软钎剂反应原理：深入解析

现代的软钎剂需要同时完成许多重要的功能：促进热量传递到焊点区域，加强基体金属上钎料的润湿，且阻止在焊接温度时金属表面的氧化。其中，最主要的任务是在即将发生焊接的金属接合处去除污染层，包括金属氧化物和使表面失去光泽的物质，如油脂或金属碳酸盐，由此使熔融的钎料润湿金属。尽管电子器件焊接工艺涉及数十亿美元的产业，实际上发生在软钎焊工艺中的化学作用尚未完全了解。对大多数使用的软钎剂，其软钎焊反应可由金属/金属氧化物/电解质溶液界面的相互作用来模拟。在氧化物/溶液界面上发生的软钎焊反应包括酸碱反应和氧化—还原反应。金属氧化物的结构、温度、pH值、电解质浓度以及溶质和溶剂的化学性能等变量，都可以影响反应速度和机制。

1.酸碱反应

如上所述，软钎剂的最主要的任务是去除金属氧化物，软钎剂反应中最共通、最基本的类型是酸碱反应。一般来说，使用有机酸（例如羧酸）或无机酸（例如氢卤酸）作为软钎剂可以实现这个功能。在软钎剂和金属氧化物之间的反应可由下列简化的化学式来说明：

MO_n+2nRCOOH→M（RCOO）n+nH₂O

MO_n+2nHX→MX_n+nH₂O

式中，M表示金属；O表示氧气；RCOOH表示羧酸；X表示卤化物，如F、Cl或Br。

软钎焊反应由吉布斯反应自由能ΔG决定。ΔG为负值时，反应可以进行。表4-10列出了MO_n和HX之间的软钎焊反应焓；表4-11列出了MO_n和HX之间反应熵；表4-12列出了对应的吉布斯反应自由能。

表4-10 MO_n和HX之间的反应焓Table 4-10 Enthalpy of reaction between MO_nand HX

表4-11 MO_n和HX之间的反应熵Table 4-11 Entropy of reaction between MO_nand HX

(www.xing528.com)

表4-12 210℃时MO_n和HX之间的吉布斯反应自由能Table 4-12 Gibbs free energy for reaction between MO_nand HX

虽然上述反应清楚地说明了软钎焊反应，但实际的反应过程是相当复杂的。

2.氧化—还原反应

软钎剂反应的第二种类型是氧化—还原反应，实例如下：

N₂H₄+2Cu₂O→4Cu+2H₂O+N₂

另一个氧化—还原反应的例子是在波峰焊工艺中使用甲酸（HCOOH）。向液态甲酸中吹入氮气，随后吹入波峰焊室。在氮气里，甲酸的体积分数小于1%。在150℃以下，这种还原性的甲酸蒸气可有效地去除金属氧化物，反应如下：

MO+2HCOOH→M（COOH）2+H₂O在焊接温度下这种反应产物并不稳定，会进一步分解：

M（COOH）2→M+2CO₂+H₂

所产生的氢气亦具有还原能力，可增强甲酸的还原过程。这种方法在可焊性上与液态软钎剂的效果相似，但焊点强度偏低，与液态软钎剂相比尚有很大差距，因而已不再使用。