂的研制[D].华南理工大学,2015.

[4]周立兵. 新型铝软钎焊Sn-0.7Cu无铅焊锡丝芯用助焊剂研制[D].华南理工大学,2015.

[5]杨欢. 无铅焊锡丝用低含量改性松香型无卤助焊剂的研究[D].南昌大学,2013.

[6]王超. 电子封装铝用软钎焊无铅焊锡丝配套助焊剂的研究与应用[D].华南理工大学,2012.

[7]杨欢,王丽荣,肖文君,赵晓青,黄德欢.无铅焊锡丝用低含量改性松香型无卤助焊剂[J].电子元件与材料,2012,31(10):75-78.

[8]赵晓青,肖文君,曹敬煜,李文善,黄德欢. 无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势[C]//.2011年第八届中国（天津）国际绿色节能减排、电子电器制造、[表面安装（SMT）]技术交流与合作产业发展研讨会论文集.[出版者不详],2011:6-9.

[9]乐燕群,司士辉,张华丽,黄守财.无铅松香芯焊锡丝中新型助焊剂的研制[J].电子元件与材料,2010,29(07):60-62.

[10]葛文君. 无铅药芯焊锡丝用无卤素助焊剂的研究[D].天津大学,2010.
作者简介：张雪灵（1993年4月）女，汉族，湖南衡阳，硕士，职位：首席运营官、研发总监，研究方向：软钎焊合金及助焊剂。