無鉛焊料用助焊劑制備及焊劑殘留物電氣可靠性研究.pdf

1、電子產(chǎn)品無鉛化是當(dāng)前綠色電子制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢,但是在無鉛焊接的推廣和應(yīng)用方面還存在較多困難。由于無鉛焊料合金普遍存在熔點(diǎn)高、易氧化和潤濕性差等問題,傳統(tǒng)的助焊劑不能適應(yīng)無鉛焊接工藝。 本論文以Sn-0.7Cu和Sn-9Zn無鉛焊料合金為研究對象,探討了無鉛焊料用助焊劑的配方設(shè)計(jì)原則和要求,研制出了可配合Sn-Cu系無鉛焊料使用的無VOC水基免清洗助焊劑和水溶性助焊劑以及一種Sn-Zn系無鉛焊料專用助焊劑,并且對三種新型助焊劑

2、焊后殘留物的電氣可靠性進(jìn)行了研究。 在無VOC水基免清洗助焊劑的研制過程中,首先提出了選用不同沸點(diǎn)和分解溫度的活化物質(zhì)作為復(fù)合活化劑的設(shè)計(jì)思路,通過鋪展試驗(yàn)法研究了由不同的活化劑組合配制的助焊劑配方對Sn-0.7Cu焊料的潤濕性,確定了乳酸、丁二酸和己二酸作為復(fù)合活化劑組分。研究了復(fù)合活化劑、助溶劑和表面活性劑三種主要組分的含量對無VOC水基免清洗助焊劑潤濕性的影響。通過系統(tǒng)的試驗(yàn),確定了無VOC水基免清洗助焊劑中復(fù)合活化劑、助

3、溶劑和表面活性劑的最佳用量及范圍分別為5.0wt％、6.0～8.0wt％和1.0～1.2wt％。 確定了硼酸作為無鉛焊料用水溶性助焊劑中復(fù)合活化劑的主要組分。當(dāng)復(fù)合活化劑的含量為10.0wt％,高沸點(diǎn)助溶劑和表面活性劑的含量分別為12.0～20.0wt％和1.2～1.6wt％時(shí),該水溶性助焊劑具有較強(qiáng)的潤濕性,并且助焊劑的焊后殘留物易溶于水,可以滿足焊后水清洗工藝的要求。 由于Sn-Zn系焊料合金容易氧化、潤濕性差,在研

4、制Sn-Zn系無鉛焊料專用助焊劑的過程中,選擇乙二醇代替水作為溶劑,以水楊酸作為復(fù)合活化劑的主要組分,確定了錫鋅系焊料專用助焊劑中各組分的最佳用量及范圍,復(fù)合活化劑為10.0 wt％,助溶劑和表面活性劑分別為32.0～40.0 wt％和1.4～1.6 wt％。 使用表面絕緣電阻(SIR)測試和電遷移(ECM)測試兩種方法對新型無鉛焊料用助焊劑焊后殘留物的電氣可靠性進(jìn)行了研究。測試結(jié)果表明,三種新型助焊劑均能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對SIR

5、和ECM測試的評定要求。 隨后,研究了免清洗助焊劑組分中影響殘留物電氣可靠性的因素,發(fā)現(xiàn)助焊劑組分中含有鹵化物是造成SIR值下降和發(fā)生電遷移的主要影響因素,同時(shí)助焊劑中活化劑的含量和表面活性劑的含量對SIR值也有一定的影響。研究結(jié)果表明,隨著焊接時(shí)使用的助焊劑中活化劑含量的增大,試樣上的焊后殘留物增多,經(jīng)過電遷移測試后試樣的SIR值呈下降趨勢,并且試樣上金屬線路表面的腐蝕加劇。表面活性劑的含量增大使得試樣的線路板上焊劑殘留物增多

6、,并且黏度也增大,更容易發(fā)生吸潮和吸附其它灰塵雜物,因此,試樣的SIR值降低。免清洗助焊劑中鹵化物的含量對試樣的SIR值的影響較大。隨著鹵化物含量的增加,試樣上線路表面的腐蝕現(xiàn)象加劇,并且線路陽極端有菊花狀的腐蝕產(chǎn)物生成。當(dāng)鹵化物含量為10.0wt％時(shí),線路上有明顯的樹枝晶形成,發(fā)生了電遷移現(xiàn)象,使線路之間導(dǎo)通形成短路,試樣的SIR值大幅下降。通過分析腐蝕產(chǎn)物的成分,解釋了焊劑殘留物中的鹵化物在濕熱環(huán)境中對PCB造成的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。研