选择正确的助焊剂：不同类型助焊剂的优缺点（下）

2017-06-05 摘自actSMTC

助焊剂的优缺点

       助焊剂的一个最重要特性是它的活性和形成好焊点的能力：快速、充分润湿引线、孔洞和焊盘，留下牢固结实的焊点。在通常情况下，助焊剂的活性越高，焊接的效果就越好，工艺窗口就越宽或越好。全固态松香助焊剂，尤其是水溶性助焊剂的焊接性能非常出色，这在很大程度上取决于它们的活性和丰富的化学成分，使助焊剂在整个焊接过程中始终很好地保持性能。

      与水溶性助焊剂和全松香助焊剂一样，低固含量免清洗助焊剂没有去除或彻底去除氧化物。但是，它们中几乎没有能够在整个焊接工艺中始终保持化学性质的成分。因此，它们的工艺窗口通常都窄到令人难以置信。

水溶性助焊剂

      水溶性助焊剂是非常棒的焊接材料，可以得到最理想的焊接结果。水溶性助焊剂中含有大量活性化学成分，它们可以很容易地清洗正在等待焊接的金属，并且在焊接过程中基本上不会被烧掉。不过，这些化学成分通常都有很强的侵蚀性、腐蚀性和持久性，它们的化学反应在焊接后会持续很长时间。他们基本上都被列入ORH类或INH类，必须通过受到严密监控的机器清洗工艺把残留物从焊接的电路板上彻底清洗掉。任何残留的离子污染都很可能会造成灾难性的现场故障，所以清洗工艺必须非常彻底地清洗电路板。在通常情况下，经过清洗的电路板要定期进行离子污染测试，通常使用的是某种类型的离子谱法或离子污染测试仪。

      如果没有及时把电路板上的助焊剂残留物清洗掉，腐蚀的有害影响甚至在电路板还未出厂就可能发生。下面是在电路板离开生产线两小时后拍到的水溶性助焊剂腐蚀的照片。水溶性助焊剂残留物污染引起的另一种潜在的故障模式是生长树突，树突是呈毛发状生长的金属须，可能会在相邻的导体间形成并造成短路。

水溶性腐蚀

树突（Trace实验室提供照片）

       有一点必须清楚，几十年的实践证明清洗水溶性助焊剂的清洗系统是十分有效的，但运行这种清洗工艺非常昂贵，并且还要占用宝贵的车间空间。不过，水溶性助焊剂中的侵蚀性化学成分需要使用耐腐蚀的助焊剂涂敷器，它们还会腐蚀那些难以保持清洁的设备。

      含侵蚀性化学物质的水溶性助焊剂需要耐腐蚀的助焊剂涂敷器，助焊剂会侵蚀设备，这些设备很难保持干净清洁。

      由于这些原因，很多制造商都不使用水溶性助焊剂，我们也建议要尽可能避免使用水溶性助焊剂。

松香助焊剂

      全松香助焊剂也能提供极好的焊接效果，它清洗等待焊接的金属的能力和在焊接过程中自始至终保持性能的能力和水溶性助焊剂不相上下。不过，与水溶性助焊剂相比，不同的是它们不会腐蚀和损坏产品。事实上，如果用全松香助焊剂替代水溶性助焊剂的好处是，在焊接期间和焊接后，作为保护焊锡的屏障，松香能裹住离子残留物，使它们不能移动，而且不能进行有破坏性的反应。

      但是，松香会在电路板上留下残渣，还可能污染制造设备，这也是需要把这类助焊剂从电路板上清洗掉的主要原因，这个问题要比水溶性助焊剂的可靠性问题重要得多。尽管如此，鉴于对现在的电子产品的要求很高，在严酷的环境下，松香残渣也有导致故障的可能。

图5.焊接完成后的助焊剂残渣（资料来源：www.lo-teck.co.uk）。

       运行松香清洗工艺可能会非常昂贵，不仅如此，松香清洗工艺通常还需要使用某种溶剂，这会使问题变得复杂。无论如何，松香的好处足以使它进入低固含量免清洗助焊剂的行列。

低固含量免清洗助焊剂

      大多数制造商都知道，使用下面这些类型的助焊剂可以省掉清洗工艺。顾名思义，这些助焊剂的化学成分比较少，活性比较低，要使它们的焊接结果达到与前面所述的助焊剂类型的水平，将面临更多的挑战。

与IPC标准相关联的低固含量/免清洗助焊剂（原图）

与IPC标准相关联的低固含量/免清洗助焊剂（翻译图）

酒精基松香低固含量免清洗助焊剂

     最初的低固含量免清洗助焊剂基本上都是含松香的助焊剂，只是其中的松香的含量比较少。现在的这些助焊剂要复杂得多。但是，助焊剂的基本原则是包含比较少的化学成分，在焊接完成后电路板上只会留下很少的非活性化学物质，这样就不需要清洗电路板。因此，除了全松香助焊剂中含有35%的固体之外，低固含量助焊剂的固体含量在1.5%到8%。由于化学成分比较少，现在的问题变成助焊剂中要有足够的活性化学成分才能成为有效的助焊剂。

      需要注意的是，低固含量助焊剂不是对每一个人或对每一种应用一定都是免清洗的。相同的助焊剂和残留物，在一种应用中可能非常安全，但它们在另一种应用中也许就是有害的。在客户、产品的设计者等与产品有关的人员中，只能由了解产品最终使用环境要求的人来确定哪一种低固含量助焊剂对他们的产品来说才是真正的免清洗助焊剂。

      实际上，使用松香，哪怕是少量松香，都是避免通过简单地添加化学活性成分来提高助焊剂性能的一种办法。在众多低固含量助焊剂中，松香都是关键的化学成分，这是因为它能够在焊接过程中保护清洗过的金属和这些助焊剂中含量不多的化学物质。与不含松香的助焊剂相比，松香可以使助焊剂承受更高的温度、在高温下暴露更长的时间。助焊剂中含有松香，在焊接完成后你可能会看到比较多的残留物，并且你还会认为所有残留的化学物质都包裹在松香中。即便如此，有些客户还是能找到少许留在电路板上的残留物，这些的残留物正是他们不希望看到的，或者可能是比较不安全的。在这种情况下，要对电路板进行最后的多次清洗，或者按照客户的要求把这些低固含量助焊剂的残留物从电路板上清洗掉。

       这些助焊剂不仅在长时间加热/预热暴露过程中或高温工艺中表现良好，它们在低温加热应用中或者短时间的工艺中的表现也很好，这是因为助焊剂的酒精迅速挥发，几乎可以立即开始焊接。

酒精基无松香低固含量免清洗助焊剂

      为了部分解决这个问题，大多数助焊剂制造商提供完全没有松香的低固含量助焊剂，这种助焊剂能使它的活性在焊接时更加彻底地释放出来，只留下非常少的残渣。但是，由于它们中的化学物质没有松香包裹，这些助焊剂往往不能持续很长时间。对于选择焊，这可能是个问题，因为在某些情况下，选择焊的加热升温时间或保持在高温下的时间可能相对比较长。在选择焊工艺中，这些助焊剂可能在焊接过程中就消耗殆尽了。在这种助焊剂中保留少量松香不仅有助于解决助焊剂的耐热问题，还可以把留下来的离子残渣包裹起来。出于这个原因，大多数低固含量助焊剂中会含有一些数量不多的松香或等效合成物。

      如果你的产品类型非常相似，运行程序的时间一般都很短，或者不需要大量的预热，并且要确保残留物尽可能少，那么，这些助焊剂的效果会非常好。你可以采用这种工艺得到很好的结果。

无挥发性有机化合物低固含量免清洗助焊剂

      所有无挥发性有机化合物低固含量助焊剂的共同点是它们都不含松香，但是，由于它们都是水基的，是用来处理热暴露时间比较长的焊接的助焊剂，因此活性可能会高一些。但是，水基助焊剂的问题可能在于它们是水基的，需要更多的热量来把水蒸发掉，并且可能会迫使你的预热周期比其他非水基助焊剂的长，从而增加整个加热周期的时间。

      如果你的主要组装业务是处理大量电路板和高温加热程序或工艺，无挥发性有机化合物助焊剂的效果也许是最好的，这是因为要花比较长的时间把水蒸发掉，它们的活性可能会更高一些。

优点和缺点总结

      由于上述这些原因，对于选择焊，选择一些含少量松香或等效合成物的低固含量免清洗助焊剂通常是比较理想的选择。当你有许多不同的产品和组装程序，而这些产品和组装程序需要不同的焊接温度或不同的升温时间时，它们的工艺窗口比较宽，能够提供更多的成功机会。

       助焊剂残留物的安全性问题对所有的产品或应用不具有普遍性。电路板上是否允许有助焊剂残留物，这取决于产品的要求，产品最终的使用环境和根据设计要求的测试。

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