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，那么就應對常見的金屬銅、錫、鉛表面氧化的概況有所了解，這不僅對于去除它們的表面氧化層有所幫助，同時對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、導電和導熱性良好的特點，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價銅)和暗紅色的氧化亞銅Cu2O(+1價銅)。通常氧化了的PCB焊盤表面呈現暗紅色，故一般認為它的表面氧化物應以Cu2O為主。通常+l價銅的化合物大都難溶于水，因此氧化亞銅對焊接有較大的危害。
　　銅表面在室溫下形成10nm厚的氧化層大約需要90天時間，隨著時間增長，氧化層還會繼續增厚。
　　銅在高溫時氧化速度就會明顯加速，例如銅在106℃時16個小時就可以形成10nm的厚度。銅在電子行業是經常用到的材料，特別是PCB的導條。通常在PCB制造后應及時將導條保護起來，特別是焊盤部分不僅用各種方法保護，而且規定在一定時間內要將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，如H2O2/H2O4、CuCl2/HC1、CrO3/H2SO4體系中，以及濕熱環境里將加速生成Cu2O，并有可能會生成鉻酸鹽膜(鈍化膜)，這種鈍化膜不易去除干凈，一旦去除不干凈就會明顯影響PCB的可焊性，這種現象在生產中會經常發生，因此PCB制造商在PCB生產過程中應徹底漂洗及烘干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，故呈現金屬元素的特征。碳族元素價電子層構型為NS2NP2，即錫為6S26p2，鉛為6S26p2，它們能夠形成+2價和+4價的化合物，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發黑；在焊接過程中，由于助焊劑的作用有時會生成4價的錫鉛化合物。
　　相對于銅來說，錫的氧化層的生長要慢得多，通常按對數規律呈緩慢上升趨勢，新生錫表面氧化層一周后僅為2nm，一年后僅為3nm。在高溫下錫氧化會明顯加快，例如200℃時Sn02生長速度是100℃時生長速度的兩倍，200℃下24小時后在鍍錫的銅導線上氧化層厚度可達30nm。此外，在水和水蒸氣中更能明顯地促進氧化層的生長，見下表
　　時間/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，因為錫的活性比鉛的活性高，故在合金中錫首先被氧化，所以對焊料合金來說，氧化物主要是SnO。
　　錫鉛焊料在液態時氧化相當迅速，在波峰焊料槽中特別明顯，當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，從而也不斷出現氧化層，并且這些氧化層包裹焊料會形成錫渣，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系。
　　隨著攪拌速度的加快，黑色的SnO含量明顯增多?，F在在波峰焊機制造領域，已采用電磁泵代替機械泵的技術。據報道，一臺采用電磁泵的波峰焊機僅因減少焊料的氧化一年就可以節約焊料材料費約10萬元。
　　在電子產品的焊接中，與焊接有關的材料主要是銅、錫／鉛，此外還有銀、鐵鎳合金、黃銅等金屬，它們也相應存在氧化層。
　　通過對銅、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，在這些材料的儲存和使用過程中都應該注意避免高溫高濕，以免給焊接過程帶來困難。