一种无卤无铅焊锡膏及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及焊锡膏技术领域，特别涉及用于电子设备焊接的无卤无铅焊锡膏及其制备方法。
背景技术
近年来，环境污染问题已经引起各国人民的高度关注，对于身边使用的产品不仅要求其要有高度的安全性及零污染性，同时还要要求其具有较高的可靠性。传统的焊锡膏工艺中，卤化物是锡膏组成材料中的活性成分，它上具有表面净化的作用，不但在焊接时保护焊锡不被氧化，同时还能除去金属表面的氧化膜。但是，焊后残留的卤化物会发生电子迁移而引起绝缘阻抗降低，甚至会腐蚀基板，从而导致产品的可靠性下降，因此无卤化是继无铅化制程中又一大技术壁垒。目前，在各种无铅焊锡膏中，Sn/Ag/Cu合金是被业界最为广泛接受的一种焊锡成分，但是其各方面的性能还不理想，如还存在焊锡膏焊接不良，储存、使用寿命过短等缺陷。
【发明内容】
本发明的目的之一在于，为了克服已有技术的缺点与不足，提供一种焊接效果好，储存、使用寿命长的无卤无铅焊锡膏。
本发明的目的之二在于，还提供该焊锡膏的制备方法。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的：
一种无卤无铅焊锡膏，它是由助焊剂和分布于该助焊剂中的锡基合金粉组成，所述的助焊剂由下述重量百分比原料组成：
聚合松香 25％～45％
氢化松香 5％～20％
改性氢化蓖麻油 1％～4％
氢化蓖麻油蜡 1％～4％
活性剂 3％～5％
硬脂酸酰胺 1％～2％
胺类和磷酸酯 2％～4％
其余为有机溶剂。
其中，所述的胺类和磷酸酯的重量比是1∶0.5～2.0。
所述的胺类为三乙醇胺或N，N-二甲基十六胺。
所述的磷酸酯为肌醇六磷酸。
所述的活性剂为戊二酸、丁二酸酐、甲基丁二酸或邻苯二甲酸酐的一种或两种的组合物。
所述的有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚、乙二醇己醚或二缩水甘油醚的一种或两种的组合物。
所述的锡基合金粉为Sn/Ag/Cu合金。
所述的助焊剂与锡基合金粉的重量比为11～12∶88～89。
上述的无卤无铅焊锡膏的制备方法，制备步骤如下：
A、将上述量的胺类和磷酸酯混合搅拌3～8分钟至反应完全，制得混合物I，常温冷却待用；
B、将上述量的聚合松香、氢化松香和有机溶剂混合，于100℃～180℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油和氢化蓖麻油蜡，完全溶解之后再加入3～5％活性剂，制得混合物II；
C、将步骤B中制得的混合物II进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入上述量的硬脂酸酰胺和混合物I，继续冷却，得到助焊剂；
D、将助焊剂与锡基合金粉按重量12～11∶88～89的比例混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
所述的Sn/Ag/Cu合金包括了Sn/Ag3/Cu0.5和Sn/Ag0.3/Cu0.7两种。
本发明由助焊剂和分布于该助焊剂中的锡基合金粉组成，其中助焊剂由聚合松香、氢化松香、改性氢化蓖麻油、氢化蓖麻油蜡、活性剂、硬脂酸酰胺、添加剂和有机溶剂组成，由于本发明的焊锡膏中加入了胺类和磷酸酯组合物，不仅其钎焊性比没有加的要好很多，而且加了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏几乎没有锡珠，尤其是其在常温下可以长时间存放而继续保持良好的状态。本发明中硬脂酸酰胺为一种表面活性剂，加入硬脂酸酰胺可以有效改善焊锡膏的润湿性，提高焊锡膏的可焊性。
本发明的技术与已有技术相比具有以下优点及效果：
1、环保、不含卤素、对环境友好；
2、钎焊性好、润湿性强、光亮度高、表面活性好、膏体细腻油光；
3、储存寿命长。
本发明的焊锡膏性能优良，满足各项技术要求，有效解决无卤焊锡膏焊接不良，储存、使用寿命不长等缺陷。
【具体实施方式】
实施例1
助焊剂原料：聚合松香25g，氢化松香20g，改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g、甲基丁二酸4g、硬脂酸酰胺1g，三乙醇胺1.3g、肌醇六磷酸0.7g组合物和松油醇42g。
制备方法：先将1.3g三乙醇胺和0.7g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香25g，氢化松香20g和松油醇42g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g，完全溶解之后再加入甲基丁二酸4g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时再加入硬脂酸酰胺1g和三乙醇胺1.3g与肌醇六磷酸0.7g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂，将助焊剂12g与Sn/Ag3/Cu0.5焊锡合金粉88g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例2
助焊剂原料：聚合松香30g，氢化松香20g，改性氢化蓖麻油3g，氢化蓖麻油蜡3g、丁二酸酐3g、甲基丁二酸2g、硬脂酸酰胺1g，N，N-二甲基十六胺1.9g、肌醇六磷酸1.1g、二乙二醇单丁醚20g和乙二醇己醚15g。
制备方法：先将1.9g N，N-二甲基十六胺和1.1g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香30g，氢化松香20g和二乙二醇单丁醚20g、乙二醇己醚15g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油3g，氢化蓖麻油蜡3g、完全溶解之后再加入丁二酸酐3g、甲基丁二酸2g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g和N，N-二甲基十六胺1.9g与肌醇六磷酸1.1g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂，将助焊剂11g与Sn/Ag0.3/Cu0.7焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例3
助焊剂原料：聚合松香40g，氢化松香10g，改性氢化蓖麻油1g，氢化蓖麻油蜡4g、丁二酸酐4g、硬脂酸酰胺2g，三乙醇胺2.2g、肌醇六磷酸1.8g和二乙二醇单丁醚35g。
制备方法：先将2.2g三乙醇胺和1.8g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香40g，氢化松香10g和二乙二醇单丁醚35g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油1g，氢化蓖麻油蜡4g、完全溶解之后再加入丁二酸酐4g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺2g和三乙醇胺2.2g与肌醇六磷酸1.8g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂11g与Sn/Ag3/Cu0.5焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例4
助焊剂原料：聚合松香45g，氢化松香5g，改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g、丁二酸酐2g、甲基丁二酸3g、硬脂酸酰胺1g，N，N-二甲基十六胺2.4g、肌醇六磷酸1.2g、二乙二醇单丁醚15.4g和乙二醇己醚20g。100g
制备方法：先将2.4g N，N-二甲基十六胺和1.2g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香45g，氢化松香5g和二乙二醇单丁醚15.4g、乙二醇己醚20g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g、完全溶解之后再加入丁二酸酐2g、甲基丁二酸3g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g和N，N-二甲基十六2.4g与肌醇六磷酸1.2g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂11g与Sn/Ag/0.3/Cu0.7焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明地焊锡膏。
实施例5
助焊剂原料：聚合松香25g，氢化松香20g、改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g、邻苯二甲酸酐1g、戊二酸4g、硬脂酸酰胺2g，三乙醇胺1.2g、肌醇六磷酸1.8g和松油醇40g。
制备方法：先将1.2g三乙醇胺和1.8g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香25g、氢化松香20g和松油醇40g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g，完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐1g、戊二酸4g、以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺2g和三乙醇胺1.2g与肌醇六磷酸1.8g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂10g与Sn/Ag0.3/Cu0.7焊锡合金粉90g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例6
助焊剂原料：聚合松香35g，氢化松香15g，改性氢化蓖麻油2g，氢化蓖麻油蜡3g、邻苯二甲酸酐3g、戊二酸2g、硬脂酸酰胺1g，N，N-二甲基十六胺1.3g、肌醇六磷酸2.7g、二乙二醇单丁醚25g和二缩水甘油醚10g。
制备方法：先将1.3g N，N-二甲基十六胺和2.7g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香35g，氢化松香15g和二乙二醇单丁醚25g、二缩水甘油醚10g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油2g，氢化蓖麻油蜡3g，完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐3g、戊二酸2g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g和N，N-二甲基十六胺1.3g与肌醇六磷酸2.7g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊11g与Sn/Ag3/Cu/0.5焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例7
助焊剂原料：聚合松香40g，氢化松香10g，改性氢化蓖麻油3g，氢化蓖麻油蜡3g、邻苯二甲酸酐5g、硬脂酸酰胺1g，三乙醇胺1g、肌醇六磷酸1g和二乙二醇单丁醚36g。
制备方法：先将1g三乙醇胺和1g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香40g，氢化松香10g和二乙二醇单丁醚36g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油3g，氢化蓖麻油蜡3g，完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐5g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g和三乙醇1g与肌醇六磷酸1g组合物，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂11g与Sn/Ag0.3/Cu/0.7焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例8
助焊剂原料：聚合松香45g，氢化松香5g，改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g、邻苯二甲酸酐2g、戊二酸3g、硬脂酸酰胺1g，N，N-二甲基十六胺1g、肌醇六磷酸2g、松油醇25g和二缩水甘油醚10g。
制备方法：先将1g N，N-二甲基十六胺和2g肌醇六磷酸混合搅拌5分钟至反应完全，常温冷却待用。将聚合松香45g，氢化松香5g和松油醇25g，二缩水甘油醚10g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g，完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐2g、戊二酸3g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g和N，N-二甲基十六胺2g与肌醇六磷酸2g组合物，继续冷却到室温，得到焊剂。将助焊剂11g与Sn/Ag3/Cu/0.5焊锡合金粉89g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
对比例1
助焊剂原料：聚合松香25g，氢化松香20g、改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g、邻苯二甲酸酐2g、戊二酸4g、硬脂酸酰胺2g、松油醇42g。
制备方法：将聚合松香25g、氢化松香20和松油醇42g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡1g、完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐1g、戊二酸4g、以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺2g，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂90g与Sn/Ag3/Cu0.5焊锡合金粉10g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
对比例2
助焊剂原料：聚合松香45g，氢化松香5g，改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g、邻苯二甲酸酐3g、戊二酸3g、硬脂酸酰胺1g、松油醇27g和二缩水甘油醚10g。
制备方法：将聚合松香45g、氢化松香5g和松油醇27g、二缩水甘油醚10g混合一起在150℃的温度下溶解，然后加入改性氢化蓖麻油4g，氢化蓖麻油蜡2g、完全溶解之后再加入邻苯二甲酸酐3g、戊二酸3g，以上物料完全溶解之后进行冷却，冷却到80±10℃的时候再加入硬脂酸酰胺1g，继续冷却到室温，得到助焊剂。将助焊剂89g与Sn/Ag0.3/Cu0.7焊锡合金粉11g混合真空搅拌均匀，即得到本发明的焊锡膏。
实施例与对比例产品测试结果，见表1。
表1实施例与对比例产品测试结果
从表1的结果可以看出，加入了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏的钎焊性比没有加的要好很多；加了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏几乎没有锡珠，没有加的焊锡膏在焊接时存在大量的锡珠；加入了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏，其在常温下可以长时间存放而继续保持良好的状态，没有加的焊锡膏，在放置了较短的一段时间之后，已经变硬，甚至有不均匀的颗粒状固体析出，已经不能够使用了；另外加了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏的使用寿命也较没有加组合物的焊锡膏的好很多，以生产出来一周的焊锡膏做对比，加了胺类和磷酸酯组合物的焊锡膏可以顺利的使用完全而没有问题，没有加的焊锡膏在使用过程中就会出现发干发沙的状态以致不能继续使用。
本发明的焊锡膏性能稳定、点涂均匀、焊接性能优良，可以用于SMT和针筒式作业；该焊锡膏同时也符合焊接试用要求，各项性能优良、环保无卤、也可广泛应用于电子焊接领域的电子组装、封装。