0 引言

在微電子封裝領域，助焊劑扮演著不可或缺的角色，它直接影響焊接過程的效率和最終產品的質量。本文深入探討了助焊劑的來源、功能及其在焊接中的關鍵作用，并對當前備受關注的“綠色”助焊劑進行了全面概述，包括無鉛、低殘留、低毒性、無鹵素和無揮發性有機化合物（VOC）的特性。我們還將分析全球助焊劑的使用趨勢，從傳統的松香基助焊劑到現代的水溶性、免清洗和低固含量助焊劑。文章最后強調，盡管助焊劑對微電子封裝至關重要，但目前尚無一種助焊劑能夠滿足所有應用需求，這要求我們在選擇和應用助焊劑時必須考慮其特定環境和要求。

接下來的章節將詳細討論助焊劑在軟釬焊中的作用機理、環保要求、全球市場概況以及激光錫焊技術的最新進展，為微電子封裝行業的專業人士提供寶貴的參考和指導。

1 研究背景

在軟釬焊中，助焊劑的作用不僅限于幫助流動，還包括輔助熱傳遞、去除氧化物、降低表面張力和防止再氧化。這些作用可以概括為四個方面：輔助熱傳遞、去除氧化物、降低表面張力和防止再氧化。助焊劑在化學反應中起到催化劑的作用，雖然不進入焊點，但對完成釬焊接頭的速率和程度有著重要的影響。

助焊劑的常見組成包括活性劑（2%～5%）、溶劑（97%）（水+助溶劑）、表面活性劑（0.3%）、成膜劑（0.25%）和緩蝕劑（0.1%～0.2%）等。在工業應用中，助焊劑的性能需滿足去除氧化物、防止再氧化、降低表面張力、促進焊料的潤濕和擴展等要求，并具有適當的活性溫度范圍、良好的熱穩定性、較小的表面張力、黏度和比重，以及易去除的殘渣。此外，助焊劑的基本組分應符合環保要求，在常溫下儲存性質穩定，并達到或超過相關標準、行業標準或其他標準的要求。

2 環保助焊劑要點

2.1 無鉛

在歐盟的RoHS和WEEE認證中正式提出了對六種物質（鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、六價鉻（Cr(VI））、多溴聯苯（PBBs）、多溴二苯醚（PBDEs））的禁令。2011年12月1日在我國正式推廣的國推RoHS認證也規定了這六種物質在中國的禁令。國推RoHS認證規定“無鉛”的標準是含鉛不大于0.1%。

與傳統的錫鉛焊料相比，無鉛焊料由于熔點高，易氧化，潤濕性差，要想獲得與錫鉛焊料質量相當的焊點，必須使用活性更高，熱穩定性更好的新型助焊劑，因此需要對相應的助焊劑組成和焊接工藝進行重新設計。在工業生產中，可焊性和可靠性是評估無鉛焊料的重要指標。現今常見的無鉛焊料有SnAgCu等。

2.2 低殘留、低毒性

免清洗助焊劑避免了使用CFC溶劑，減少了對大氣臭氧層的破壞。這類助焊劑要求助焊劑殘留物不腐蝕、不吸濕和不導電。

2.3 無鹵

鹵素化合物的使用會逐步引起電氣絕緣性能下降和短路等問題，因此在2008.12起生效的IPC/J-STD-004B中，按不同物質和含鹵素含量的多少將助焊劑分為十二類，其中小于0.05%（萬分之五）視為無鹵（不含鹵素化合物），0.05%2.0%為高活性。這個標準可以將目前市售的所有助焊劑都涵蓋其中，證明其分類的科學性。

2.4 無VOC

揮發性有機物（VOC）的使用不僅會導致氣候變化，還會影響產品安全。限制VOC在助焊劑中的使用已經成為業界的共識，預計未來會有新的環保法規來規范VOC的使用。

除了以上四類物質，“綠色”助焊劑還要求無松香、高效、水性基體等方面，這里不一一展開。總的來說，“綠色環保，節能低碳”是助焊劑開發的總要求。具體來說，無松香，無鹵素，無VOC，水基，免清洗助焊劑的開發與應用是當今微電子封裝材料研究領域的一項重要任務。

3 全球范圍內助焊劑使用的概況

圖1 全球范圍內助焊劑使用的概況

圖1所示為1990年代全球范圍內助焊劑使用的概況，其中：松香基助焊劑（Rosin-Base）僅占5%，而水溶性助焊劑（Water-Soluble）的比例占30%，免清洗助焊劑（No-Clean）的比例高達65%。

3.1 松香基助焊劑

松香在是傳統的電子工業中是作為助焊劑的關鍵組分。松香基助焊劑的主要組分為：松香酸含量80%～90%，海松酸含量10%～15%。但松香基助焊劑有無法忽視的缺點：松香是一種天然產品，起到助焊作用的主要是松香酸，但其酸值不確定；松香在焊接時會放出大量焊接煙塵，污染環境；其殘留物不易除去，清洗用到的CFC會對大氣臭氧層造成破壞。此外，美國的松香生產已從1962年的12.5萬t下降至現今的1.5萬t，松香的供應無法保證。因此有必要尋找松香型助焊劑的替代產品。

3.2 水溶性助焊劑

水溶性助焊劑主要有水溶性有機酸助焊劑（OA）和水溶性樹脂助焊劑（SA）。水溶性助焊劑顯著的特點是沒有CFC和其他溶劑。相比于松香型助焊劑，其具有更加優良的焊接強度和熔融能力，且殘留物可溶于水，易于除去。然而，水溶性助焊劑的殘留物具有化學活性和腐蝕性，因此要徹底清洗。當水溶性助焊劑的殘留物未能完全從線路板上除去時，會損害線路板長期運行的可靠性，且比松香型助焊劑的殘留物損害更大。使用水溶性助焊劑時，要注意以下幾點：焊接過程中應控制溫度曲線；印刷過程中要保證間隔的時間最短；清洗過程應避免助焊劑卷入及殘留物未能完全除去；如使用皂化劑或其他添加劑，須控制其質量和數量。此外，如需要可用中和、沉淀、分離控制來處理廢水。

3.3 免清洗助焊劑和低固含量助焊劑

免清洗助焊劑是Montreal議定書頒布后開發出來的新型助焊劑。這類助焊劑有充足的活性來保證焊接質量，并且讓焊接中沒有焊球形成。其殘留物量最少，且無黏性，因此不影響焊件檢驗。除此以外，殘留物在溫度、濕度下保持惰性，且無腐蝕性。免清洗助焊劑的例子有英國Multicore公司的X-32無渣助焊劑，其不含鹵化物，無腐蝕性，可達到軍用標準的清潔度要求，固含量約為3%。德國Stannol焊劑制造廠生產的Stannol “900-6”低固含量助焊劑是一種無鹵素，無松香活化的水白色助焊劑，其固含量為6%，比重0.796，閃點13℃。

4 激光錫焊技術

在軟釬焊工藝中，助焊劑發揮著至關重要的作用，它通過去除焊點表面的氧化層、增強材料表面的潤濕性、降低合金層的形成溫度以及增加熔錫的鋪展面積，從而確保焊接過程的質量和效率。傳統釬焊工藝通常涉及助焊劑的添加和焊后清洗工序，以去除殘留的助焊劑。然而，激光錫球焊接工藝采用無助焊劑的錫球作為焊接填充料，在保護氣體的環境下進行焊接加熱，確保釬料在焊接過程中無氧化，從而在材料表面實現良好的潤濕。這種工藝不僅實現了產品焊后無殘留助焊劑，還省去了焊后清洗工序，顯著降低了生產成本。

激光錫球焊接作為一種精密加工技術，其優勢在于單次焊接的釬料量穩定，焊點一致性高，每個焊點的釬料量偏差最小。結合CCD高精度定位和自動化生產方式，可以顯著提高產品的生產良率和效率。此外，激光錫球焊接作為一種非接觸式熱源，能夠實現傳統方式難以達到的工藝要求，如非接觸式加熱、精確可控的工藝參數和良好的重復操作穩定性。激光的聚集效應使得熱量集中，同時對焊點周邊區域的熱影響很小，有利于防止產品焊點周圍結構的變形和損傷。

相較于傳統的軟釬焊工藝，激光軟釬焊能夠適應更廣泛的焊點結構，減少人力消耗，并更好地適應不同類型產品的生產要求。激光軟釬焊系統易于與不同類型的生產線結合，實現自動化生產，且能耗相對較低，更加符合智能制造的理念。

5結語

在微電子封裝領域，助焊劑是確保焊接質量和效率的關鍵。隨著環保和技術進步，行業趨向使用無鹵素、低殘留、免清洗、無/低VOC的“綠色”助焊劑，這些助焊劑既環保又提高了生產效率。選擇合適的助焊劑時，必須平衡環保性能和成本效益。本文分析了助焊劑的多個方面，包括其來源、作用、環保要求，并綜述了全球使用情況，指出沒有一種助焊劑能滿足所有需求，因此提供多樣化的助焊劑選擇是行業發展的關鍵。激光錫焊技術作為一種新興技術，通過使用無助焊劑的錫球和保護氣體，實現了焊接過程中釬料無氧化，提高了生產效率并降低了成本。助焊劑作為微電子封裝行業的“催化劑”，其研發將繼續朝著環保、高效、經濟的方向發展，未來的研究將更加注重性能優化和環保標準的提升，以滿足嚴格的工業要求，推動微電子封裝技術的進步。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領域的最新技術資訊和深度分析。大研智造是集研發生產銷售服務為一體的激光焊錫機技術廠家，擁有20年+的行業經驗。想要了解更多關于激光焊錫機在智能制造精密焊接領域中的應用，或是有特定的技術需求，請通過大研智造官網與我們聯系。歡迎來我司參觀、試機、免費打樣。

審核編輯 黃宇