助焊劑焊接原理及殘留物對PCBA的影響有哪些?
由于金屬原子距離接近后產生相互擴散、溶解、浸潤等作用,因此助焊劑能完美的實現焊接效果。由于金屬表面存在的氧化膜和污染物阻礙原子之間相互作用、浸潤,因此,如何有效的去除表面氧化膜和污染物是完美焊錫的重中之重。通常情況下,我們一方面要采取措施防止在金屬表面產生氧化物,另一方面必須采取去除污染的各種措施和處理方法。但是由于在PCBA生產的各種前端過程乃至于元器件生產的過程中,完全避免這些氧化和污染是很困難的。因此,必須在焊接操作之前采取某些方法把氧化膜和污染清除掉。采用熔劑去除氧化膜具備不損傷母材、效率高等特點,因此能被廣泛的用于PCBA的制程中。
從助焊劑的功用以及微電子組裝過程控制的角度而言,助焊劑除了需要滿足去除氧化物和污染物的活化性能以外,還要滿足非腐蝕性、絕緣性、耐濕性、穩定性、無毒性、無污染等要求。通常而言其主要組份有活性劑、成膜物質、添加劑、溶劑等。為提高助焊劑的助焊能力,往往在其中加入活性物質,如氯化鋅、氯化銨、有機酸及其鹵化物,有機胺及其鹵酸鹽,肼類及其鹵化物、酰胺類尿素等。它們能通過去除金屬表面的氧化物和污染物,使得焊料在母材的金屬面上浸潤。活性劑的活性大小與其本身結構有關,特別是有機活性劑作用柔和,時間短,腐蝕性小,電氣絕緣性能好,得以在電子裝聯行業廣泛使用。像載體一樣將各種功能成份溶混在一起,將助焊劑的固體成份溶解成均一的液體,并利用溶劑的擴散流動將溶解的助焊劑活性成分帶入焊接件之間的微間隙,確保焊接金屬微觀表面的清潔。
了解助焊劑的原理后就可以知道助焊劑殘余物殘留在PCBA引起的問題,比如容易引起濕氣和雜物的吸附凝聚;也容易在生產和壽命周期中受到振動和摩擦的影響產生磨削作用;還有可能造成ICT測試接觸不良,影響到測試結果的準確性;同時它通過改變PCBA的附著力導致覆形涂敷的效果受到影響。
特別是對新興的光通訊系統而言,助焊劑殘余物影響到光信號的吸收和反射,極易造成信號的改變和終止,因此潔凈度和共軸調整成為光器件組裝自動化的兩大挑戰。更為嚴重的是,助焊劑殘留物在一定的條件下會離解,這些游離態的離子,將會對PCBA上的金屬導體發生化學反應,造成金屬的氧化腐蝕,導致金屬機械強度的下降甚至元器件引腳和引線的斷裂,并最終影響到PCBA功能的正常實現。在高溫和電場的作用下,更重要的是助焊劑殘留物還有可能會重新排列,直接引起短路或者漏電。對于高頻高速電路而言,即使是電路正常,也會由于固體聚合物的分解導致漏電流的產生,介電常數及損耗系數的改變等不良現象,導致信號完整性削弱和功率損失等現象的發生,最終導致產品的失效。
多年以來,助焊劑殘余物的控制及其清洗問題成為為電子組裝行業的研究重點,無論是OEM還是CEM,無論是助焊劑廠家還是終端使用客戶,都在提高助焊劑性能、擴大助焊劑工藝參數、控制殘余物的影響等方面進行了大量的研究工作。但是,在波峰焊助焊劑殘余物的影響因素分析方面,特別是在波峰焊工藝參數與助焊劑殘余物的關系方面一直缺乏系統的研究。當然對于使用波峰焊助焊劑,我們可以在工藝過程控制時還需要特別注意以下幾個特性:
1、熱穩定性:
當助焊劑除去基板表面的氧化膜之后,在接觸錫波之前,必須形成一個保護膜,防止其再度氧化并可以提高傳熱效率。因此助焊劑必須能承受高溫,在焊接前不會分解、蒸發、升華;在焊接之后,一些活性的成分又會分解蒸發,留下無害的物質。
2、潤濕能力和擴散率:
潤濕能力可以保證助焊劑在焊接的時候,隔絕空氣,降低焊料表面張力,增加擴散能力。
3、助焊劑不同溫度的化學活性:
助焊劑的作用就是除去氧化膜,呈現出清潔的表面。但在不同的溫度下要求的活性也不一樣,比如在常溫下,要求助焊劑的呈弱活性,以避免不必要的腐蝕現象發生,只有在焊接的作業溫度下才激發應有活性,完成焊接過程。
總結來說,當助焊劑在無法正常消耗、交互反應后,容易殘留于焊點和PCBA表面,常見的殘余物有酸類腐蝕液、活性劑(有機鹵化物、有機胺、有機酸類)、松香殘渣、樹脂類殘留等。更為嚴重的是,某些殘留物可能是由交鏈的有機成份或者金屬鹽組成,難以采用通常的方法去除,對PCBA的長期可靠性產生影響。