摘要: 焊锡渣抗氧化还原助剂正在逐渐成为电子组装波峰焊焊接技术工艺中不可缺少的辅助材料之一，其通过置铺在液钎焊锡表面，降低液态焊料表面暴露在空气中的氧而起到保护作用，防止液钎焊锡氧化并将锡渣进行还原处理去除表 ...
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焊锡渣抗氧化还原助剂正在逐渐成为电子组装波峰焊焊接技术工艺中不可缺少的辅助材料之一，其通过置铺在液钎焊锡表面，降低液态焊料表面暴露在空气中的氧而起到保护作用，防止液钎焊锡氧化并将锡渣进行还原处理去除表面杂质，降低锡渣产生量，从而达到降低液钎焊锡生产成本的目的。本文介绍了锡渣产生原因、危害及焊锡渣抗氧化还原助剂的作用、分类、性能要求，以及评估方法，有助于实际生产中焊锡渣抗氧化还原助剂的选择。 一）引言：
在电子制造过程中，波峰焊接工艺必不可少，对电子产品的焊接质量起到关健性作用，而波峰焊接工艺的特点决定了在焊接过程中，会有大量的锡渣源源不断的产生，不但直接影响产品品质，而且造成巨大的钎焊锡生产成本浪费。经过长期不断的探索研究，发现使用焊锡渣抗氧化还原助剂是解决锡渣问题的最有效措施。 随着人们近年来对焊锡渣抗氧化还原助剂的关注度越来越高，据统计目前约有35%的电子企业正在评估或使用该类产品，因此，焊锡渣抗氧化还原助剂产品逐渐成为电子组装波峰焊焊接技术工艺中不可缺少的辅助材料之一。由于焊锡渣抗氧化还原助剂属于新兴产品，所以，很多人对它的了解少之又少（包含已在使用的企业），导致在评估或使用过程中非常被动，同时还可能给企业带来不必要的损失，因此充分了解焊锡渣抗氧化还原助剂产品、选择合适的供应商至关重要。 二）焊锡渣抗氧化还原助剂的产生背景： 2.1.）锡渣的来源： 波峰焊接工艺的特点决定了在焊接过程中，不断会有新的液态焊料表面暴露在空气中，熔融焊料在流动状态下与空气中的氧接触并不断发生氧化形成氧化锡渣；焊料氧化锡渣主要是合金焊料氧化物与大量合金焊料的混合物，其不断产生并堆积在熔融合金焊料的表面。 2.1.1.）助焊剂残留物； 2.1.2.）其它焊料的化合物。 2.2.）锡渣的危害： 2.2.1.）影响锡液流动性和锡面高度，影响焊接质量； 2.2.2.） 附着于板面，造成如锡球等质量问题，直接影响电子产品的电气可靠性能； 2.2.3）锡渣的处理及运输造成额外的管理问题，且对环境及人体带来危害； 2.2.4.）松散的氧化渣使空气更容易停留在熔融焊料内，从而加剧焊料的氧化； 2.2.5.）有用金属被锡渣包裹，无法利用，造成极大浪费。 三）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的作用及分类： 3.1.）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的作用： 3.1.1.）将焊锡炉内已产生的氧化锡渣（亚锡）结合固液悬浮重力沉降系借助自然力，故为溶解及还原最大化，降低钎焊锡用量； 3.1.2.）降低液态焊料表面暴露在空气中的氧而起到保护作用，并增强锡液流动性，同时提升焊接品质的目的。（没有必要更改，用原来的更好） 3.2.）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的分类： 焊锡渣抗氧化还原助剂产品目前在市面上样式繁多，但是该类产品性能各异。从组成成分来分，主要可以分为：无机非离子矿物类、有机阴离子聚醚类，功能和形态上主要可以分为：晶体粉状及液体油状（即晶体和液体）两种，从产品种类及名称上分为：还原剂、抗氧化剂、钎焊锡表面活性剂和还原油。 3.2.1.）无机非离子矿物类（即晶体）： 矿物类一般为晶体状产品，在使用过程中通过材料中的N元素对氧的亲和力较大，通过置换反应达到脱氧目的，进一步提升了钎焊料的抗氧化能力；其次是通过材料中的F元素和B元素两者通过高温置换反应达到还原目的，其极性溶解性，能够溶解离子化合物及离解的共价化合物，结合固液悬浮重力沉降系借助自然力，故为溶解及还原最大化。由于炉内锡渣的大量堆集问题得到很好解决，加上在N元素的双重作用下，大大增强了液锡的流动性、润湿性,从而改善焊接品质工艺。在随着时间延长直到活性剂消耗掉被清除为止，清理周期一般为10小时。钎焊锡表面活性剂不与金属发生反应，只与氧化渣反应，少无味。当氧化锡渣中的金属氧化物被溶解时，相互连接的金属氧化物排列是开放的，任何夹在渣中有用的金属都可以分散流回到液焊锡中，并且不会受到钎焊锡表面活性剂的影响。10小时可控制锡渣量小于0.6kg每台，锡渣含锡量小于0.3%。当然也不全是好处，不足之处在于，该产品在使用过程中前期专业辅导、现场操作员心态、作业工具会直接影响使用效果。 3.2.2.）有机阴离子聚醚类（即液体）： 聚醚类一般为液体油状产品，在使用过程中通过与氧化锡渣中的SnO2和SnO发生还原反应，不足之处是：首先，单一还原功能，不能提前预防抗氧化；其次，液体状产品在使用过程中及最终的锡渣呈稀泥状，感观比较脏也不利于回收；再次，使用过程中会产生较大的刺激性气味及烟雾，对人体及环境有害；另外是稀泥状锡渣及挥发出来的气体可能会残留到PCB板上，对产品品质带来不利影响；最后是使用过程中需要添加辅助搅拌装置，操作上不是方便。特别是聚醚在REACH法规中属于受物质。 四）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的总体要求及评估： 4.1.）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的要求： 由上可知不管是哪种焊锡渣抗氧化还原助剂产品在使用过程中都或多或少的带来一些弊端，因此一款好的焊锡渣抗氧化还原助剂产品必须要满足以下要求： 4.1.1.）无毒、无害，符合相关环保法律法规要求（RoHS、REACH及ISO14001及OHSMS18001等）； 4.1.2.）容易保存，符合海、路、空运输法规； 4.1.3.）使用方便整洁，不会产生第二次污染； 4.1.4.） 对设备无害，在处理过程对波峰焊机器不会产生影响； 4.1.5.）保证产品品质，不会对PCB焊点及板面造成影响； 4.1.6.）使用安全，不易燃易爆。 4.2.）焊锡渣抗氧化还原助剂产品的评估： 4.2.1.） 材料成分：必须满足ROHS（Cd 100ppm、Pb 1000ppm、Hg 1000ppm、Cr 1000ppm、PBB 1000ppm、PBDE 1000ppm）、卤素(GI≤900ppm、Br≤900ppm及GI+ Br≤1500ppm) 及REACH等其它法律法规限定要求。由于不同的公司存在不同的标准限值要求，因此具体的判定标准根据公司实际情况而定。 4.2.2.）物化性质：材料的密度、粘度、比重、湿度、闪点、气味及色泽等，5--45℃的温度环境下保持稳定，同时比重要比锡轻，极限值（耐温度系数）至少达到280℃以上。 4.2.3.）焊锡及锡渣成分含量：取使用前面的锡块及锡渣进行成分检测对比，评估焊锡渣抗氧化还原助剂产品是否会改变其原有成分（包含添加或减少）及是否存在某此有害（或限制）物质。 4.2.4.）可焊性：以扩展率来表示，根据助焊剂行业的标准，一般控制在80%--92%，因此使用了焊锡渣抗氧化还原助剂产品后，焊锡的可焊性也必须达到使用之前液锡可焊性的检测值，如是焊锡渣抗氧化还原助剂本身说明具有增强液锡可焊性的，则实际检测出来的值应大于原来（使用之前）的测试值。 4.2.4.）腐蚀性： 4.2.4.1.）对PCB：为了保证产品品质，因此焊锡渣抗氧化还原助剂不能对PCB或焊点造成任何腐蚀情况，铜境腐蚀测试反映的是焊过程中残留物的腐蚀性大小，其测试参照GB/T9491-2001标准，测试条件：温度22℃、湿度70%RH、气压101KPa、时间2天（48小时）;铜板腐蚀测试反映的是焊后残留物的腐蚀性大小，其测试参照JISZ3197-99标准，测试条件：温度22--25℃、湿度58--60%RH、气压101KPa、时间10天（一般为7--10天）。 4.2.4.2.）对设备：波峰焊设备的腐蚀问题一直以来都存在并头疼的事情，由于腐蚀问题涉及到了很多方方面面的问题，同时在这方面也没有具体的标准，因此当腐蚀发生后很难问责，为了不打破现有的平衡及保证设备的完好性，就必须保证焊锡渣抗氧化还原助剂与波峰焊设备不具有腐蚀性。目前市面上的波峰焊设备主要是由不锈钢和钛合金材料做成，所以就需要确认焊锡渣抗氧化还原助剂对不锈钢和钛合金材料的腐蚀速率，检测GB/T 3621规定的纯钛或其他牌号的钛合金；JIS G4304规定的 304、316不锈钢；GB/T 9493规定的灰铸铁标准检测评估。 4.2.4.3.）检测标准：取适量锡渣抗氧化还原剂置于已充分清洗干净的试验容器中，将处理好的试片全部浸入焊锡渣抗氧化还原助剂中，也可先将试片置于容器内再倒入焊锡渣抗氧化还原助剂，每组试验至少取三个平行试样。试片尽量放置在焊锡渣抗氧化还原助剂中间的位置，不允许与容器壁接触，一般情况下每一容器内只能放置一个试片，如需放两个以上试片时，试片间距要在1cm以上。将装有试片的容器放入270℃的高温箱中进行试验，试验期间应经常观察试件和焊锡渣抗氧化还原助剂的变化情况，并作记录，如果焊锡渣抗氧化还原助剂减少到即将露出试件时，应及时添加。到达预定试验时间后取出试件，先用水/丙酮（视焊锡渣抗氧化还原助剂的极性选择水或丙酮洗）冲洗，然后用毛刷、橡皮器具等擦去腐蚀产物，也可用超声波等方法进行清洗。如果腐蚀产物不易去除时，可参考GB/T 10124附录B的化学或电解法进行清除。清除腐蚀产物后的试片再用去离子水冲洗，用丙酮清洗，迅速干燥后贮存于干燥器内，放置到室温后再称重并进行外观检查。 4.2.4.4.） 检测评价：用20×的显微镜检查试片有无变色及腐蚀痕迹，如腐蚀针孔、表面疏松等现象，并按以下公式计算。 a. 腐蚀速率： 8.76×107×（M-M1）； R＝ STD ×100％（7）。 式中： R——腐蚀速率，mm/a； M——试验前的试样质量，g； M1——试验后的试样质量，g； S——试件的总面积，cm2； T——试验时间，h； D——试件材料的密度，kg/m3。 4.2.5.）绝缘阻抗：按GB或JIS要求SIR值最低不得低于1010，而J-STD-004则要求SIR值最低不得低于108，（测试条件：温度85℃、湿度85%RH、DC50V下做168H后直接环境下检测）。由于试验方法不同，因此这两要求的检测值没有可比性。 4.2.6.）电迁移：为了保证使用焊锡渣抗氧化还原助剂所生产的产品长时间后的绝缘性能及长时间是否有因残留的焊锡渣抗氧化还原助剂离子迁移，导致PCB或焊点腐蚀、变色和锡须生成，该项目根据IPC J-SID-004B技术要求和IPC-TM-650 2.6.14.1检测标准要求（温度20--25℃、湿度50--60%RH、气压101KPa 、时间596H），检测确认SIR值最低不得低于108和电极间是否有电迁移（细丝生长）和腐蚀、变色现象。 4.2.7.）金相切片：通过该项检测充分考查使用焊锡渣抗氧化还原助剂后，焊点品质情况是否有异常情况。 4.2.8.）焊点拉力测试：通过该项检测充分考查使用焊锡渣抗氧化还原助剂后，焊点的焊接强度。 4.2.9.）高温高湿：确保使用了焊锡渣抗氧化还原助剂所生产的产品，在一些恶劣的环境使用不会因焊锡渣抗氧化还原助剂产品原因出现品质问题。可根据标准IPC-TM-650 2.1.1检测（测试条件一般为：温度20--22℃、湿度55--65%RH、气压101KPa），具体有实验条件（温湿度、时间、是否加电等）需要根据公司产品及规定要求自行确定。 4.2.10.）表面离子残留：PCB表面残留的元素物质，物质间或在使用过程中受环境的影响可能会发生某些反应，影响产品品质，另外，如果焊锡渣抗氧化还原助剂中存在有害或受限物质残留在产品表面，影响产品品质，为了避免该类问题，所以在需要检测确认。具体离子检测项目（26项），可以自行选定。 4.2.11.）使用现场烟雾气味检测：产品在使用过程中会产品烟雾和刺激性气味，给人及环境造成严重伤害，所以使用现场环境必须满足ISO14001及OHSMS18001的管控要求，检测项目可根据焊锡渣抗氧化还原助剂的成分及实际情况自行确认。 4.2.12.）效益评估：使用焊锡渣抗氧化还原助剂的主要目的是降低锡渣产生量，控制焊接成本，因此效益评估是必不可以的环节，要评估产生的效益值，最简单的方法就是用使用前后所产生的锡渣量来进行计算即可（计算公式：（使用之前锡渣量-使用之后锡渣量）×锡价-使用之前锡渣量×5折锡价（锡渣回收价）- 焊锡渣抗氧化还原助剂剂用量×焊锡渣抗氧化还原助剂单价＝节约成本）。 五）总结语： 焊锡渣抗氧化还原助剂即将与助焊剂一样，在电子波峰焊接技术工艺中必不可少的材料，但是由于该产品及行业正处于启蒙阶段，属于新兴行业及产品，也没有相应的行业及国际标准，因此造成其产品种类繁多，鱼龙混杂，性能各异。实际生产过程中要选择好的锡渣抗氧化还原助剂产品，就必须更多的了解焊锡渣抗氧化还原助剂产品的功能特点、作用及组成等情况，根据现有的条件充分评估焊锡渣抗氧化还原助剂的各个方面综合情况，只有这样才能真正选到品质优良的焊锡渣抗氧化还原助剂，最大化的保证了公司利益，同时也保证了人体及环境健康。 |