助焊劑組分熱分解性能研究（一）

韓 華，陸 雁，鄧 延，杜 昆，葉富華

廣州漢源新材料有限公司，廣東 廣州 510663

助焊劑是電子裝聯(lián)工藝中重要的輔助材料.在焊接過(guò)程中，助焊劑通過(guò)活性物質(zhì)作用，去除焊接材質(zhì)表面的氧化膜，降低焊料及被焊接材質(zhì)之間的表面張力，增強(qiáng)焊料流動(dòng)性和潤(rùn)濕性，幫助完成焊接［1］.在焊接過(guò)程中，焊劑中的活性物質(zhì)如有機(jī)酸、鹵代物或有機(jī)胺的氫鹵酸鹽等發(fā)揮著重要的作用.這些活性物和金屬氧化物之間的反應(yīng)可由下列簡(jiǎn)化的化學(xué)式表示［2］：

式（1）～（2）中，M 表示金屬、RCOOH 表示羧酸、X表示鹵素.

活性物除了發(fā)生上述去膜反應(yīng)之外，還會(huì)在焊接過(guò)程中受熱發(fā)生分解或蒸發(fā)升華，使得焊后殘留物較少.在整個(gè)焊接過(guò)程中，助焊劑產(chǎn)生的氣體有水分、碳氧化合物、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锘騂X等，其主要來(lái)源有兩種：一是助焊劑反應(yīng)或分解所產(chǎn)生的氣體；二是助焊劑中溶劑的揮發(fā).這些氣體作為反應(yīng)廢氣排出，會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程中產(chǎn)生飛濺、炸錫或空洞等缺陷［3］，而且產(chǎn)生的氣體量越多，越會(huì)造成焊接缺陷.

本文主要從研究助焊劑反應(yīng)或分解產(chǎn)生氣體的角度出發(fā)，通過(guò)研究不同松香或活性物組分的熱分解失重情況，選擇熱分解失重較小、穩(wěn)定性較好的組分用于助焊劑的制備，希望在焊接過(guò)程中產(chǎn)生較少的氣體，以減少因此帶來(lái)的焊接缺陷.

1 實(shí)驗(yàn)部分

把一定量的作為實(shí)驗(yàn)物料的松香和活性物（活性物需與松香配成一定的比例）裝入試管中，再把試管放入高沸點(diǎn)的溶劑油中，在室溫下開(kāi)始加熱，控制升溫速度為3℃／min，升溫至260℃后保持恒溫.直至無(wú)氣泡冒出，停止加熱.

隨著溫度不斷升高，實(shí)驗(yàn)物料受熱熔融并逐漸變?yōu)橐后w，松香或活性物開(kāi)始分解產(chǎn)生氣體，氣體以氣泡的形式慢慢浮出到液態(tài)物料表面，以此觀察松香或活性物的熱分解情況.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算物料受熱前后的分解失重率.實(shí)驗(yàn)采用自動(dòng)控溫加熱平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1.

圖1 熱分解實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Diagram of thermal decomposition experimental device

2 結(jié)果與分析

2.1 松香的熱分解

松香作為助焊劑配方中的主要成分之一，其穩(wěn)定性直接影響了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及焊后的可靠性，因此選擇一種性能好、穩(wěn)定性高的松香是非常關(guān)鍵的.

本實(shí)驗(yàn)選擇市售的幾種常見(jiàn)改性松香，牌號(hào)分別為 R101，R685，R120和 RAX.實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1.

表1 不同種類松香的熱分解Table 1 Thermal decomposition of different kinds of rosin

由表1可知，R120是受溫度影響分解最嚴(yán)重的一種改性松香，其失重率高達(dá)2.23%.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在溫度為170℃時(shí)，R120就開(kāi)始分解并產(chǎn)生氣泡；RAX在整個(gè)受熱過(guò)程中無(wú)任何氣體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量也無(wú)變化，且在260℃下恒溫2h后其顏色也無(wú)明顯變化，說(shuō)明RAX松香穩(wěn)定性較好.

活性物在焊接過(guò)程中發(fā)揮作用是在焊接溫度下的液體環(huán)境中進(jìn)行的，這種液體環(huán)境主要是靠助焊劑中的溶劑、高沸點(diǎn)溶劑或熔融態(tài)松香等提供.為了模擬這種液體環(huán)境，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有一種穩(wěn)定的載體.該載體應(yīng)滿足在焊接溫度下耐熱性較好，不能存在質(zhì)量損失，否則無(wú)法準(zhǔn)確判斷活性物分解失重率或該失重率是否為該活性物分解產(chǎn)生所致.RAX完全能滿足上述要求，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選擇RAX作為載體.

2.2 活性物的熱分解

在助焊劑中活性物一般是由幾種不同的活性劑復(fù)配組成，以保證在整個(gè)焊接過(guò)程中助焊劑發(fā)揮持續(xù)的活性.采用單個(gè)活性劑和載體以一定的比例配成實(shí)驗(yàn)物料，考察單個(gè)活性劑的熱分解性能.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中考察了多種常用的有機(jī)酸、鹵代物和有機(jī)胺氫鹵酸鹽活性劑，其中包括甲基丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸 、十二二酸、二溴丁烯二醇、二溴丁二酸、二溴乙基苯、環(huán)己胺氫溴酸鹽、二乙胺鹽酸鹽等.

實(shí)驗(yàn)把單個(gè)活性劑和RAX按一定比例配成實(shí)驗(yàn)物料，由于RAX是穩(wěn)定不分解的，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡視為活性物分解所致，以此考察活性劑受熱分解性能.不同種類的活性劑熱分解情況列于表2.

表2 不同種類的活性劑的熱分解Table 2 Thermal decomposition of different kinds of activators

由表2可知：二元羧酸己二酸、癸二酸和十二二酸相對(duì)比較穩(wěn)定，分解失重率均相對(duì)較小，260℃下失重率僅為4%左右，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)它們的起始分解溫度均在220℃以上；二溴丁烯二醇、二溴丁二酸和二溴乙基苯分解的比較厲害，260℃下失重率均大于50%，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)后兩種活性劑的耐熱性不好，在175℃下就開(kāi)始分解，且分解比較劇烈，有大量氣泡產(chǎn)生，其中二溴乙基苯活性較強(qiáng)，在分解過(guò)程中反應(yīng)復(fù)雜，可能導(dǎo)致松香載體發(fā)生副反應(yīng)而分解，使得物料的分解失重率大于二溴乙基苯的實(shí)際失重率；兩種有機(jī)胺氫鹵酸鹽的分解失重率差別較大，二乙胺鹽酸鹽的分解失重率和二元羧酸的近似，且起始分解溫度較高，相對(duì)比較穩(wěn)定.

在焊接過(guò)程中，助焊劑焊后殘留量越少，腐蝕性越小，產(chǎn)品的可靠性越高.因此，活性劑最理想的狀態(tài)是焊后能夠完全分解、揮發(fā)或升華，盡可能減少殘留量.但在實(shí)際應(yīng)用中，由于焊接溫度和時(shí)間的限制，活性劑不可能完全分解、揮發(fā)或升華，由此而產(chǎn)生的氣體可能會(huì)帶來(lái)其它的負(fù)面影響，如飛濺、空洞等焊接缺陷.所以，選擇適宜的活性劑時(shí)，既要關(guān)注活性劑的分解失重，又要關(guān)注這種分解產(chǎn)生的氣體所帶來(lái)的負(fù)面影響.

2.3 多組分物料的熱分解性能

根據(jù)上述松香和活性劑在焊接溫度下分解產(chǎn)生氣體的情況，按照一定比例進(jìn)行搭配組成實(shí)驗(yàn)樣品，考察多組分樣品在同等條件下的分解失重產(chǎn)生氣體的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3.

表3 不同添加量的多組分樣品的熱分解Table 3 Thermal decomposition of multi－component samples in different addition amounts

由表3可知：樣品A和C相比，當(dāng)樣品C中添加了二溴丁烯二醇時(shí)，其分解失重率明顯提高，說(shuō)明鹵代物對(duì)氣體的產(chǎn)生影響較大；樣品B和C相比，當(dāng)樣品C中二溴丁烯二醇和環(huán)己胺氫溴酸鹽的添加量均增加時(shí)，其分解失重率也明顯提高；樣品A和B相比，樣品B中二溴丁烯二醇添加量增加、環(huán)己胺氫溴酸鹽減少，其產(chǎn)生的分解失重率相對(duì)提高，說(shuō)明二溴丁烯二醇對(duì)氣體產(chǎn)生的影響比環(huán)乙胺鹽酸鹽的大；樣品B中二溴丁烯二醇添加量較樣品C的少，產(chǎn)生的氣體量也相對(duì)減少.上述結(jié)論和前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，樣品產(chǎn)生的氣體量呈一定的規(guī)律性，樣品中鹵代物的量較大時(shí)，會(huì)明顯產(chǎn)生較多的氣體.按照實(shí)驗(yàn)規(guī)律，可以根據(jù)需要調(diào)整助焊劑的組分類型及其含量，來(lái)控制焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，以減少分解失重帶來(lái)的焊接缺陷.

3 結(jié) 論

（1）不同種類的改性松香在焊接溫度下的耐熱性不同，其中RAX最為穩(wěn)定，在260℃下長(zhǎng)時(shí)間不分解，無(wú)任何質(zhì)量損失.

（2）二元羧酸與其它種類的活性劑相比較為穩(wěn)定，其中己二酸、癸二酸 和十二二酸在焊接溫度下穩(wěn)定性較好、分解失重較小，僅為4%左右.

（3）鹵代物的穩(wěn)定性最差，起始分解溫度相對(duì)較低，氣體產(chǎn)生量較大，二溴丁二酸和二溴乙基苯甚至完全分解揮發(fā).

（4）不同種類的有機(jī)胺氫鹵酸鹽的分解差別較大，其中二乙胺鹽酸鹽相比環(huán)己胺鹽酸鹽的穩(wěn)定性好.

（5）不同組分搭配時(shí)，樣品產(chǎn)生的分解失重率與組分的種類和比例有關(guān).

［1］郎為民.表面組裝技術(shù)（SMT）及其應(yīng)用［M］.第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：223.

［2］張啟運(yùn).釬焊手冊(cè)［M］.第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：146.

［3］SETH H.用成型焊片減少Q(mào)FN封裝焊點(diǎn)的空洞［J］.SMT China，2013（5）：32－34.