免洗锡膏的特点 (2): 残留物腐蚀性机理分析
免洗锡膏的特点 (2): 残留物腐蚀性机理分析
免洗锡膏的活化剂，如羧酸与焊盘氧化物反应后会生成酸性离子残留物。残留物会与空气中的水结合形成酸性溶液从而腐蚀焊盘。上文讲到影响活性剂残留物腐蚀性的因素有溶解度, 分解温度, 潮解/风化相对湿度, 官能团数量和分子链长度。本文会继续分析其它影响残留物腐蚀性的因素。
1. 影响免洗锡膏焊后腐蚀性的因素
1.1 弱有机酸分解温度
免洗锡膏有机酸成分分解温度高会使得回流过程中助焊剂有机酸不能完全挥发，从而留下更多残留物。因此适当采用低分解温度有机酸的免洗锡膏可以改善残留物问题。Wakeel 等人总结了一系列羧酸的分解温度对残留物数量的影响。使用混合有机酸会得到更小的分解温度，并且残留物数量极少。例如琥珀酸和戊二酸混合使用会大大降低分解温度和免洗锡膏焊接残留物。
表1.不同助焊剂有机酸分解温度对残留物的影响。
1.2 溶剂沸点
助焊剂一般都需要加入溶剂调整锡膏粘度，包括基于挥发性有机物的溶剂和不含挥发性有机物的溶剂。溶剂会在焊接过程中完全蒸发，有研究表示溶剂的沸点会调整在150-260℃之间 (Alvarez et al., 2017)。如果溶剂沸点过高 (高于回流峰值温度), 焊后溶剂会残留在焊盘上。
1.3 酸度系数
酸度系数表示酸的强度或其在溶液中的电离的趋势。较低的酸离解常数意味酸性离子更易在水中离解，形成溶液酸性更强，从而留下更多的腐蚀性离子性残留物。Verdingovas等人针对己二酸、琥珀酸、棕榈酸、戊二酸和混合活化剂(琥珀酸-己二酸)进行焊接表面绝缘电阻测试。他们发现棕榈酸和己二酸的酸度系数值更高并且泄漏电流最小。
1.4 焊接工艺对残留物的影响
目前电子元件封装用到的焊接工艺有回流焊和波峰焊。如图1所示，波峰焊生成的残留物远多于回流焊。有机酸在回流焊过程中会扩散铺展至焊点四周，因此回流焊能够减少焊点漏电的发生。焊接温度较高对减少残留物也有帮助，能够加速活化剂和溶剂和分解和蒸发。此外，适当的回流焊接恒温区时长能够给予溶剂更充分的蒸发。
图 1.不同焊接方式生成残留物数量。
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参考文献
Alvarez, V., Beaulieu, P.Y., Lee, K.W., Nah, J.W. & Turlapati, L. (2017), “No clean flux composition and methods for use thereof”, U.S. Patent Application.
Verdingovas, V., Jellesen, M.S., Rizzo, R., Conseil, H. & Ambat, R. (2013). “Impact of hygroscopicity and composition of solder flux residue on the reliability of PCBA under corrosive conditions”.
Wakeel, S., Haseeb, A.S.M.A., Afifi, M.A., Bingol, S. & Hoon, K.L. (2021). “Constituents and performance of no-clean flux for electronic solder”. Microelectronics Reliability, vol.123.
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