金屬表面的氧化層介紹
既然焊劑的主要功能是去除焊料及被焊金屬表面的氧化物，那么就應(yīng)對(duì)常見的金屬銅、錫、鉛表面氧化的概況有所了解，這不僅對(duì)于去除它們的表面氧化層有所幫助，同時(shí)對(duì)防止它們表面生成氧化層也有幫助。
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、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性良好的特點(diǎn)，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(jià)銅)和暗紅色的氧化亞銅Cu2O(+1價(jià)銅)。通常氧化了的PCB焊盤表面呈現(xiàn)暗紅色，故一般認(rèn)為它的表面氧化物應(yīng)以Cu2O為主。通常+l價(jià)銅的化合物大都難溶于水，因此氧化亞銅對(duì)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天時(shí)間，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，氧化層還會(huì)繼續(xù)增厚。
銅在高溫時(shí)氧化速度就會(huì)明顯加速，例如銅在106℃時(shí)16個(gè)小時(shí)就可以形成10nm的厚度。銅在電子行業(yè)是經(jīng)常用到的材料，特別是PCB的導(dǎo)條。通常在PCB制造后應(yīng)及時(shí)將導(dǎo)條保護(hù)起來，特別是焊盤部分不僅用各種方法保護(hù)，而且規(guī)定在一定時(shí)間內(nèi)要將PCB用完，其根本的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(zhì)，如H2O2/H2O4、CuCl2/HC1、CrO3/H2SO4體系中，以及濕熱環(huán)境里將加速生成Cu2O，并有可能會(huì)生成鉻酸鹽膜(鈍化膜)，這種鈍化膜不易去除干凈，一旦去除不干凈就會(huì)明顯影響PCB的可焊性，這種現(xiàn)象在生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常發(fā)生，因此PCB制造商在PCB生產(chǎn)過程中應(yīng)徹底漂洗及烘干PCB，以保證PCB的可焊性。
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元素又稱碳族元素，但因錫/鉛排列在碳族元素的末端，故呈現(xiàn)金屬元素的特征。碳族元素價(jià)電子層構(gòu)型為NS2NP2，即錫為6S26p2，鉛為6S26p2，它們能夠形成+2價(jià)和+4價(jià)的化合物，故錫/鉛有MO和M02兩類氧化物。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，故元件放久了引腳會(huì)發(fā)黑；在焊接過程中，由于助焊劑的作用有時(shí)會(huì)生成4價(jià)的錫鉛化合物。
相對(duì)于銅來說，錫的氧化層的生長(zhǎng)要慢得多，通常按對(duì)數(shù)規(guī)律呈緩慢上升趨勢(shì)，新生錫表面氧化層一周后僅為2nm，一年后僅為3nm。在高溫下錫氧化會(huì)明顯加快，例如200℃時(shí)Sn02生長(zhǎng)速度是100℃時(shí)生長(zhǎng)速度的兩倍，200℃下24小時(shí)后在鍍錫的銅導(dǎo)線上氧化層厚度可達(dá)30nm。此外，在水和水蒸氣中更能明顯地促進(jìn)氧化層的生長(zhǎng)，見下表
時(shí)間/min??????? 厚度／nm
??? 5?????????????? 2
??? 30???????????? 2.6
??? 60???????????? 3.6
??? 240??????????? 4.6
在鉛錫合金的表面上還集聚著鉛，因?yàn)殄a的活性比鉛的活性高，故在合金中錫首先被氧化，所以對(duì)焊料合金來說，氧化物主要是SnO。
錫鉛焊料在液態(tài)時(shí)氧化相當(dāng)迅速，在波峰焊料槽中特別明顯，當(dāng)從熔融焊料槽中撇去氧化層之后新的氧化層又立即形成。在波峰焊中，錫鉛焊料被不斷攪動(dòng)，從而也不斷出現(xiàn)氧化層，并且這些氧化層包裹焊料會(huì)形成錫渣，隨著攪拌速度的增快錫渣生成的量明顯增多。在攪拌軸四周聚集著黑色的SnO，其生成量與攪拌速度的關(guān)系。
隨著攪拌速度的加快，黑色的SnO含量明顯增多。現(xiàn)在在波峰焊機(jī)制造領(lǐng)域，已采用電磁泵代替機(jī)械泵的技術(shù)。據(jù)報(bào)道，一臺(tái)采用電磁泵的波峰焊機(jī)僅因減少焊料的氧化一年就可以節(jié)約焊料材料費(fèi)約10萬(wàn)元。
在電子產(chǎn)品的焊接中，與焊接有關(guān)的材料主要是銅、錫／鉛，此外還有銀、鐵鎳合金、黃銅等金屬，它們也相應(yīng)存在氧化層。
通過對(duì)銅、錫表面氧化層的研究，高溫高濕是形成氧化層的主要原因。這就提醒我們，在這些材料的儲(chǔ)存和使用過程中都應(yīng)該注意避免高溫高濕，以免給焊接過程帶來困難。