[讨论] 电子工业用软钎焊材料的发展

随着科学技术的不断进步，电子产品向小型化、高可靠性发展。对电子工业用软钎焊材料提出更高更新的要求。本文从助焊剂、钎料合金和膏状软钎料等三个方面的发展情况作一简介。

助焊剂 助焊剂在钎焊过程中，起到去除氧化物，防止再氧化、并使熔融钎料迅速取代焊剂的位置和填充钎缝的作用。因此，电子产品钎焊工艺中，助焊剂是必不可少的重要材料。助焊剂生产厂家（公司）很多，国外以美国a公司、Kester公司、英国Malticore公司、日本千住公司、德国Stanmol公司等最为著名，国内属于原电子部定点厂家有北京朝阳助焊剂厂，江苏海门三阳化工厂等几个单位。目前用电子装联生产的助焊剂年需200吨以上。 使用工艺不同，可选择不同类型的助焊剂。以其主要成分和特征，通常分为三类。

1.1.无机类助焊 无机类助焊剂含有无机酸和无机盐，如：盐酸（HCI）、磷酸（H3PO4）氯化铵（NH4CI）、氯化锌（ZnCl）等。可制成液态、膏状和干燥粉剂等。具有使用温度范围广，可用多种加热方式钎焊、钎焊温度可达3000C以上等优点。在金属制品、电器和电子产品的某些部件生产中仍得到应用，此类焊剂腐蚀性大，使用时应注意，其残留物必须仔细清除。目前，针对特定制品和工艺，研制开发低腐蚀性和易清洗的无机助焊剂是发展方向。 有机类助焊剂 有机类助焊剂含有有机酸，有机碱、有机卤化物、以及它们的衍生物。 如已二酸（C6H10O4）、C6H14O4(辛二酸)、尿素（CO(NH2)2）、二乙胺盐酸盐（C4H11CHCI）等，此类焊剂一般由多种材料组合制成。其特点是具有中等去氧化物能力，活性较无机类低，腐蚀性明显低于无机类。在低于3000C钎焊时，如使用得当，有良好助焊性。

近几年来，新开发的众多免清洗型和水清洗型焊剂，均属此类。 免清洗型助焊剂的优点是焊液无需清洗，不仅降低成本，而且有利于环境保护。国外此类助焊剂的发展，固体含量从20％降到2％左右，从低卤素含量发展为无卤素型，但为了适应市场需求，至今仍保留着低卤素、高固体含量的产品，这有利于用户在免清洗的前提下，任意选用。

目前，在美国、日本、西欧等已普遍应用免清洗助焊剂。九十年代以来，我国已开发出几种无卤素的免清洗焊剂，其活性和固体含量与国外同类型产品相当，但在工艺适应性、存储稳定性和焊液残留物的状态等方面仍有差距。今后应加强研制开发工作，在严格执行有关标准的前提下，生产更多型号的免清洗助焊剂，以利于此类焊剂的推广应用。

 水清洗型助焊剂，具有活性强、工艺适应性好、稳定性好和适应环保要求等优点。可用元器件封装焊接和印刷电路装联时波峰焊等，焊液必须用水清洗。目前市场上水清洗型焊剂，大多固体含量高达10-30％，其中有些在常温下有腐蚀性。因此，开以新型水洗型焊剂，使其固体含 量和卤素含量降低，并抑制腐蚀性，这种产品必有广阔市场。 树脂类助焊剂 目前树脂类助焊剂，仍以松香型为主。按有关标准或规范，可分为R型纯松香基焊剂，RMA型中等活性松香基焊剂，RA型活性松香基焊剂等三种。不同要求可选用不同型号的助焊剂。在电子产品装联生产中，大多选用RMA型和RA型。虽然RA型具有极好的钎焊性能，但装联合乎MIL-P-28809规定的高可靠电路板时，一般选用RMA型焊剂，并且要求焊后必须用氟里昂或氯氟烃清洗。随着电路密度越来越高、氯氟烃物将被禁用情况。一些焊剂生产厂家，在研制开发不含氟里昂可氯氟烃的新型清洗剂的同时，开发出固体和卤素含量低，焊液残留物极少，电性能满足要求的新型树脂类助焊剂，以此满足市场需求。

 软钎焊料含金 电子工业用钎料合金。其主要材料，我国已达国际先进水平，并向发达国家出口。主要由于助焊剂的研制开发较落后，导致锡铅焊料总体水平仍落后发达国家。要使我国锡铅焊料的生产水平尽快提高，必须发挥全行业的整体优势，加强技术交流和合作，以求共同发展。发挥各级技术监督部门的作用，共同抵制和打击假冒伪劣产品，保护我国的民族工业和用户利益。

目前各种锡铅焊料及其制品的市场容量（包括出口）约1 万吨左右。 软钎料合金品种很多，通常是由Sn、Pb、Sb、In、Ag、Bi、Zn、Cb等元素，按不同成份配比，右可制成不同熔点和强度的一系列合金，并可加工成锭、带、丝（有芯或无芯）、粉、片环、球等各种形态。电子工业用软钎料，以锡铅焊料为主。该系列合金的主要成份，杂质含量、熔化温度、供货状态，以及主要性能和用途等，在各国的标准或规范中均有明显的规定。近几处年来，为了满足微电子、高精度电子产品和某些特殊工艺要求的焊接，以及人们对环保意识的提高等。在原牌号合金中加入一些微量元素，使焊点的抗热疲劳性和其他性能有所改善。研制了无铅软钎料合金。 2.1.波峰焊用的钎料合金。一般以1＃锡和1＃铅作原料，制成63SnPb合金和60SnPb合金。通常使用工艺不同，对要求合金中杂质含量也有所不同。波峰焊接工艺中，熔融的钎料处于动态，因此，其抗氧化性显得特别重要。为此，国内外都进行大量的研究，添加P、Bi等元素做静态试验，使熔融钎料表面形成一层薄薄的氧化膜，以此防止钎料氧化，这对钎料处于静态时有效的。可是波峰焊时熔融钎料表面处于不断流动的状态。因此，用户仍采用防氧化剂，使熔融钎料与空气隔离，以达到防止氧化的目的。目前，有些商品，其防氧化作用不甚理想。所以，高效、低成本的抗氧化剂，仍有待开发。

 2.2.活性焊锡丝的性能，主要取决于芯部焊剂的选用。根据不同用途选用不同焊剂。按GB3131-88标准，通常活性焊锡丝中焊剂的含量在1.5-2.5％。国内外评价焊锡丝的质量水平的主要指标有：扩展率、绝缘电阻、电子迁移率、离子污染度、腐蚀性和卤素含量等。生产中关键技术，是要求制备焊剂和拉制焊丝时，防止焊剂中添加剂被氧化或分解，以免失去助焊活性。为了落实蒙特利尔协议，各国开展了免清洗焊锡丝的研制开发工作。北京朝阳助焊剂厂，业已开发出免清洗活性焊锡丝，现已批量生产。

 焊膏 随着表面贴装技术（SMT）的发展和普及。对焊膏需用量、品种和质量提出新的要求。为此，国外在焊膏质量上声誉较好的几个厂家（公司），不断研制开发析型焊膏，以适应市场需求。我国焊膏的研制已有多年历史，由于投入力度不大，没能形成不断开发和规模生产的能力，因此，在质量、品种和产能上，均不能满足市场需求。目前我国焊膏年需用量近百吨，国产只占很少一部分。 焊膏是由钎料合金粉末和载体物质组成的浆料。后者含量一般在8-15％。其用途和性能，取决于合金粉末成份的质量，以及载体物质的化学成份、配比特性等。

 3.1.钎料合金粉末 焊膏主要用于电子装联生产。以表面贴装技术为例，用印刷或点涂方法将焊膏予置在焊盘上，再将元器件贴装在焊盘上，进行再流焊时，浓缩在焊膏载体内的钎料合金，使贴装元器件的引脚或端接头灶接到焊盘上。可见合金粉末的成份质量将影响焊膏的使用性能。为此在IPC-SP-819和我国SJ/T的标准中，对合金粉末的成份、粉末尺寸、形状和表面状态等均作明确规定。此外粉末中的含氧量和细粉等对可焊性、球数等均有影响。 目前，常用焊膏中的钎料合金成分和用途如下表1所示。 表1 合金成份固液温度范围（0C）钎焊温度(0C) 特性和用途 63Sn/37Pb 60Sn/40Pb 50Sn/50Pb 183 183 - 188 183 - 215 200 - 215 200 - 220 215 - 245 广泛用表面贴装和一般电路组装，具有成本低，性能好等优点。 不宜用于金和银基导体的焊接 63Sn/37Pb/2Ag 179 190 - 215 适用于高密度电路，可用于基导体焊接，镀金件不宜使用。 焊膏中合金粉末含量对焊点的质量影响如表2所示。 表2 从表中可以看出，再流焊后的最终厚度从焊膏厚度的50％（90％的金属含量）变化到焊膏厚度的22％（75％的金属含量）。可见焊膏中金属含量的微小变化，对焊点质量产生显著影响。

 3.2.焊膏载体物质 焊膏载体物质由活化剂、粘结剂、触变剂和溶剂等组成。因此，焊膏的可焊性、粘度、印刷性能、存储性能等很大程度取决于此物质。改变焊膏载体物质的成份及其配比，可制成溶剂清洗型，免洗型和水洗型焊膏。免洗型焊膏应达到有关技术指标，在适当的工艺条件下，应无焊球，残留物无腐蚀性，不吸湿、干燥性好等、具有高的绝缘电阻和低离子污染度。用户可据产品质量要求和工艺条件，经检测后方能确定。水洗型焊膏，焊后残留物易用水清洗，无腐蚀性，可达到高可靠性，目前，国内少数可控硅模块生产厂已采用水洗型焊膏。从市场需求看，免洗型和水洗型焊膏，将有广阔市场。 目前我国电子工业用软焊材料生产，与市场需求仍有差距。除我国的工业基础较差外。还存在着，研制开发投入力度不够；研制成果转化生产力速度慢；市场不规范等。因此，在待全行业共同努力，加速电子工业用软钎焊材料的发展。