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助焊劑在焊接中的角色：4大核心成分與它們的作用解析

助焊劑其實是將錫膏(solder paste)變成膏狀的最大推手，因為助焊劑內含溶劑可以將錫膏的主要成分錫粉與其他成分混合在一起成為膏狀。顧名思義，助焊劑的主要目的在幫助焊接，所以它必須具備去除金屬氧化物並幫助焊接金屬互相形成良好鍵結的能力。不過助焊劑還必須兼具將原本的固態錫粉變成膏狀的能力，這樣才會被印刷在PCB上並黏住表面貼焊零件(Surface Mount Devices)。另外，還得具有一定保護錫粉降低氧化的能力。

基於以上的要求，組成助焊劑的主要成分就包括了活性劑、樹脂松香、溶劑、增稠劑等，下面我們就來詳細說明這四種成分與作用：

1. 活性劑(activator)：2~5%

活性劑雖然是助焊劑中佔比最少的成分，但卻是助焊劑的核心成分，因為助焊劑對金屬氧化的清潔效果，就是來自活性劑中所包含的酸劑。酸性越強的活性劑，對金屬氧化的清潔效果與潤濕就越好。而酸劑之所以可以去除金屬氧化物，是因為其還原氧化物（氫離子H⁺會搶走氧化物中的氧）的能力，但又會造成金屬腐蝕（氫離子會與金屬離子起反應）。

活性劑的來源則可以大致區分為有機酸及鹵素，含有鹵素（如氟、氯、溴、碘）的活性劑基本上都為強酸，而且價錢便宜，比如鹽酸(HCl)，具有強力清潔金屬表面的能力，但卻有劇毒，且對金屬具有腐蝕性，一般使用含滷酸的助焊劑後必須水洗，否則存放一段時間後極容易造成PCB上的焊點與銅箔腐蝕。

而為了符合現今的環保需求，改用無滷(Halogen Free)錫膏及助焊劑已經成為一種趨勢。而有機酸的強度雖然比不上滷酸，但也是有強弱之分的，無滷助焊劑一般會使用草酸(Oxalic Acid)、琥珀酸(Succinic Acid)、醋酸(Acetic Acid)、羧酸(Carboxylic Acid)等，但是依其濃度多寡又可分水洗與免洗兩種，需要水洗的助焊劑當然是因為酸劑比較濃，可以較有效地去除金屬氧化物並提高焊接潤濕性，卻可能腐蝕PCB的金屬而影響到長期信賴性，所以需要使用純水來做清洗；而免洗助焊劑則使用濃度較低有機酸，有些甚至僅使用松香酸來達到清潔PCB表面氧化物的效果。只能說想魚與熊掌難以兼得，清潔金屬氧化物效果好的助焊劑就容易腐蝕金屬，不會腐蝕金屬的助焊劑，則清潔效果不好。一般我們會善加保存PCB及零件引腳免於氧化，然後使用清潔效果差一點的免洗助焊劑。當發顯有輕微拒焊的PCB或是零件食才特別考慮採用清潔效果較好的助焊劑，但焊接後就必須考慮是否水洗或如何清潔的問題，否則就可能影響到PCB的信賴性。

題外話，如果有人想證明酸劑是否真的能有效清除金屬氧化、提高潤濕能力，可以使用一般家庭用的”浴廁清潔劑”來塗抹在一些想焊接但已經氧化焊接不上的金屬表面後應該就可以焊接了，但是焊接後可別說我沒有提醒你，沾附到”浴廁清潔劑”的金屬，擺個幾天，很容易就會出現腐蝕的現象

2. 樹脂松香：40~50%

松香是助焊劑中佔比最多的成分，而助焊劑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，能在金屬表面形成一層薄膜，有效隔絕氧氣和水氣的滲透。這樣就可以在焊接前形成一層物理性保護膜，隔絕錫膏與空氣接觸，降低錫粉表面氧化的風險。

松香可以分成天然樹脂(Rosin)或是人工合成的松香(Resin)，通常有鉛錫膏使用Rosin，而無鉛錫膏採用Resin，也經常出現兩者混用的情形，而Resin則有漸漸完全取代Rosin的趨勢。松香的化學分子結構中包含了羧基（-COOH），所以具有弱酸性，可以起到一定清潔金屬表面的作用，提高潤濕的能力。

另外，在高溫焊接後，松香中的樹脂酸可能有部分揮發掉或與其他物質發生化學反應，但不會完全分解，因此會殘留在焊點表面，形成一層透明或半透明的薄膜。這層薄膜在正常乾燥的情況下會形成高阻抗的絕緣體，如果剛好沾附在一些接觸點上，可能就會影響電子訊號傳遞的效能，甚至造成接觸不良；而如果長期處在潮濕又有電位差的環境中，這層薄膜又會吸附水氣而變得黏稠，其微酸性又正好帶有氫離子，這就給了漏電流及電化學遷移提供了絕佳環境。

3. 溶劑(solvent)：30%

在助焊劑中添加溶劑的最主要目的是用來溶解和並混合助焊劑中的不同化學物質（如松香、活性劑等），讓助焊劑可以更均勻的塗佈於錫粉之中，提昇助焊劑的效果，它也讓助焊劑更易於受到人們的掌握，可以用來控制錫膏的黏度及流動性。它會在焊接過程中揮發或氣化，可以使助焊劑更均勻地覆蓋在焊墊與焊點上並快速作用。說得白話一點，溶劑的作用就是用來調和助焊劑與錫粉，並調整錫膏的黏度。因為錫粉為固態，松香為漿態，活性劑雖然為液態，但是占比太少，所以需要更多的液體來使得錫粉與助焊劑可以充分的混合在一起成為膏狀。膏狀的焊料可以塑型，使印刷後的錫膏不易變形，也可以讓焊料輕易地透過鋼板的開孔來印刷，更可以在回焊前起到將電子零件黏在PCB，不至於在PCB傳送於不同機台時因為震動而造成移動或掉落。

根據助焊劑的類型（如水洗型和免洗型）以及應用需求，所使用的溶劑種類和比例可能會有所不同。一般來說，水洗助焊劑會使用水溶劑（如醇類、水基溶劑）來攜帶活性劑，焊接後可以用水或水溶液做清洗。而免洗助焊劑則使用揮發性溶劑（如異丙醇、烷烴類）來攜帶助焊劑成分，焊接後的助焊劑殘留物為固態樹脂膜，通常無需再做進一步處理。

由於溶劑大多具有一定的揮發性，所以在密封錫膏罐被打開暴露於空氣後，就要開始計時，因為溶劑會漸漸揮發並乾涸，一旦錫膏出現過度乾涸現象，松香就無法再起到完全包覆錫粉隔絕空氣、降低氧化的作用，而且錫膏的印刷也會出現堵住鋼板開孔、印刷不完全與印刷後錫膏坍塌的問題。

在回焊過程中，這些溶劑基本上在預熱階段就會開始沸騰並大量蒸發，如果回焊的預熱溫度升溫太快，可能會立即煮沸這些溶劑並造成錫膏噴濺的問題。溶劑本身並不會直接影響到整個錫膏的焊錫性，但是在沸騰的過程中卻可以幫助活化劑迅速擴散並提高與氧化物的接觸。

4. 增稠劑(rheology modifier)：5%

可以提供觸變性（thixotropy）或搖變性，說白一點，就是用來控制錫膏的黏稠度及流變性以真正達到膏狀的目的，確保其適合特定的焊接工藝需求，並在使用過程中保持穩定性。可以把增稠劑想像成將太白粉加入羹湯中做勾芡。另外，增稠劑還可以在助焊劑中形成穩定的膠體或懸浮體系，減少助焊劑在儲存期間成分分層的現象，確保在使用時配方仍然均勻。

總結一下增稠劑的功能，可以調節助焊劑黏度、提高助焊劑的塗覆性(不至於因過於稀薄而產生不均勻覆蓋)、防止助焊劑沉降或分離、改善焊接過程的控制、減少焊接缺陷。

但增稠劑的使用也不是全無缺點，當增稠劑與溶劑的比例調配不當，或是暴露空氣中過久揮發，它就可能造成助焊劑結塊。另外，增稠劑也會使得助焊劑的殘留物清洗困難，可能影響後續的焊接品質。

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