助焊剂是SMT焊接过程中不可缺少的辅料。在波峰焊中,助焊剂和焊锡分开使用,而在回流焊中,助焊剂则作为焊膏的重要组成部分。助焊剂的选择可以直接影响焊接效果的好坏。性能良好的助焊剂可以去除焊接表面的氧化物,防止焊接时焊锡和焊接表面的再氧化,降低焊锡的表面张力,提高高质量焊点所需要的焊料整体润湿性。
然而助焊剂并非无缺点的,也会在焊接过程中造成缺陷与问题:
(1)空洞
助焊剂含有液体成分,会在高温的焊接过程中脱气和蒸发,从而在两个焊接面之间产生滞留气体,即形成空洞,可能导致芯片表面出现局部热点,从而造成应力和疲劳裂纹。
(2)助焊剂残留
使用助焊剂会留下残留物,则需要在焊接后进行清洗。如助焊剂残留清洗不彻底,残留物还会与水蒸气反应形成酸性溶液,腐蚀元件表面。
如果真空回流焊未匹配正负压工艺,空洞的排除效果不会太理想;而助焊剂与水蒸气形成的酸性溶液,则会影响设备的长期可靠性,对于元件的清洁度也无法保证。既然解决此类问题比较麻烦,那为了避免在焊接过程中出现此类问题,比较合适的替代方法是在较低温度下进行无助焊剂焊接,即充入甲酸(HCOOH)蒸气进行焊料的回流。
甲酸蒸气可作为金属焊料上氧化物的还原剂,从而取代了对助焊剂的需求。同时,因为不需要助焊剂,即可省略工艺曲线中对助焊剂的清洗步骤,可以提高焊接效率。
在焊接过程中,甲酸蒸气可在150℃左右与金属氧化物发生化学反应形成甲酸盐;温度继续升高后,甲酸盐会进一步分解为氢气、二氧化碳和水。如果甲酸充入系统与真空回流焊相结合,还可以通过真空系统将这些分解物去除掉,保证焊料的纯净。
使用甲酸回流是一种经过验证可行的无助焊剂焊接方法,由于甲酸蒸气的氧化物去除特性在较低温度下有效,省去了对回流前助焊剂和回流后助焊剂的清洗步骤,因此也是一种非常灵活的工艺。
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