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1 引言
铅及其化合物的剧毒性对环境和人类健康存在不可忽视的影响[1]，近年来，世界各国都对无铅焊料的研发和应用给予了高度重视，并且投入了大量的人力物力，如欧盟、美国、日本 [2]都立法限制了电子产品中铅的应用，我国首部防治电子信息产品污染环境法规也即将实施。
目前具有代表性的无铅焊料有Sn-Zn，Sn- Cu，Sn-Ag-Cu等合金系[3]，其中Sn-Zn系焊料润湿性很差；Sn-Ag-Cu系焊料熔点高，价格贵，制约了其推广应用；Sn-Cu系焊料价格便宜[4]，成本仅为锡铅共晶焊料的1.3倍，但是Sn-Cu系焊料润湿性不如锡铅共晶焊料，阻碍其在电子封装中的广泛应用。所以研究合适的焊剂，提高焊料的润湿性，成为当前研究的重点。
本文重点对Sn-0.75Cu焊料在铜基片上的润湿性进行了试验研究，配制了两类焊剂：活性剂松香焊剂和无机物焊剂。配合Sn-0.75Cu焊料在铜片和镀锡铜片上进行润湿性试验，分析了影响Sn-0.75Cu焊料润湿性的因素，最终获得焊剂与 Sn-0.75Cu焊料的最优匹配。
2 实验材料和方法
本研究采用的焊料为Sn-0.75Cu，基片为纯度 99.9％薄铜片，尺寸为15mm×15mm×0.27mm，配制了活性剂松香焊剂和无机物焊剂（活性剂松香焊剂是以松香为载体加入不同活性剂；无机物焊剂是以乙二醇为载体加入活性剂）。焊剂中活性剂含量为载体的10％（重量百分比），成分如下表1所示。
表1中A，B，C，F分别代表胺盐、二苯胍、己二酸、NH4Cl；D，E，G代表不同的无机金属盐。钎料块重量为0.07g，焊料放置在铜片上，上面覆盖焊剂，温度为260℃，时间为20s。润湿铺展试样如图1所示，试验后测量焊料的润湿角。润湿角的大小作为评定其润湿性能优异的指标。润湿性能评定标准[5]如表2，较小的润湿角值表示润湿性能良好。
3 结果与分析
本研究采用Sn-37Pb焊料（焊料重量为0.07g）与松香相匹配，在240℃时进行润湿铺展试验，作为Sn-0.75Cu焊料润湿性评价的参考，其中包括焊剂类型、活性剂以及母材对Sn-0.75Cu焊料润湿性的影响。
3.1 焊剂类型的影响
图2给出了松香对Sn-0.75Cu焊料润湿性的影响。如图2所示，松香匹配Sn-0.75Cu焊料润湿性尚可（润湿角为45°），远不及松香匹配Sn-37Pb焊料的润湿性（润湿角为10°）。
本研究配置的两类焊剂中，活性剂松香焊剂（1～9＃焊剂）又可分为有机卤化物活性剂松香焊剂（1～3＃焊剂）、无机卤化物活性剂松香焊剂（4～ 5＃焊剂）和（有机＋无机）卤化物活性剂松香焊剂（6～9＃焊剂）；10＃焊剂为无机物焊剂。 
图3给出了不同类型焊剂对Sn-0.75Cu焊料在铜基片和镀锡铜片上润湿性的影响，其中活性剂松香焊剂对应的润湿角为此类焊剂（1～9＃焊剂）与 Sn-0.75Cu焊料匹配分别在铜基片和镀锡铜片上润湿角的平均值。如图3 所示，在铜基片上，活性剂松香焊剂对焊料润湿性的改善要比无机物焊剂略差；而在镀锡铜片上，活性剂松香焊剂对焊料的润湿性的改善明显优于无机物焊剂。总的来讲，所配置的两类焊剂在铜基片和镀锡铜片上均能有效地提高Sn-0.75Cu 焊料的润湿性，两类焊剂与Sn-0.75Cu焊料匹配在不同基片上的润湿角均小于30°，润湿性优。
3.2 活性剂的影响
3.2.1 有机卤化物活性剂的影响
图4给出了松香中加入有机卤化物活性剂对Sn-0.75Cu焊料在铜基片和镀锡铜片上润湿性的影响。如图所示，无论在铜基片上还是在镀锡铜片上，有机卤化物活性剂都能明显提高了Sn-0.75Cu焊料的润湿性。在铜基片上，1＃，2＃，3＃焊剂对Sn-0.75Cu焊料的润湿性改善的效果相差不大，润湿性优（对应的润湿角分别为29°，29°，28°）；在镀锡铜片上，也呈现出相同的趋势，相比较而言，2＃焊剂稍差，润湿角为31°。
3.2.2无机卤化物活性剂的影响
图5给出了松香中加入无机卤化物活性剂对Sn- 0.75Cu焊料在铜基片和镀锡铜片上润湿性的影响。如图所示，在不同基片上，无机卤化物活性剂的加入也能明显提高Sn-0.75Cu焊料的润湿性，效果优于有机卤化物活性剂。其中，在镀锡铜片上，5＃焊剂匹配Sn-0.75Cu焊料的润湿性最佳，润湿角为18°。
3.2.3（有机+无机）卤化物活性剂的影响
加入（有机＋无机）卤化物活性剂的焊剂分活性剂松香焊剂(6~9＃焊剂)和无机物焊剂（10＃焊剂）两类。图6给出了（有机＋无机）卤化物活性剂对Sn-0.75Cu焊料在铜基片和镀锡铜片上润湿性的影响。如图所示，除了10＃焊剂匹配Sn-0.75Cu焊料在镀锡铜片上的润湿性尚可（对应的润湿角为31°）外，其他焊剂匹配Sn-0.75Cu焊料在不同母材上润湿性均为优，其中7＃焊剂匹配Sn-0.75Cu 焊料在铜基片上的润湿性最佳（润湿角为19°）。
3.3 母材的影响
图7给出了母材对Sn-0.75Cu焊料润湿性的影响。如图所示，除了5＃焊剂外，其余的焊剂匹配Sn-0.75Cu焊料在铜基片上的润湿性优于在镀锡铜基片上的润湿性。由此可见，一般情况下改善Sn-0.75Cu焊料润湿性可以不考虑母材镀锡的影响。
4 结论
采用松香作为焊剂时，无铅焊料Sn-0.75 Cu的润湿性远不如Sn-37Pb焊料。匹配加入活性剂的松香焊剂后，无铅焊料Sn-0.75Cu的润湿性已接近Sn- 37Pb焊料。
卤化物活性剂能显著改善Sn-0.75Cu焊料的润湿性，其中无机卤化物活性剂效果最为明显，(无机＋有机)卤化物活性剂效果优于有机卤化物活性剂。
除5＃焊剂外，其他焊剂匹配Sn-0.75Cu焊料在铜基片上的润湿性优于镀锡铜片。 |
