新的绿色电子浪潮――无卤素

        在欧盟RoHS与中国RoHS的相继实施与无铅制程转换后，新的绿色电子浪潮――无卤素(Halogen-free)再次席卷电子电气产业。此外，挪威也新出台了有害物质管控的指令（简称PoHS），在PoHS指令中，已明确限制十八种必须排除的有害物质在相关产品中的使用。其中第一类群组即为溴系难燃剂，包括六环溴十二烷(HBCDD)与印刷电路板中最常用的四溴丙二酚(TBBPA)等。除了国际间将陆续订定相关法律外，国际大厂包括ASUS、Dell、HP、Apple、Intel、AMD等公司亦声明自2008年开始导入无卤素材料。卤化物广泛存在于印刷电路板、焊接掩膜、模塑化合物、连接器，以及其他常见的电子产品中。现在，人们对卤素问题的关注日益增加，并积极在电子产品中限制卤素的使用。对于许多不同来源的卤素，以及低水平卤素含量对环境的最低限度影响，大多数机构采用国际电化学委员会（International Electrochemical Commission，IEC）所规定的含量水平，作为其最终装配产品的要求。具体要求是：氯化合物<900ppm；溴化合物<900ppm；总体卤素1500ppm无卤素可能会成为继2006年7月1日RoHS（有害物质限制）指令实施以来电子行业的又一次绿色革命。

 一、无卤免清洗型助焊剂系列

　　随着电子工业的迅速发展及市场的日益激烈，各个企业愈来愈重视产品的质量问题，而各种金属材料及电子元器引起的可焊性及焊后的清洗问题，是相关企业常见的技术质量难题。助焊剂是微电子焊接过程中保证焊接质量的关键材料，它既要有较高的助焊性，又不能对被焊材料产生腐蚀，同时还要满足一系列的机械和电学性能的要求。因此，助焊剂的品质直接影响焊接产品的质量。

　　不同类型的助焊剂，在焊接效果、环境污染，生产成本及最终电器产品的质量方面有很大的区别，而电子工业使用的助焊剂多为松香基助焊剂以及水溶性助焊剂，特别是松香型助焊剂，其主要成分是松香、卤素和溶剂，这种助焊剂焊后残留物多，有腐蚀性，需要用氟利昂，氯代烃等ODS物质清洗剂对其进行清洗，而此类清洗剂的大量排放会导致臭氧层的破坏，直接危害人类的生存环境。从保护臭氧层和满足SMT高密度组装要求而言，采用免清洗焊接技术是一个有效途径，可以节省清洗设备，降低制造成本，简化工艺流程，免除清洗剂对环境的破坏。然而实现免清洗工艺的有效途径则是使用无卤低固体含量的免清洗助焊剂。

首先，无卤免清洗型助焊剂应满足以下要求：

        1、不含卤素及其它有害物质； 

        2、焊接表面较少残留、无粘性、焊后表面干燥；

        3、具有优良的焊锡性、连接性和湿润性，焊点饱满光亮、透锡性优良，有效防止缺锡和短路（锡桥）的发生；

        4、含有多种添加剂，大大减少锡球锡珠产生的机率；

        5、助焊剂残留较低、不含腐蚀性残留物、无铅、无卤，完全免清洗；

        6、表面绝缘阻抗极高，在不清洗的情况下板面绝缘阻抗仍然符合IPC试验规范，电气信赖度高；

        7、产品低烟，不污染工作环境，不影响身体健康；

        8、价格适中，无需改变工艺、更换设备，通用性极佳。

适用范围

 　　适用于SMD元件、芯片混装红胶贴片基板和安装高密度DIP元件的基板，低残留，不含卤素。

如：电源产品、电脑主板、电脑周边产品、通讯类产品、家用电器、液晶电视、汽车电子、仪器仪表等工艺适合：喷雾、发泡、粘浸涂布，适应全自动焊接作业。

1.1   活化剂的选择

　　要研制性能优良的助焊剂，首先要选择性能好，效率高的活化剂。因此在焊接过程中活化剂立即与金属表面氧化作用，从而将其清除，净化了金属表面使焊料和被焊件之间的焊点牢固可靠，清除假焊、虚焊现象，因此，活化性是助焊剂的重要成份，但一般活化性的活化率与腐蚀性成正比，这就给免清洗类无卤助焊剂中活化剂的选择带来困难，这类免清洗助焊剂所用的活化剂必须具备在焊接温度下能够挥发或分解成无腐蚀性物质，使无铅焊料的润湿能力强，可增强无铅焊料的可焊性，能适应各种无铅焊料的焊接温度，对无铅焊料合金无腐蚀作用，因而，传统的酸盐类和无机盐类活化剂都无法使用，经过反复试验和测试，发现C2-C10的有机酸具有良好的活化性能，特别是通过理论分析，设想选用混合酸，这样就可降低活化剂的成本，又可根据需要，通过调节各种成分的比例来控制其沸点，使其在焊接后能完全挥发。同方公司在品种的选用和用量上进行多次试验并取得成功，可以使活化剂的挥发温度控制在150℃-265℃，用量在0.7%-1.5%就能取得良好效果。

1.2 溶剂的选择

　　传统助焊剂所用溶剂太多是水溶性脂肪醇，一般为乙醇或异丙醇。但如果单一的异丙醇或己醇作为溶剂，要获得很好的焊接效果，除了活化剂外，还必须加入表面活性剂、润湿剂、发泡剂等，一般这些添加剂沸点较高，很难在焊后完全挥发，这就同免清洗的目的相矛盾，通过多次试制和性能测试，如果用复合溶剂即水溶性的醇和不溶于水的醚，可以解决上述问题，因所用醚具有以下特点：

        1）可以增加表面绝缘电阻。

        2）可以起到表面活性剂和润湿剂的作用等。

        3）在进入预热区焊接前能抗较高的温度，不会使活性物质在没进行焊接前已挥发。

        4）在进入焊接过程中能完全挥发，这样不仅提高了助焊剂的性能而且大大简化了助焊剂的成份。

1.3  溶剂类无卤免清洗型助焊剂的技术指标及物理性能。

        (1)、外观       无色透明液体或低粘度淡黄透明液体

        (2)、相对密度   0.795-0.820

        (3)、酸值       16-25mgkoh/g

        (4)、卤素含量   无

        (5)、固含量     1.5-8%

        (6)、扩展率    >80%

        (7)、水卒取液电阻率  ＞1×10<SUP>5</SUP>（Ω.CM）

        (8)、表面绝缘电阻    ＞1×10<SUP>10</SUP>Ω（以JIS3283标准）

        (9)、铜片腐蚀试验    无腐蚀。

1.4 应用范围

　　适用于SMD元件、芯片混装红胶贴片基板和安装高密度DIP元件的基板，低残留，不含卤素。

如：电源产品、通讯类产品、家用电器、液晶电视、仪器仪表等

工艺适合：喷雾、发泡、粘浸涂布，适应于全自动化焊接。

2、无卤免洗可成膜水基型助焊剂（TF  SJ-5505系列）

　　目前在电子工业界微电子焊接中所用的另一大类型是水基型助焊剂，该类型的助焊剂缺点在于使用该类助焊剂后，残留于面板的残留物因为易受潮溶解，导致绝缘电阻性能下降，而且PCB面受潮发白。这也是迄今为止水基型助焊剂不如有机溶剂型助焊剂应用广泛的原因之一。

　　本系列助焊剂为无卤低固免洗可成膜的水基型助焊剂，针对VOC作溶剂存在的不足。既消除了有机溶剂的安全及污染问题，又免去普遍水基型助焊剂残留易受潮溶解发白、导致绝缘阻抗下降的问题。本助焊剂在在使用之后，能在PCB焊接面形成一层保护膜，该膜为非水溶性，可防湿防潮、提高绝缘性，延长产品使用寿命。此系列水基助焊剂以高纯度去离水为主要溶剂，精心科学配制，不含VOC，克服了VOC做溶剂的缺点，对人体无毒害，对环境无污染，不燃，使用更安全，达到环保要求。且有极佳的焊接性能，焊接后焊点饱满、无连接，且PCB板面干净，阻抗值高之特性。

无铅焊锡膏系列

       随着电子产品向超大规模集成化、数字化、微型化方面发展，使得表面安装技术（SMT）成为电子组装的主流技术，而焊锡膏印刷是SMT是第一道工序，直接决定着电子产品的质量。焊锡膏由超细（20-75UM）的球形合金锡粉与焊剂系统组成。焊剂系统作为锡粉的悬浮载体，使焊锡膏具备一定的活性、粘弹性、触变性等性能，焊剂系统包含溶剂、催化剂、表面活性剂、流变调节剂、热稳定剂等。Sn-Pb焊锡膏具有优异的性能和低廉的成本，成为电子组装焊接中的主要焊接材料，但由于会有大量的铅，长期使用会对人类生活环境和安全带来较大危害，大力发展无铅的绿色焊锡膏便成了当务之急。

　　无铅焊料应满足以下条件：溶点低，合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶温度183℃，大致在180℃-220℃之间，无毒不污染环境，热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的相当，润湿性、机械性能良好，焊点有足够的机械强度和抗热老化性，要与现有焊接设备和工艺兼容，各焊点检修容易，成本低，所选用的材料能保证充分供应。

1、 Sn-Ag-Cu体系焊锡膏

此体系焊锡包含二大类：Sn96.5Ag3.0Cu0.5和Sn99Ag0.3Cu0.7类型其特点是机械性能拉伸强度、蠕变热性及耐热老化性比Sn-Pb共晶焊料好，延展性比Sn/Pb共晶焊料稍差。其熔点为210-230℃之间。

特点：

①印刷流动性好，对低至0.3mm间距焊盘也能完成精密的印刷。

②连续印刷时，其粘性变化极小，钢网上的可操作寿命长，超过8小时仍不会变干，仍保持良好的印刷效果。

③印刷后数小时仍保持原来的形状，基本无塌落，贴片元件不会产生偏移。

④具有极佳的焊接性能，可在不同部位表面适当的润湿性。

⑤可适应不同档次焊接设备的要求，无需在充氧环境下完成焊接，在较宽的回流焊炉温范围内仍可表现良好的焊接性。

⑥焊接残留物极少，颜色很淡且具有较高的绝缘阻抗，腐蚀性极小，达到免洗要求。

⑦具有极佳的ICT测试性能，不会产生误判。

2、Sn-Bi系锡膏

       此系焊料的锡膏特点是熔点低（138℃）对于那些耐热性差的电子元器件焊接有利，其保存稳定性好，润湿性相当优秀。本体系焊锡膏采购用特殊助焊膏与氧化物含量极少的球形锡粉精制而成，具卓越的连续印刷解像性，此外，本体系锡膏所含有的助焊膏，采用具有高信赖度的低离子性活化剂系统，使其在回流之后的残留物极小且具有相当高的绝缘阻抗，焊后有极高的电气稳定性和安全可靠性。