Sn-3.0Ag-0.5Cu系焊料用水基免清洗助焊剂的研究

摘要

随着电子行业和表面安装技术(SMT)的发展，助焊剂已经成为电子工业中元器件组装的最为重要的材料。本论文结合助焊剂的作用、组成、发展现状以及课题组前期研究基础，重点探讨了水基免清洗助焊剂中的重要组分（成膜剂和缓蚀剂）对助焊性能的影响和量效关系，具体研究内容和得到的结论如下:
　　选取丁二酸与苹果酸复配为活性剂，乙二醇、异三醇、乙二醇丁醚复配为溶剂，OP-10为表面活性剂，聚乙二醇系列物质(PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000)为成膜剂，配制成助焊剂。将所制备的助焊剂用于Sn-3.0Ag-0.5Cu系无铅焊料，重点探讨了成膜剂对助焊剂性能的影响，并优化了其在助焊剂中的添加量。
　　成膜剂的研究结果表明:不同分子量的聚乙二醇的添加均有助于焊料铺展面积的增加，PEG-1000、2000和4000等三种成膜剂，随其添加量的增加，铺展面积先增大后减小，但PEG-6000例外，随其含量的增加，铺展面积逐渐减小，当其质量分数为0.25％时，钎料的铺展面积达到最大值61.15 mm2;成膜剂的添加量越多、分子量越大，铜板的发粘程度越明显;同时成膜剂的添加对助焊剂中不挥发物含量影响较大，但对助焊剂的酸度影响不大。铺展测试和扫描电镜结果显示，聚乙二醇系列成膜剂的加入能在焊接温度下形成保护膜包覆焊点，并使得铜板表面光滑，有助于提高助焊剂的防腐性能。综合考虑，本论文最终选取PEG-6000作为该体系的成膜剂，其最佳添加量为0.25％。
　　选取咪唑(IM)、苯并咪唑(BIA)、苯并三氮唑(BTA)为缓蚀剂，采用失重法和电化学方法重点分析评价了这三种缓蚀剂及复配缓蚀剂在2.0％(wt)丁二酸与苹果酸溶液中的腐蚀过程和EIS谱图变化特征，对其缓蚀性能进行了比较，初步探讨了缓蚀机理。通过对比铜片表面的扫描电镜图，分析了加入缓蚀剂前后的缓蚀效果。另外，在此基础上，添加助焊剂中的其他组分，如助溶剂、表面活性剂、成膜剂，对配制的助焊剂进行铺展测试，探讨了缓蚀剂的添加量对焊料铺展性能及腐蚀性的影响。与此同时，对OP-10表面活性剂的添加量对助焊剂的性能影响进行了探究，最终得到最优助焊剂配方，并与市售两种产品进行性能比较。
　　静态挂片法和电化学阻抗谱法的结果表明:三种单一缓蚀剂均随其含量增加，缓蚀率先增加后减小。IM含量高于0.04％时，进一步增加缓蚀剂的量可能会加速铜的腐蚀，当BTA的添加量达0.08％时，缓蚀效果最佳，达到88.78％。在缓蚀剂总量为0.08％，相比单一缓蚀剂，IM和BTA复配不存在明显的协同效应，复配后的缓蚀效果反而会有某种程度的降低;当BIA与BTA复配比例为1∶1时，对紫铜的缓蚀率达到94.25％，显示出较好的协同效应，明显优于单一物质的缓蚀效率，而其他复配比例不存在明显的协同效应。扫描电镜结果显示缓蚀剂的添加能在紫铜表面形成紧密的络合物保护膜，有效阻止铜的腐蚀。铺展试验结果表明:复配缓蚀剂的加入有助于提高焊料的铺展性能，同时能有效降低铜板腐蚀，减少BTA的用量。两者的最佳添加量BIA为0.04％，BTA为0.04％，此时制备的助焊剂铺展面积达到62.05 mm2。同时，OP-10在较低浓度时能起到降低界面张力的作用，并且不会增强腐蚀性，可作为研制无VOC助焊剂的良好表面活性剂，其最佳添加量为0.3％。
　　采用最优化配方的助焊剂进行综合性能测试，无明显的分层或结晶物析出现，稳定性好;焊后焊点光亮饱满，助焊剂的铺展面积达到62.05 mm2;产品无粘性，残留物较少，腐蚀性小、无卤素、不挥发物含量低(2.63％);最大润湿力为3.79 mN，总润湿时间为1.38 s，绝缘电阻值高达1010Ω，符合行业标准。与市售的助焊剂相比，该助焊剂润湿力好、助焊性能好、残留物较少、腐蚀性小、安全环保。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 助焊剂及其发展现状

1．2．1 助焊剂的分类

1．2．2 助焊剂的组分

1．2．3 国内外研究现状

1．3 本论文选题依据及思路

第二章 免清洗助焊剂中成膜剂的研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 助焊剂制备工艺

2．2．4 助焊剂性能测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 成膜剂对助焊剂铺展性能的影响

2．3．2 成膜剂对助焊剂其他性能的影响

2．4 本章小结

第三章 助焊剂中其他组分的研究

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验步骤

3．3．1 电极的制备

3．3．2 溶液的配制

3．4 性能测试方法

3．4．1 静态失重法

3．4．2 电化学方法

3．4．3 扫描电镜

3．5 结果与讨论

3．5．1 单一缓蚀剂的缓蚀性能评价

3．5．2 缓蚀剂组分之间的协同效应研究

3．5．3 腐蚀形貌分析

3．5．4 铺展测试结果与讨论

3．5．5 表面活性剂的研究

3．6 助焊剂的综合性能测试结果

3．7 制备的助焊剂与市售产品对比

3．7．1 润湿力测试比较

3．7．2 其他性能比较

3．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

声明

致谢