电子产品无铅化是当前绿色电子制造业的必然发展趋势,但是在无铅焊接的推广和应用方面还存在较多困难。由于无铅焊料合金普遍存在熔点高、易氧化和润湿性差等问题,传统的助焊剂不能适应无铅焊接工艺。 本论文以Sn-0.7Cu和Sn-9Zn无铅焊料合金为研究对象,探讨了无铅焊料用助焊剂的配方设计原则和要求,研制出了可配合Sn-Cu系无铅焊料使用的无VOC水基免清洗助焊剂和水溶性助焊剂以及一种Sn-Zn系无铅焊料专用助焊剂,并且对三种新型助焊剂焊后残留物的电气可靠性进行了研究。 在无VOC水基免清洗助焊剂的研制过程中,首先提出了选用不同沸点和分解温度的活化物质作为复合活化剂的设计思路,通过铺展试验法研究了由不同的活化剂组合配制的助焊剂配方对Sn-0.7Cu焊料的润湿性,确定了乳酸、丁二酸和己二酸作为复合活化剂组分。研究了复合活化剂、助溶剂和表面活性剂三种主要组分的含量对无VOC水基免清洗助焊剂润湿性的影响。通过系统的试验,确定了无VOC水基免清洗助焊剂中复合活化剂、助溶剂和表面活性剂的最佳用量及范围分别为5.0wt％、6.0～8.0wt％和1.0～1.2wt％。 确定了硼酸作为无铅焊料用水溶性助焊剂中复合活化剂的主要组分。当复合活化剂的含量为10.0wt％,高沸点助溶剂和表面活性剂的含量分别为12.0～20.0wt％和1.2～1.6wt％时,该水溶性助焊剂具有较强的润湿性,并且助焊剂的焊后残留物易溶于水,可以满足焊后水清洗工艺的要求。 由于Sn-Zn系焊料合金容易氧化、润湿性差,在研制Sn-Zn系无铅焊料专用助焊剂的过程中,选择乙二醇代替水作为溶剂,以水杨酸作为复合活化剂的主要组分,确定了锡锌系焊料专用助焊剂中各组分的最佳用量及范围,复合活化剂为10.0 wt％,助溶剂和表面活性剂分别为32.0～40.0 wt％和1.4～1.6 wt％。 使用表面绝缘电阻(SIR)测试和电迁移(ECM)测试两种方法对新型无铅焊料用助焊剂焊后残留物的电气可靠性进行了研究。测试结果表明,三种新型助焊剂均能达到相关标准中对SIR和ECM测试的评定要求。 随后,研究了免清洗助焊剂组分中影响残留物电气可靠性的因素,发现助焊剂组分中含有卤化物是造成SIR值下降和发生电迁移的主要影响因素,同时助焊剂中活化剂的含量和表面活性剂的含量对SIR值也有一定的影响。研究结果表明,随着焊接时使用的助焊剂中活化剂含量的增大,试样上的焊后残留物增多,经过电迁移测试后试样的SIR值呈下降趋势,并且试样上金属线路表面的腐蚀加剧。表面活性剂的含量增大使得试样的线路板上焊剂残留物增多,并且黏度也增大,更容易发生吸潮和吸附其它灰尘杂物,因此,试样的SIR值降低。免清洗助焊剂中卤化物的含量对试样的SIR值的影响较大。随着卤化物含量的增加,试样上线路表面的腐蚀现象加剧,并且线路阳极端有菊花状的腐蚀产物生成。当卤化物含量为10.0wt％时,线路上有明显的树枝晶形成,发生了电迁移现象,使线路之间导通形成短路,试样的SIR值大幅下降。通过分析腐蚀产物的成分,解释了焊剂残留物中的卤化物在湿热环境中对PCB造成的电化学腐蚀现象。研究了测试条件对焊剂残留物电气可靠性测试结果的影响。通过分别改变测试温度、相对湿度以及助焊剂的涂敷量这三个测试条件研究了SIR值的变化。研究结果表明,助焊剂残留物中存在温度或湿度敏感成分时,SIR值的变化受测试条件影响较大。但是随着助焊剂的涂敷量增加,试样的SIR值都呈现出下降趋势。