免清洗焊剂发展动态

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在资料搜索中发现以下这份资料，对电子装联工程/工艺来说，很有参考价值，贴过来与大家分享：

一、 前言 氯氟烃（CFC）溶剂对环境的危害甚大，蒙特利尔议定书（Montreal Protocol）规定到1995年将全面禁用氯氟烃溶剂。
为了消除CFC之祸害，达到焊后免洗，目前工业界努力方向是面向替代性溶剂（包括水在内），或采用固体含量很低的助焊剂（ Low Solid Content
Flux）,以达到免洗的目的。免洗是一个难以达到而需长时间努力和目标。替代性溶剂，因时间紧迫，必须有快速行动及成效才行。
免清洗技术有两种[1]：一是低固体免清洗焊剂，二是惰气焊接。 免清洗焊剂（No-Clean
Fluxes）是减少使用CFC的一种方法。近向年来，免清洗焊剂已成为实际的替代折。许多工业专家认为到90年代中期，这种方法将用于50~60%的通用印制电路板（PCB）制造厂家²。因此研制免清洗焊剂是PCB用焊剂发展的一个重要方向。

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二、 免清洗焊剂的展望和开发

1、 焊剂展望

简单地说，助焊剂由三组分组成：保持均匀的溶剂，用作高温溶剂的载体和能使表面润湿的活性剂。焊剂可根据组成、活性或化学成分来分类。按传统的化学成分分类，
有四种类型的焊剂：松香型（R），水溶型（WS），合成活化型（SA）和低固体型（LS）。前面三型，一般含有25%至35%（重量）非挥发性（固体）物质。低固体型含非挥发性物质少（1%至5%，重量）。由于固体量小且需要一定数量的活性剂，许多低固体焊剂（LSF）中的活性剂超进了载体。
在已出版的IPC助焊剂材料规范IPC-SF-818中，已开始按活性来分类焊剂。不管化学成分如何，焊剂可简单地分成三种主要类型：低活性（L）、中活性（M）和高活性（H）。标记为“M”或“H”的焊剂的腐蚀性焊剂。
低固体焊剂（LSFO的优点是取消了焊接后清洗，降低了加工成本手材料成本，节省了空间，省去了机器成本和保养费用，且简化了工艺。免清洗焊剂的特性要求；
残余物无粘性。 焊剂和残余物无腐蚀性。 有足够活性以保证合格的焊接质量。 无色和最少量的残余物。 与现有焊剂设备的匹配性。
虽然低固体焊剂已用于生产，但满足所有上述特性的LSF还没有研制出来。

2、 低固体焊剂的发展

低固体焊剂（LSF）是最近向年来研制的新型焊剂。这种焊剂固体含量非常低（<5%），可免去CFC清洗。
国外一些公司如阿尔法（Alpha）公司等研制了许多免清洗焊剂，但申请专利的较少，原因是不愿公开配方秘决。 免清洗焊剂是不含卤化物的。Alphagrillo
Lotsysteme公司研制成了一种新型的无卤泡沫焊剂，可用于印制电路板的机械纤焊，它能以泡沫的形式涂敷，不留下腐蚀性残余物，同时进行在线电路测试（in
line circuit
test）也无问题。该无卤泡沫焊剂由溶剂，以碳原子数为4~12的一种或几种二元羧酸为基体的活性剂、松香或其它常用的添加剂，以及起泡剂组成。其中：
活性剂含量在35%以下。 松香和其它常用添加剂含量在2%以下。 起泡剂含量在0.2%~0.3%之间。 固体和起泡剂总含量在6%以下。
最佳的是非离子性表面活性物质，因离子性表面活性物质的泡沫高度（Schaumhohe—发泡剂的起泡高度）会对ph值产生影响。
所以最佳的起泡剂是聚乙二醇，高分子量酯，聚醚，乙氧基化全物和类似的混合物。该焊剂组成： 例1 已二酸 1.5%重量 癸二酸 0.5% 聚乙二醇单月桂酸酯
1.2% 松香 0.8% 总固体和起泡剂含量 4.0% 异丙醇 50.0% 乙醇 46.0% 乙氧基乙醇 50.%
该混合物作泡沫焊剂表明有极好的性质,可用作无残余物且无腐蚀性的焊剂,于在线电路测试中无缺陷. 例2 酒石酸 1.6% 癸二酸 0.6% 聚乙氧基链烷醇 1.5%
松香 1.0% 总固体和起泡剂含量 5.7% 异丙醇 45.0% 乙醇 44.4% 该混合物表明也有极好的性质. 例3 已二酸 1.6%(重量) 癸二酸
0.4% 聚乙氧基链烷醇 1.5% 合成蜡2000 0.5% 总固体和起泡剂含量 4.0% 异丙醇 75.0% 乙氧基乙醇 7.5% 乙醇 13.5%
乙氧基乙醇 5.0% 该混合物在泡沫形成、钎焊性以及不含残渣方面也有极好的性质，但与前两例相反，它完全溶于水。 例4 柠檬酸 25 富马酸 0.5%
聚乙二醇单月桂酸酯 1.0% 氧化石蜡A 1.5% 总固体和起泡剂含量 5. 0% 正丙醇 40.0% 乙二醇 15.0% 2-丁氧基乙醇 10.0% 异丙醇
30% 该混合物也具有极好的性质且完全溶于水。

国外还以樟脑（外消旋樟脑，纯度为96%）和约2克已二酸（2.5%重量）混合制成了助焊剂。樟脑具有粘性且可流动的介质，该介质在焊剂使用期间会热分解，
不留下需要后清洗步骤的残余物。对此助焊剂进行了许多拉伸试验，用IN-STRON拉伸试验机来测量将芯片管脚从基板上移位所需要的力（以磅计）。测试结果示于表1中，并与买来的两种助焊剂的结果作比较。
结果表明该助焊剂在拉伸强度上较优越，无凹痕或弧坑。
国外还制成了低残余物的三酸型（TAMO助焊剂）。TAM由15~30%丁二酸，40~63%戊二酸和1~30%已二酸组成。该助焊课时在热钎焊期间二元酸混合能挥发，使被焊接产品（如电子线路板）基本上不留下会引起腐蚀的离子性残余物，
从而免去了清洗步骤。例如145.075Gtam(0.5%),136.5Gdbe(4.6%),2834.62g异丙醇(94.4%)和16.085g水(0.5%)构成了3001.28g助焊剂.该助焊剂可在200~500℃钎焊,基本上无离子性残余物。

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三、 目前国际市场上的免清洗助焊剂

目前， 国际市场上有几种免清洗焊剂，只留下极少量的残余物且消除了焊接后的清洗。此类焊剂一般是无腐蚀性的，不含卤化物，且无有害的残余物，而且绝大多数是液体。


1、 Alpha
Metal公司的SM386和SM402焊剂是非腐蚀性树脂配方，可作泡沫焊剂，可作泡沫焊剂，又可作波峰焊剂。残余物无粘性，是一种活性焊剂。两种焊剂的表面绝缘电阻（SIR）高于10
Ω，不需清洗，可用于波焊单面和双面部件以及PTH和底边表面安装部件。Alpha SM386焊剂固体含量为2%
，不含卤化物，适用于高可靠性部件，且通过了铜镜试验。

2、 Enthone公司有三种免清洗焊剂上市，En-plate
CF-200V焊剂用于钎焊表面安装的器件，EnplateMH-820V用于引线元件，Enplate
RM-25V焊剂用于钎焊表面安装或有引线元件，焊剂不含卤化物，具有长期可靠的绝缘电阻，所有焊剂都可用作泡沫，喷射和滚涂焊剂，且可与Enplate
掩模相匹配以消除白色的残余物。

3、 Gardiner
Solder公司的2900系列焊剂用于表面安装和通孔板波峰钎焊。不含卤化物，残余物无粘性且无腐蚀性，符合MIL-P-28809清洁度要求而无需清洗。Gardiner2903焊剂固体含量为3%


4、 Hi-Grade
Alloy公司制成了SMT钎焊用低固体（5%）焊剂。3549-HF具有焊剂的功能且对表面元件有润湿性，不会导致SMD的脱金属作用。3549-HF可使用浸渍、刷涂或喷射，且能按泡沫焊剂的操作方法使用。


5、 Kester
Solder公司的992-CXF焊剂具有细泡沫的泡沫高度,922-XC焊剂则被作为非泡沫应用.这两种焊剂是非腐蚀性的且不含卤化物.SIR值保持在大于10&sup1;&sup1;Ω的水平,无需清洗.。


6、 London Chemical公司有一系列不用洗涤的焊剂，称为Superlo
Solids23-F焊剂可形成泡沫且无卤化物，不留下残余物。它具有好的浸润性，可使用喷射、刷涂或浸渍方法，X-32F可形成泡沫且无卤化物，具有润湿性。

7、 Multicore Solder
公司的X-32免清洗焊剂符合MIL-P-28809洁净度要求，通过了铜镜测试。X-32是非腐蚀性的，不含卤化物，不留下残余物。它具有好的浸润性，可使用喷射、刷涂或浸渍方法，X-32F可用于需要泡沫的地方。


8、 RFE
Industries公司的免清洗焊剂，用于波峰钎焊。RFE#1302焊剂不产生残余物，不产生讨厌的气味，无粘性且无腐蚀性，固体含量为2.5%,按IPC
CI.2进行温湿度测试，表面绝缘电阻保持在5*10&sup1;ºΩ（在50℃，90%RH，168小时和45Vdc偏压时）。

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四、 免清洗焊剂存在的问题

随着表面组装技术的发展，将会出现越业越多的免清洗焊剂。对免清洗焊剂的要求地[8]： ·焊接后无残余物。 ·不粘板表面； ·无焊球（solder
balls—焊点不平，呈球状，易引致尖端放电）或焊拉污班； 应与焊剂掩模和类似的涂层相匹配； 无腐蚀性组分，尤其是与外露铜有关的组分；
不清洗残余物而有高绝缘电阻值； 优良的引线可试验性； 必须无危险性； 最少的烟雾和气味； 最少的挥发损耗； 可用于多层板与普通板
但是，要使用任何一种焊剂实现上述的怕有性质几乎是不可能的。如果要求免清洗焊剂有较好的引线测试性，高SIR值、低腐蚀性和无粘性残余物，那么应满足使用低固体的焊剂。但在艺中，某种程度上会有损泡沫性质、可焊性，产生焊球和灯芯作用。


1、 活性较高的焊剂有较调换可焊性，但会导致SIR值降低，产生更多的腐蚀性残余物。

2、 固体较高的焊剂可改进泡沫特性，然而将留下更多的残余物，使表面发粘和引线测试（jpin test）更加困难。

3、 较高固体的免清洗焊剂会使桥接（ bridging）和焊球减至最少，但会导致表面发粘，较高的固体含量会产生料高的焊剂残余物，恶化SIR值。

4、 增加焊剂中泡沫剂的量可改进泡沫性质。然而这会使表面发粘并减少SIR值。
免清洗焊剂，不管是在传统的波焊，或是在SMD锡膏熔焊等情况下，都不得给板子或零件带来任何问题（损害）。也就是说，此类免清洗焊剂必须能通过腐蚀试验（Corro-sive-ness
Tests）的考验才行。常见的检验法有： pH值须在3.0~7.5之间,应为中性的化学品. 铜镜试验(Copper Mirror
Test),见IPC-TM650 2.3.32。 卤化物试验必须不含氟化物及氯化物，以免给板子带来后患。 以IPC-B-25试验板进行SIR试验。
上述各试验中以SIR试验最为重要。

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五、 结论 在使用免清洗助焊剂而取消CFC清洗的实践中，电子装配业逐渐取得一些经验。业已证明，免清洗焊剂是CFC清洗的“可行替代物”[2]。
当然，也面临许多问题，如免清洗焊剂与板面阻焊剂的匹配性问题。免清洗焊剂的装配焊接流程等问题。总之，免清洗焊剂及装配焊接流程是目前电子工业迫切需要的技术，能否及早成熟，对地球生态及电子商品市场都有极大影响，也正是当前世界全和以赴的困难任务 。

木森林2012

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