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助焊剂在焊接中的角色：4大核心成分与它们的作用解析

助焊剂其实是将锡膏(solder paste)变成膏状的最大推手，因为助焊剂内含溶剂可以将锡膏的主要成分锡粉与其他成分混合在一起成为膏状。顾名思义，助焊剂的主要目的在帮助焊接，所以它必须具备去除金属氧化物并帮助焊接金属互相形成良好键结的能力。不过助焊剂还必须兼具将原本的固态锡粉变成膏状的能力，这样才会被印刷在PCB上并黏住表面贴焊零件(Surface Mount Devices)。另外，还得具有一定保护锡粉降低氧化的能力。

基于以上的要求，组成助焊剂的主要成分就包括了活性剂、树脂松香、溶剂、增稠剂等，下面我们就来详细说明这四种成分与作用：

1. 活性剂(activator)：2~5%

活性剂虽然是助焊剂中佔比最少的成分，但却是助焊剂的核心成分，因为助焊剂对金属氧化的清洁效果，就是来自活性剂中所包含的酸剂。酸性越强的活性剂，对金属氧化的清洁效果与润湿就越好。而酸剂之所以可以去除金属氧化物，是因为其还原氧化物（氢离子H⁺会抢走氧化物中的氧）的能力，但又会造成金属腐蚀（氢离子会与金属离子起反应）。

活性剂的来源则可以大致区分为有机酸及卤素，含有卤素（如氟、氯、溴、碘）的活性剂基本上都为强酸，而且价钱便宜，比如盐酸(HCl)，具有强力清洁金属表面的能力，但却有剧毒，且对金属具有腐蚀性，一般使用含滷酸的助焊剂后必须水洗，否则存放一段时间后极容易造成PCB上的焊点与铜箔腐蚀。

而为了符合现今的环保需求，改用无滷(Halogen Free)锡膏及助焊剂已经成为一种趋势。而有机酸的强度虽然比不上滷酸，但也是有强弱之分的，无滷助焊剂一般会使用草酸(Oxalic Acid)、琥珀酸(Succinic Acid)、醋酸(Acetic Acid)、羧酸(Carboxylic Acid)等，但是依其浓度多寡又可分水洗与免洗两种，需要水洗的助焊剂当然是因为酸剂比较浓，可以较有效地去除金属氧化物并提高焊接润湿性，却可能腐蚀PCB的金属而影响到长期信赖性，所以需要使用纯水来做清洗；而免洗助焊剂则使用浓度较低有机酸，有些甚至仅使用松香酸来达到清洁PCB表面氧化物的效果。只能说想鱼与熊掌难以兼得，清洁金属氧化物效果好的助焊剂就容易腐蚀金属，不会腐蚀金属的助焊剂，则清洁效果不好。一般我们会善加保存PCB及零件引脚免于氧化，然后使用清洁效果差一点的免洗助焊剂。当发显有轻微拒焊的PCB或是零件食才特别考虑採用清洁效果较好的助焊剂，但焊接后就必须考虑是否水洗或如何清洁的问题，否则就可能影响到PCB的信赖性。

题外话，如果有人想证明酸剂是否真的能有效清除金属氧化、提高润湿能力，可以使用一般家庭用的”浴厕清洁剂”来涂抹在一些想焊接但已经氧化焊接不上的金属表面后应该就可以焊接了，但是焊接后可别说我没有提醒你，沾附到”浴厕清洁剂”的金属，摆个几天，很容易就会出现腐蚀的现象

2. 树脂松香：40~50%

松香是助焊剂中佔比最多的成分，而助焊剂添加松香的最主要目的是松香具有一定的黏性，而且具有疏水性，能在金属表面形成一层薄膜，有效隔绝氧气和水气的渗透。这样就可以在焊接前形成一层物理性保护膜，隔绝锡膏与空气接触，降低锡粉表面氧化的风险。

松香可以分成天然树脂(Rosin)或是人工合成的松香(Resin)，通常有铅锡膏使用Rosin，而无铅锡膏採用Resin，也经常出现两者混用的情形，而Resin则有渐渐完全取代Rosin的趋势。松香的化学分子结构中包含了羧基（-COOH），所以具有弱酸性，可以起到一定清洁金属表面的作用，提高润湿的能力。

另外，在高温焊接后，松香中的树脂酸可能有部分挥发掉或与其他物质发生化学反应，但不会完全分解，因此会残留在焊点表面，形成一层透明或半透明的薄膜。这层薄膜在正常干燥的情况下会形成高阻抗的绝缘体，如果刚好沾附在一些接触点上，可能就会影响电子讯号传递的效能，甚至造成接触不良；而如果长期处在潮湿又有电位差的环境中，这层薄膜又会吸附水气而变得黏稠，其微酸性又正好带有氢离子，这就给了漏电流及电化学迁移提供了绝佳环境。

3. 溶剂(solvent)：30%

在助焊剂中添加溶剂的最主要目的是用来溶解和并混合助焊剂中的不同化学物质（如松香、活性剂等），让助焊剂可以更均匀的涂佈于锡粉之中，提昇助焊剂的效果，它也让助焊剂更易于受到人们的掌握，可以用来控制锡膏的黏度及流动性。它会在焊接过程中挥发或气化，可以使助焊剂更均匀地覆盖在焊垫与焊点上并快速作用。说得白话一点，溶剂的作用就是用来调和助焊剂与锡粉，并调整锡膏的黏度。因为锡粉为固态，松香为浆态，活性剂虽然为液态，但是占比太少，所以需要更多的液体来使得锡粉与助焊剂可以充分的混合在一起成为膏状。膏状的焊料可以塑型，使印刷后的锡膏不易变形，也可以让焊料轻易地透过钢板的开孔来印刷，更可以在回焊前起到将电子零件黏在PCB，不至于在PCB传送于不同机台时因为震动而造成移动或掉落。

根据助焊剂的类型（如水洗型和免洗型）以及应用需求，所使用的溶剂种类和比例可能会有所不同。一般来说，水洗助焊剂会使用水溶剂（如醇类、水基溶剂）来携带活性剂，焊接后可以用水或水溶液做清洗。而免洗助焊剂则使用挥发性溶剂（如异丙醇、烷烃类）来携带助焊剂成分，焊接后的助焊剂残留物为固态树脂膜，通常无需再做进一步处理。

由于溶剂大多具有一定的挥发性，所以在密封锡膏罐被打开暴露于空气后，就要开始计时，因为溶剂会渐渐挥发并干涸，一旦锡膏出现过度干涸现象，松香就无法再起到完全包覆锡粉隔绝空气、降低氧化的作用，而且锡膏的印刷也会出现堵住钢板开孔、印刷不完全与印刷后锡膏坍塌的问题。

在回焊过程中，这些溶剂基本上在预热阶段就会开始沸腾并大量蒸发，如果回焊的预热温度升温太快，可能会立即煮沸这些溶剂并造成锡膏喷溅的问题。溶剂本身并不会直接影响到整个锡膏的焊锡性，但是在沸腾的过程中却可以帮助活化剂迅速扩散并提高与氧化物的接触。

4. 增稠剂(rheology modifier)：5%

可以提供触变性（thixotropy）或摇变性，说白一点，就是用来控制锡膏的黏稠度及流变性以真正达到膏状的目的，确保其适合特定的焊接工艺需求，并在使用过程中保持稳定性。可以把增稠剂想像成将太白粉加入羹汤中做勾芡。另外，增稠剂还可以在助焊剂中形成稳定的胶体或悬浮体系，减少助焊剂在储存期间成分分层的现象，确保在使用时配方仍然均匀。

总结一下增稠剂的功能，可以调节助焊剂黏度、提高助焊剂的涂覆性(不至于因过于稀薄而产生不均匀覆盖)、防止助焊剂沉降或分离、改善焊接过程的控制、减少焊接缺陷。

但增稠剂的使用也不是全无缺点，当增稠剂与溶剂的比例调配不当，或是暴露空气中过久挥发，它就可能造成助焊剂结块。另外，增稠剂也会使得助焊剂的残留物清洗困难，可能影响后续的焊接品质。

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