[发明专利]助焊剂组合物和焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种助焊剂(flux)组合物，包括作为起始成分的：羧酸和式I所示的助焊剂，其中R¹，R²，R³和R⁴独立地选自氢、取代的C_1-80烷基、未取代的C_1-80烷基、取代的C^7-80芳烷基和未取代的C^7-80芳烷基；并且R¹，R²，R³和R⁴中的0到3个为氢。本发明还涉及一种焊接电接触点(contact)的方法。

背景技术

焊接工艺包括从手动的手工焊接方法到自动焊接方法。在手动和自动焊接工艺中，使用助焊剂材料是众所周知的。事实上，单独使用焊料(solder)通常不会产生满意的电互连(interconnection)。助焊剂材料在焊接工艺中起到多种作用。例如，助焊剂材料可促进移除在金属触点上可能已经形成的任何氧化物(例如，焊接区、触板，触针，铜镀通孔)；并增强焊料对金属触点的润湿。

在焊接过程中，已经采用多种方法来将助焊剂施加到金属触点的表面。在一些方法中，使用含有焊料的助焊剂材料。例如，该组合材料以环绕助焊剂材料核的形式提供。当焊料加热融化时，核中的助焊剂材料被活化，将熔融的焊料互连的表面焊接。焊锡膏也是已知的，其中助焊剂材料和焊料粉末混合，以在膏中形成基本均匀的稳定的焊料颗粒悬浮液。

自动焊接方法的一种重要的商业应用是制备半导体器件。换言之，在半导体器件自动化生产中通常采用回流(reflow)焊接工艺，其中半导体芯片被装配到印刷电路板(PCB)上。在一些该自动生产方法中，采用例如丝网印刷或模版印刷将焊锡膏施加到印刷电路板上。然后，将半导体芯片与PCB接触，加热焊锡膏(solder paste)以将膏中的焊料回流，在半导体芯片和PCB之间形成电互联。加热可以通过例如将焊锡膏暴露在红外光中或通过在烘箱中加热来进行。在一些应用中，半导体芯片/PCB组件进一步采用底部填充材料(under fill material)处理，充分填充半导体芯片与PCB间的空隙区，将互连点包封。

考虑到需要大规模生产含有更加复杂性和微型化电路的电子器件，快速自动焊接工艺已经出现，例如取浸工艺(pick and dip process)配合的那些。在该工艺中，通过将半导体芯片的电触点部分浸入助焊剂浴中，将助焊剂应用于半导体芯片的多个电触点上。然后，将半导体芯片上助焊剂涂覆的电触点与包括相应电触点和焊球的PCB接触。随后可以加热焊球来将半导体芯片与PCB回流互连。换言之，取浸工艺可以与具有电触点的装置元件与预配焊料一起使用。在这些工艺中，采用助焊剂材料浸渍涂覆预配焊料，随后与相应的电触点接触并加热回流，形成电互联。很多电子元件适合该最近的工艺类型，在元件板上制造大量焊点以促进该元件与其他电子元件(例如PCB)的互连。

大多数情况下，使用可商购的助焊剂会在焊接区域留下离子残留，其将不期望地导致电路的腐蚀和短路。因此，在形成焊接互连之后，需要额外的工艺步骤来除去该残留。对于半导体装置制造工艺，在半导体芯片与PCB之间形成的焊接导致在半导体芯片与PCB间相对小的间隙(例如＜4mils)。因此，很难除去(即：清除)焊接工艺后在焊接区域留下的离子残留。即使在焊接区域容易接近(因此，有利于清除操作)的工艺中，清除操作也会产生环境问题，包括处理在清除操作中产生的废弃物。

一些具有低固含量的低残留、无需清洁的助焊剂是可商购的。在Duchesne等的美国专利申请号20100175790中公开了一种助焊剂组合物，其声称在焊接电子元件时能够基本上最小化或基本消除焊料残留。Duchesne等公开了一种包括助焊剂的组合物材料，其中所述助焊剂主要由(a)助焊试剂和(b)溶剂组合构成，其中所述助焊试剂：(1)包括酮酸(keto acid)；或(2)包括酯酸(ester acid)；或(3)包括所述酮酸与所述酯酸的混合物；且其中所述溶剂包括粘性溶剂与非粘性溶剂的混合物，粘性溶剂选自多元醇或其混合物，非粘性溶剂选自一元醇或其混合物。

尽管如此，仍然需要非固化的、能够牢固焊接并可定制成与常规的环氧基底部填充材料相容的助焊剂组合物。

发明内容

本发明提供一种助焊剂组合物，包括作为起始组分的：羧酸；和式I所示的助焊试剂：