助焊剂的功能(doc 5页).doc

助焊剂的功能作用：助焊剂是一种具有化学及物理活化性的物质,能夠除去被焊金属表面的氧化物或其它己形成的表面膜层以及焊锡本身外表上所形成的氧化物;以达到被焊表面能夠沾锡及焊牢的目的、同时可保护金属表面使在焊接的高溫环境中而不再被氧化.第三個功能就是減少熔锡的表面张力(Surface tension),以及促进焊锡人分散及流动等. 助焊剂的涂敷方法,有流沬泡沫式,波流式,噴射式及表面粘浸式.在預热过程中,助焊劑在得到熱能后,能充滿活力而得以對各種金屬外表執行清潔的任務.因此, 助焊劑本身在各種涂佈焊接工程學上,除清潔作用外,還有潤焊滋潤性,擴散性,助焊劑活性,熱穩定性,化學活性等.助焊劑在不同溫度下的活性Activation & Deactivation Temperatures 好的助焊劑不只是要求熱穩定性,在不同溫度下的活性亦應考慮. 助焊劑的功能即是除去氧化物,通常在某一溫度下效果更佳,例如RA的助焊劑,除非溫度達到某一程度,氯離子不會解析出來清理氧化物,當然此溫度必須在焊錫作業的溫度範圍內.另一個例子,如使用氯氣做為助焊劑,如溫度不一定的,反應時間則依氧化物的厚度而定. 當溫度過高時,亦可能降低其活性,如鬆香在超過600(315)時,幾乎無任何反應,如果無法避免高溫時,可將預熱時間延長,使其充分發揮活性后再進入錫爐. 也可以利用此一特性,將助焊劑活性純化以防止腐蝕現象,但在應用上要特別注意受熱時間與溫度,以確保活性純化.潤濕能力Wetting Power 為了能清理基材表面的氧化層, 助焊劑要能對基材金屬有很好的潤濕能力,同時亦應對焊錫有很好的潤濕能力以取代空氣,降低焊錫表面張力,增加其擴散性.擴散率Spreading Activity 助焊劑在焊接過程中應有幫助擴散的能力,擴散與潤濕都是幫助焊點的角度改變,通常擴散率Spreading Activity可用來作助焊劑強弱的指標.化學活性Chemical Activity 在達到一個好的焊點,被焊物必須要有一個完全無氧化層的表面,但金屬一旦暴露於空氣中會生成氧化層,這種氧化層無法用傳統溶劑清洗,此時必須依賴助焊劑與氧化層起化學作用.當助焊劑清除氧化層之后,干凈的被焊物表面,才可與焊錫接合. 助焊劑與氧化物的化學反應有幾種:(1) 是相互起化學作用形成第三種物質 (2) 氧化物直接被助焊劑剝離 (3) 上述二種反應並存. 鬆香助焊劑去除氧化層,即是第一種反應,鬆香主要成份為鬆香酸(Abietic acid)和異構變匝酸(Isomeric diterpene acids),當助焊劑加熱后與氧化銅反應,形成銅鬆香(Copper abiet),是呈綠色透明狀物質,易溶入未反應的鬆香內與鬆香一起被清除,即使有殘留,也不會腐蝕金屬表面. 氧化物暴露於氫氣中的反應,即是典型的第二種反應,在高溫氫與氧反應成水,減少氧化物,這種方式常用在半導體零件的焊接上. 幾乎所有的有機酸或無机酸都有能力去除氧化物,但大部分都不能用來焊錫, 助焊劑除了去除氧化物的功能外,還有其它功能,這些功能是在焊錫作業時,必須考慮的.熱穩定性Thermal Stability 當助焊劑在去除氧化物反應的同時,必須還要形成一個保護膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接觸焊錫為止.所以助焊劑必須能承受高溫,在焊錫作業的溫度下不會分解(Decomposition)則會形成溶劑不溶物,難以用溶劑清洗,W/W級的純鬆香在280左右會分解,此應特別注意. 認識焊錫原理 在研究焊接工程所用的材料和設備之前,我們必須先清楚的了解焊錫的基本原理.否則,我們便無法用目視來檢驗錫焊所形成的焊點和工程上各不同的零件的效果.潤濕 從焊接的定義中得知潤濕是焊接行業中的主角,其接合即是利用液態焊錫潤濕在基材上而達到接合效果,這種現象正如水倒在固體表面上完全一樣,不同的是當溫度降低后,焊錫凝固而形成接點.當焊錫潤濕在基材上時,基材常因受空氣及周圍環境的侵蝕,而會有一層氧化層,阻擋焊錫而無法達到好的效果,其現象正如水倒在滿是油脂的盤子上,水只聚集在部份地方,無法全面均勻的分佈在盤子上.如果我們未能將氧化層除去,其結合力量是非常的弱.焊接與膠合 當兩種材料用膠粘合在一起,其表面的相互粘著是因膠給它們之間一機械鍵所致.光亮的表面無法象粗糙或蝕刻的表面粘著得那麼好,因為膠不易固定.膠合是一表面現象,當膠是潮濕狀態時,它可從原來的表面上被擦掉. 焊接是在焊錫和金屬之間形成一分子間鍵,焊錫的分子穿入基材金屬的分子結構中,而形成一堅固,完全金屬的結構.當焊錫溶解時,也不可能完全從金屬表面上把它擦掉,因為它己變為基材金屬的一部分.潤濕和無潤濕 一是涂有油脂的金屬薄板浸在水中,沒有潤濕現象,不管它上面所涂的油層多薄.它可能完全看不到,但水會形成球狀的水滴,一搖即掉,因此,水並未潤濕或粘在金屬薄板上. 如將此金屬薄板放入熱清洗劑中加以清洗,並小心地干燥.再把它浸入水中,液體將完全地擴散到金屬薄板的表面而形成一均勻的膜層,再怎樣搖也不會掉,即它己經潤濕了此金屬薄板.清潔 當金屬薄板非常干凈時,水便會潤濕其表面.因此,當焊錫表面和金屬表面也很干凈時,焊錫一樣會潤濕金屬表面.其清潔水準的要求比水在金屬薄板上還要高很多,因為焊錫和金屬之間必須是緊密的連接.否則的話,在它們之間會形成一很薄的污染層.不幸的是,幾乎所有的金屬表面要暴露於空氣中時,都會立刻氧化,這種极薄的氧化層將妨礙金屬表面上焊錫的潤濕作用.毛細管作用 如將兩個干凈的金屬表面合在一起後, 浸入溶化的焊錫中, 焊錫將潤濕此兩金屬表面並向上爬升, 以真滿相近表面之間的間隙, 此為毛細管作用. 假如金屬表面不干凈的話, 便沒有潤濕作用, 焊錫將不會真滿此點. 當一電鍍貫穿孔的印刷線路板經過一波焊爐時, 使毛細管作用的力量將錫填滿此孔, 並在印刷線路板上面形成一焊錫帶, 而不是波的壓力將焊推進此孔.表面張力 我們都看過昆虫在池塘的表面走而不潤濕它的腳,那是因為有一種看不到的壓力或力量支持著它,這便是水的表面壓力或力量支持著它,這便是水的表面張力.同樣的力量使水在涂滿油脂的金屬薄板上維持水滴狀.用溶劑加以清洗會減少表面張力,水便會潤濕和形成一薄層. 我們知道助焊劑在金屬的作用就溶劑涂有油脂的金屬板一樣.溶劑去除油脂,讓水潤濕金屬表面和減少表面張力.助焊劑將去除金屬和焊錫間的氧化物,讓焊錫潤濕金屬表面. 在焊錫中的污染物會增加表面張力,因此必須小心的管制.錫焊溫度也會影響表面張力,即溫度越高,表面越小. 我們用圖來表示焊錫潤濕和無潤濕的情形,將更容易了解.圖1-1 a,熔錫中無助焊劑,形成一大潤濕角度. B.熔錫中有助焊劑,焊錫潤濕於銅而形成一個小濕潤角度.圖1-1 a,熔錫中無助焊劑,形成一大潤濕角度. B.熔錫中有助焊劑,焊錫潤濕於銅而形成一個小濕潤角度.圖1-1 a表示一小球狀的溶錫一加熱的銅板上, 它一直維持小球狀,那是因為氧化層已經增加了其表面張力, 就像汽球在空气中.圖1-1 b表示在錫球和銅板之間加入助焊劑, 助焊劑已經去除焊錫和銅板之間的氧化物,焊錫已經潤濕基層金屬和形成一薄層. 焊錫表面和銅板之間的角度,稱為潤濕角度(WETTING ANGLE), 它是所有焊點檢驗的基礎.圖1-2 單面基板和電鍍貫穿孔基板上的焊點. 圖1-2表示一些典型的完美焊點的斷面圖, 焊錫已經潤濕零件腳和印刷線路板的焊墊. 兩種基板的潤濕角度都很小,焊錫都已向外流而形成一羽毛狀邊線.潤濕的熱動力平衡 焊接工程不可缺的材料是焊錫,助焊劑和基材金屬, 我們假設基材金屬的表面是完全清潔, 無氧化物. 當一滴焊錫滴在基材表面上, 助焊劑在焊錫四周時,簡稱a. 焊錫為L: LIQUID,b. 助焊劑為F: FLUX(或V: VAPOR),c. 基材金屬為S: SOLID BASE METAL 當焊錫潤濕在基材表面上, 靜止下來時, 亦即是力平衡的狀態.依上圖,得知PSF=PLS+PLF C0SPSF是液體在固體上擴散的力量.當焊錫滴在固體表面呈圓球狀時, PSFPLS+PLF C0S, 此時開始擴散, 角度逐漸變小,PLF C0S值變大, 直到力量平衡為止.1. 900,如果整個系統力量達到平衡900, 則表示PSF的值小,亦即其液體的擴散力差.以角度來, 900時稱為退潤濕(DEWET,) =1800時稱為未潤濕(NONWET), 9001800時為潤濕不良(POORLY WETTED SURFACE)2. 900M,我們稱為邊際潤濕(MARGINAL WETTING). 通常M75, 這種潤濕也是不能接受的程度.3. M, 此稱為良好潤濕(GOOD WETTING), 在品質要求高的產品, M值的要求可低於75. 由上述說明角度越小表示潤濕越好. 圖1-4a, 是完全未潤濕, =180 圖1-4b, 是完全潤濕, =0 圖 1-4c,是部分潤濕, 001800 . 焊錫合金金 屬 我們日常生活中所熟悉的物質, 大部分人大概無法很正確的定義出什麼是金屬. 正確的來說金屬是一個具有光澤,堅硬, 有延展性, 好的熱與電的導體的化學元素中有73種是金屬. 金屬的原子是被制在一個特定的範圍內以三度空間運動,這是所有結晶物質的典型,原子有秩序的排列在結晶中,稱為空間格子(space lattice).原子之間的距離是用埃(angstroms)為單位. 其距離依不同原子,在不同溫度下有不同的距離,一是A0(angstroms)等於110-10m或410-9m,而每一種金屬又有不同的結晶形成,祗有在某些特別情況下,可得至單一結晶或多結晶結構產生,是視其金屬由液態轉換為固態時的溫度變化.當金屬液態冷卻時,許多結晶開始形成,慢慢向三度空間延伸,相遇在顆粒邊界(Grain boundaries). 每一結晶之間,並沒有很平整的表面,而且也無法控制, 但在冶金學上