揭秘分析技术在助焊剂材料研发中的应用
发布时间：2023-03-07 17:35 浏览次数：152助焊剂是焊接工艺中帮助促进焊接过程的一种化学物质。它具有保护作用，可阻止焊接中的氧化反应。
伴随着电子产品向着超大规模发展，助焊剂作为电子封装行业的重要耗材，其研发需求也愈发旺盛。从国内电子行业发展趋势以及产品成本的角度考虑，应加速推进助焊剂的国产化进程，同时加深国内助焊剂生产及应用厂商对其产品组成体系的认识与理解。
根据溶剂的种类不同，助焊剂可以分为水基型助焊剂、有机溶剂型助焊剂。
助焊剂的组成与分析
助焊剂主要组成成分为溶剂、成膜剂、表面活性剂、活性剂（包括有机酸与有机碱）、缓蚀剂、触变剂、抗氧剂、增粘剂、界面化合物生成抑制等。
溶 剂
助焊剂中有机溶剂的种类较多，根据产品的应用工艺与产品的焊接对象，有机溶剂可以有多种选择，如乙醇、异丙醇、丁醇、混合二元酸二甲酯、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚等。
产品体系中通常会选用一种或多种溶剂进行复配使用，从而保证产品的焊接性能，满足不同的产品及客户需求。
分析过程中，通常可以通过GC-MS（气相-质谱联用仪）、NMR（核磁共振谱图）进行定性定量分析，如下图所示：
助焊剂原样马来酸NMR内标谱图（图中有甘油、乙醇）
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中10.962min流出物质匹配图谱（甘油）
成 膜 剂
在引线脚焊锡的过程中，所涂布的助焊剂经过沉淀、结晶会形成一层均匀的膜。其高温分解后的残余物因有成膜剂的存在，可快速固化、硬化、减小粘性。成膜剂的成分主要包括松香等。
分析过程中，通常可以通过NMR（核磁共振谱图）、MS（液相-质谱联用仪）、GC-MS（气相-质谱联用仪）进行定性分析，如下图所示：
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中17.316min流出物质匹配图谱（松香）
松香的MS出峰
表 面 活 性 剂
表面活性剂的主要功能是降低焊剂的表面张力，增强焊剂对焊粉和焊盘的亲润性，减小焊料与引线脚金属两者接触时产生的表面张力，增强表面润湿力，增强有机酸活化剂的渗透力，同时也可起发泡剂的作用。表面活性剂既包括脂肪酸族或芳香族的非离子型表面活性剂，也有阴离子，阳离子，两性表活。
分析过程中，通常可以通过NMR（核磁共振谱图）、MS（液相-质谱联用仪）、GC-MS（气相-质谱联用仪）进行定性分析，如下图所示：
表面活性剂的MS出峰
活 化 剂
活化剂因其作用机理的不同而各有差异，物质种类较为丰富。
（1）利用其还原性与氧化物反应，如:气体助焊剂中的氢气，在焊接之后水是唯一的残留物，而氢的还原作用能有效的清除金属表面的氧化物，把氧化物转化成水，同时氢为金属表面提供保护气体，防止金属表面在焊接完成前再氧化。此类活化剂通常包括氯化亚锡、氯化锌、氯化铵等。
分析过程中，通常可以通过XRF（X射线荧光仪）、IC（离子色谱仪）进行定性和定量分析，如下图所示：
助焊剂原样稀释样的IC谱图（样品中含游离的铵根离子）
（2）氢离子与氧化物反应：其主要功能是除去引线脚上的氧化物和熔融焊料表面的氧化物，是助焊剂的关键成分之一。包括有机酸二元酸或芳香酸中的一种或几种组成、卤酸、羧酸、磺酸等。
分析过程中，通常可以通过NMR（核磁共振谱图）、MS（液相-质谱联用仪）、GC-MS（气相-质谱联用仪）、LC-MS（液相-质谱联用仪）进行定性和定量分析，如下图所示：
助焊剂原样稀释样的IC谱图（样品中含游离的氯离子）
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中14.491min流出物质匹配图谱（壬二酸）
助焊剂原样的LC-MS谱图测定样品中壬二酸的含量约为4%
（3）在焊接时，熔融的助焊剂与基板的铜反应产生氯化铜和铜络合物，生成的铜化合物随即与焊料中的锡反应重新生成金属铜，并立即熔解到焊料中，从而实现焊料在铜板上流布。该类活性剂主要包括有机胺的氢卤酸盐，如盐酸苯胺。
分析过程中，通常可以通过NMR（核磁共振谱图）、MS（液相-质谱联用仪）、GC-MS（气相-质谱联用仪）进行定性和定量分析，如下图所示：
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中6.025min流出物质匹配图谱（环己胺）
缓 蚀 剂
缓蚀剂通常为有机胺类物质，其作用机理是体系中的有机酸作为活性剂腐蚀剂较强，加入有机胺类物质后，有机酸与有机胺混合发生中和，得到的不稳定产物在焊接温度下迅速分解，重新生成有机酸和有机胺，保证有机酸原有的活性。在焊接结束后有机酸再次被有机胺中和，使得残留物的酸性降低，由此减少腐蚀。
有机胺类物质一般是吡咯类，如苯并三氮唑（BTA）、甲基苯并三氮唑等。
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中13.852min流出物质匹配图谱（苯并三氮唑）
抗 氧 化 剂
助焊剂中添加的抗氧剂通常为酚类物质，如对苯二酚，邻苯二酚，2,6-二叔丁基对甲苯酚等，有时也可添加抗坏血酸及衍生物。
分析过程中，通常可以通过NMR（核磁共振谱图）、MS（液相-质谱联用仪）、GC-MS（气相-质谱联用仪）进行定性分析，如下图所示：
助焊剂原样甲醇稀释样的GC-MS谱图
GC-MS谱图中12.917min流出物质匹配图谱（对苯二酚）
触 变 剂
触变剂赋予焊膏一定的触变性能，即焊膏在受力状态下粘度变小，以便于焊膏印刷。且印刷完毕后在不受力状态下粘度变大，保持固有形态，防止焊膏塌陷。
分析过程中，通常可以通过柱分离、IR（红外光谱仪）进行定性和定量分析，如下图所示：
样品分离样的FTIR测试图及匹配图（脂肪酸酰胺蜡触变剂）
增 粘 剂
增粘剂可增加焊剂的粘度以赋予焊膏一定的粘性，以便于粘贴待焊元件。
分析过程中，通常可以通过柱分离、IR（红外光谱仪）进行定性和定量分析，如下图所示：
样品分离样的FTIR测试图及匹配图（聚异丁烯）
随着助焊剂的国产化替代趋势日益明显，各厂商在基础配方开发及后续的产品升级阶段都面临着更大的挑战，亟需对产品的组成和配比进行更深入的了解。
微谱对于助焊剂有着丰富的研究经验，通过应用多种仪器协同分析，同时自建强大的谱图库，可以有效测定有机溶剂、有机酸/碱、缓蚀剂、表面活性剂、抗氧剂等等成分及配比，对比产品差异，助力企业研发新型助焊剂产品，改进产品性能。
