钎剂分类和性能简介

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：对钎剂的基本要求有以下方面。1）钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低，在活性温度范围内有足够的流动性。2）应具有良好的热稳定性，使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。

钎剂是钎焊过程中使用的熔剂，与钎料配合使用，通常是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物，保护钎料及母材表面不被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性，促进界面活化，使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。对钎剂的基本要求有以下方面。

1）钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低，在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为液态钎料的铺展润湿创造条件。

2）应具有良好的热稳定性，使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。

3）能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的汽化（蒸发）温度比钎焊温度高，以避免钎剂挥发而丧失作用。

4）在钎焊温度范围内钎剂应粘度小、流动性好，能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。

5）熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小，有利于上浮，呈薄膜层均匀地覆盖在钎焊金属表面，有效地隔绝空气，促进钎料润湿和铺展，不致滞留在钎缝中形成夹渣。

6）熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用，钎剂挥发物的毒性小。

钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。钎剂一般由活化剂、熔剂、表面活性剂和特殊成分组成。特殊成分包括缓蚀剂、防氧化剂、成膜剂等。理想的钎剂除化学活性外，还要具有良好的热稳定性、粘附力、扩展力、电解活性、环境稳定性、化学官能团及其反应特性、流变特性、对通用清洗溶液和设备的适应性等，这就对钎剂配方提出了较高要求。构成钎剂的组成物质可以是单一组元（如硼砂、氯化锌等），也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。钎剂的分类与钎料分类相适应，通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等，分别适用于不同的场合，此外还有气体钎剂。

随着RoHS和WEEE指令的实行，无铅化对钎剂的性能提出了更高的要求，钎剂已由传统的松香型向无卤、无松香、免清洗、低固含量方向发展，其组成也随之发生了相应的变化，各组分的相互作用，使钎剂的性能更加优良。下面对钎剂中各成分的作用机理作一简单介绍。

1.活化剂

活化剂的主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物，并形成保护层，防止基体的再次氧化，从而提高钎料和焊盘之间的润湿性。活化剂的成分一般为氢气、无机盐、酸类和胺类及其复配组合物。就目前广泛使用的锡膏来看，无论是有铅还是无铅系列，活化剂均可分为含卤和无卤两类，欧美系锡膏偏重于前者，而日系锡膏则偏重于后者。含卤的锡膏通常活性较强，且它的活性和腐蚀性联系在一起，可以说活性越强，焊后残留物的腐蚀性也越强。但不管是含卤还是无卤的锡膏，其中活化剂的主要成分均为有机酸，因为有机酸有最小的离子污染残留物和高的表面抗绝缘性。常用的是脂肪族二元酸、芳香酸、氨基酸或柠檬酸。由于钎焊温度是一个区间温度，单一有机酸的活性温度通常是一个点，当温度低于活性温度时有机酸呈惰性；只有在活性温度以上，有机酸中的活性才能被激活，H⁺离子大量电离，在很短的时间内就能迅速去除钎料和母材表面的氧化膜，保证钎料熔化后两种金属可以直接接触反应。由于这种作用时间很短，单一的活化剂通常无法适应这么大的钎焊区间范围，故一般考虑将该钎焊稳定范围内几种分解温度不同的有机酸进行复配。

另外，为了调节焊剂的酸度值，有机酸中常添加一定量的有机胺，进行酸碱的复配处理。有机胺也可以改善焊接效果，因为其本身含有的氨基-NH₂具有活性，并且在焊接后还能同多余的酸中和，以减小焊后腐蚀。在此为解决钎焊性与腐蚀性的矛盾，一般对活性成分采取了特殊的微胶囊化处理技术，即利用成膜剂将复配后的活性物质进行包覆，这样在室温状态下活性物质表现出极好的惰性，从而较好地解决了储存的问题。

在钎焊过程中，不论是何种酸碱复配的活性物质，在初始加热时首先均从被包覆的成膜剂中释放出来，并很快发生分解生成相应的酸和碱，然后迅速与焊料和母材表面的氧化物发生一系列的化学反应：

R—COOH：MNH₂·HX→R—COOH+MNH₂·HX 复配物首先在低温下分解；

R—COOH→R—COO^-+H⁺ 酸电离出相应的H+；

MeO+2H⁺→Me²⁺+H₂O 氧化物与电离的H+反应；

2MNH₂·HX+MeO→2MNH₂+MeX₂+H₂O 氧化物与有机胺反应，

式中，R—COOH代表R酸；MNH₂·HX代表M胺。

反应生成的MeX₂及金属离子的羧酸盐溶解在溶剂中，与清洁的金属表面分离开来。随着温度的升高钎料熔化后通过表面活性剂的帮助，很快润湿和铺展在已除去氧化膜而裸露的铜层表面，形成冶金结合，生成牢固和稳定的Cu₆Sn₅、Cu₃Sn等合金层，从而顺利完成钎焊。

含卤钎剂的钎焊机理与无卤钎剂并无太大差别，所不同的是在原材料上含卤钎剂添加了微量的长链共价键卤化物作为活性剂。这样在回流温度下，含共价键的卤化物快速断裂分解，生成卤盐与氧化膜发生化学作用以完成钎焊，具体反应机理如下：

R·HCl→R+HCl长链卤化物加热分解，这里卤盐也可以是溴盐；

2HCl+MeO→MeCl₂+H₂O。

因卤盐通常要比有机酸的活性强得多，并且在室温下的活性也很强，直接加入会影响钎剂的储藏和使用时间，所以在使用时大都通过间接方法得到。

松香（Colophony）用分子式表示为C₁₉H₂₉COOH，由于它含有羧基，使得它在一定的温度下，有一定的助焊作用；同时松香是一种大分子多环化合物，因此它具有一定的成膜性，在焊接过程中起传递热量和覆盖作用，能保护去除氧化膜后的金属不再重新被氧化。

2.表面活性剂

表面活性剂的主要作用是降低钎剂的表面张力，增加钎剂对钎料和焊盘的润湿性。因为钎剂在加热过程中呈液态，任何液体都存在表面张力，使液体达到最小表面积而呈球状，从而不润湿钎料和母材表面。因此通过添加极性比较大的表面活性物质，使钎剂分子内部具有较大的极性来减小钎剂表面张力，促使钎剂与钎料和被钎焊表面产生范德华力或化学作用力而接触良好。表面活性剂可以是非离子型、阴离子型、阳离子型、两性及氟炭类表面活性剂。钎剂中最常使用OP系列作为表面活性剂，它属于非离子型表面活性剂，可以增进钎剂对被钎焊材料的均匀润湿作用，使得焊点和钎缝规整、饱满。表面活性剂因其特殊的结构能有效地降低熔融钎料表面张力，促进钎料的润湿，但钎焊后会留下吸湿性残留物，用量不能过多。

钎剂分类和性能简介

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