[发明专利]焊料膏组成物及包含其的焊接方法

说明书

本发明提供一种焊料膏组成物，其包含：100重量份的金属粉末，及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含溶剂、触变剂和沸点小于该金属粉末的熔点的有机酸。本发明另提供一种焊接方法，其于一基板及一待焊接物之间提供所述焊料膏组成物，以形成一复合结构；将该复合结构放置于通有一酸性气体的一腔体中；以及熔融该焊料膏组成物的金属粉末，以焊接该基板及该待焊接物。本发明的焊料膏组成物主要借由低沸点的有机酸破坏金属粉末表面的金属氧化物膜，避免残留的酸性物质持续腐蚀焊点，降低焊点的空孔率，提升焊点的焊接强度。

技术领域

本发明有关一种焊料膏组成物，尤指一种应用于印刷电路板工艺的焊料膏组成物以及利用其的焊接方法。

背景技术

近年来，为了满足消费者对电子装置的「轻、薄、小、高功能」等要求，包含在电子装置中的印刷电路板(printed circuit board，PCB)也随之轻薄化。因此，如何提升焊料膏与印刷电路板上的电子元件之间的结合强度使两者的接触部位缩小，而让电子元件的微间距化得以实现也随之成为研究发展的重点之一。

理论上，若欲将两金属焊接在一起，只要使其中一金属达熔点以上形成液态状即可润湿另一金属的表面，两金属再借由彼此之间的金属键而形成一连续的结合层；然而，因空气中含有氧气，大部分金属会与氧气形成一层金属氧化物膜，导致两金属的界面仅能以很弱的凡得瓦力(Van der Waals force)键结而无法形成强金属键，造成虚焊现象。

为了去除金属氧化物膜，一般而言，焊料膏的成分须包含松香(rosin)及含有四级卤化胺盐的活性剂。松香成分含有松香酸，在低温时腐蚀性不大，但在高温时腐蚀性则会提高；此外，松香酸的羧基(carboxyl group，-COOH)会与四级卤化胺盐产生高腐蚀性的卤化氢，例如氯化氢或溴化氢，因此能容易地侵蚀金属氧化物膜进而移除之。而所产生的金属卤化盐再跟松香酸反应生成如金属羧酸盐(metal carboxylate)等助焊剂残渣，而让卤化氢得以再生。在移除金属氧化物的过程会伴随水蒸气的产生，若水蒸气被包在焊点内将形成空孔(void)。另外，若由松香和四级卤化胺盐产生的金属羧酸盐或其他残余有机物等助焊剂残渣未排除到焊点外，亦可能会在焊点内形成空孔、增加界面电阻、降低热传导率、腐蚀焊点、降低焊接强度、降低元件信赖度以及元件寿命等。

于现有技术中，已有研究提出降低焊料膏中松香及活性剂的含量甚至不添加前述成分的焊料材料；例如，国际申请案第2015/146999号提出一种披覆的焊料材料，其预先于经清洁的金属粉末的表面上形成一层含碳化物的披覆层，可防止所述金属粉末发生表面氧化，因此焊料膏不添加松香，仍能获得良好的焊接结合性；然而，由于所述焊料材料需进行前处理，使得工艺较复杂、制造成本大幅提升，不利于大规模生产。另外，日本发明专利第6281157号提出一种焊料膏，其仅包含金属粉末、特定的触变剂(thixotropic agent)及溶剂；为了去除金属粉末表面的金属氧化物膜，所述焊料膏被限定需与还原气体搭配使用；然而，由于前述焊料膏不包含活性剂，当应用于大面积芯片的焊接工艺时，金属粉末会因发生在焊点最外围的金属氧化物膜已被还原而开始熔融，但因还原气体不易渗透到焊点中心，因此焊点中心的金属氧化物尚未被还原，最后导致焊点中心的焊接强度较差，降低所得的焊接制品的信赖度；此外，若还原气体发生裂解而产生水蒸气时，在焊点内仍会形成空孔。

发明内容

有鉴于上述焊料膏组成物存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种焊料膏组成物，其能符合制造成本效益，进而更具商业实施的潜力。

本发明的另一目的在于提供一种焊料膏组成物，其能降低焊点的空孔率，同时可去除焊点中心的金属氧化物，进而使焊点具有良好的焊接强度。

为达成前述目的，本发明提供一种焊料膏组成物，其包含：100重量份的金属粉末，以及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含：溶剂、触变剂和有机酸；该有机酸的沸点小于该金属粉末的熔点。