我們知道,助焊劑(膏)的主要功能之一是去除焊料及被焊金屬表面的氧化物,那么這個氧化物究竟是什么呢?廣勝焊錫作為一家焊錫絲廠家,專業生產“廣勝”牌樹脂芯焊錫絲、焊錫條、助焊劑、無鉛焊料、抗疲勞水箱專用錫焊料等電子專用材料產品。下面就對常見的金屬銅、錫、鉛表面氧化作一些分析。
廣勝焊錫
一、銅表面的氧化層
在元素周期表中,銅是過渡性元素,具有密度大(密度:8.960 g/cm3)、導電性好(電阻率:1.75×10-8Ω·m)、導熱性好(熱導率:401 W/m.K)的特點,但銅表面在大氣中易氧化,它的氧化物有黑色的氧化銅CuO(+2價銅)和暗紅色的氧化亞銅Cu2O(+1價銅)。通常氧化了的PCB焊盤表面呈現暗紅色,故一般認為它的表面氧化物應以Cu2O為主。通常+1價銅的化合物大都難溶于水,因此氧化亞銅對焊接有較大的危害。
銅表面在室溫下形成10nm厚的氧化層大約需要90天,隨著時間增長,氧化層還會繼續增厚。銅在高溫時氧化速度會明顯加速,例如,銅在106℃時僅16h就可以形成10nm厚度的氧化層。銅在電子行業是經常用到的材料,我們日常所用PCB板(裸銅板、OSP等),要求密封保存,其根本原因就在于銅表面易氧化而影響到它的可焊性。
此外,PCB加工過程中表面的銅層在腐蝕介質(如H2O2/H2O4、CuCl2/HCl、CrO3/H2SO4體系中)以及濕熱環境里將加速生成Cu2O,并有可能會生成鈍化膜(鉻酸鹽膜),這種鈍化膜不易去除干凈,一旦去除不干凈就會顯著影響PCB的可焊性,這種現象在生產中會經常發生,因此PCB制造商在PCB生產過程中應徹底漂洗及烘干PCB,以保證PCB的可焊性。
二、錫/鉛表面的氧化層
錫/鉛在元素周期表中排列均是第Ⅳ類主族元素,Ⅳ元素又稱為碳族元素,本為非金屬,但因錫/鉛排列在碳族元素的末端,故呈現金屬元素的特征。碳族元素能夠形成+2價和+4價的化合物,故錫/鉛有MO和MO2兩類氧化物。錫在200℃以下的空氣中氧化,這兩種氧化物都存在。其中SnO呈黑色,SnO2呈白色。元器件放久了引腳會發黑就是因為形成了SnO.在焊接過程中,由于助焊劑的作用有時會生成4價的錫鉛化合物。
相對于銅來說,錫的氧化層的生長要慢得多,通常按對數規律呈緩慢上升趨勢,新生錫表面氧化層一周后僅為2nm,一年后可達3nm。在高溫下錫氧化會明顯加快,例如200℃時SnO2生長速度是100℃時生長速度的兩倍,200℃下24h后在鍍錫的銅導線上氧化層厚度可達30nm.在鉛錫合金的表面上還集聚著鉛,因為錫的活性比鉛的活性高,故在合僉中錫首先被氧化,所以對焊料合金來說,氧化物主要是SnO.
在電子產品的焊接中,與焊接有關的材料主要是銅、錫、鉛,此外還有銀、鐵鎳合金等,它們也相應存在氧化層。通過對銅、錫表面氧化層的研究不難發現,高溫高濕是形成氧化層的主要原因。這就提醒我們,在這些材料的存儲和使用過程中都應該注意避免高溫高濕,以免造成氧化給焊接過程帶來困難,日常應在恒溫恒濕環境下保存,真空包裝,并放置干燥劑。