CN102039497A - 无铅助焊膏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微电子封装互连的助焊膏，采用下列材料按重量百分比混合而成：25-35％的有机酸，10-18％的有机胺，15-25％的松香，12-20％的溶剂，6-15的触变剂及余量的添加物；适合于各种无铅合金，如SnAgCu，SnCu，SnBi等。本发明通过对大量有机酸和有机胺的优选，进行复配处理，提高整个材料体系的活性，同时加入一定的催化剂，能在不同温度条件下对体系的不同活性物质进行激发，比较精确的控制活性的大小及其释放过程，显著提高焊点的可靠性。另外，本发明开发一种有机金属螯合体系，使材料体系在未使用时呈现一种化学稳定性，延长产品的使用寿命。本发明还添加一定的有机盐和触变剂体系，使整个材料体系的润湿性大副增加，并具有良好的印刷性能。

Description

无铅助焊膏

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种微电子表面封装互连材料。

背景技术

环保电子材料已经深入人心，欧盟的RoHS指令已实施2年多，国内的电子材料无铅化也正趋于完善。

但是现在的无铅化制程过程中还是存在许多问题，一方面，无铅化制程过程虚焊、假焊等现象出现的频率相对于有铅封装，要高许多，因此而导致的次品率增加令电子生产厂家十分头痛。另一方面，现在许多集成电路难以无铅化，欧盟的RoHS不得不进行豁免，如电信通信设备、网络电子产品等

众所周知，无铅合金与有铅合金在封装互连工艺中，性能有很大不同，但急需解决或者突破的，在于助焊膏活性、润湿性、印刷性三个方面。

无铅合金要求比有铅合金更高的活性。在保存和使用两个不同阶段，对于活性的释放有不同的要求，在5-10℃条件下保存时，活性释放很少，而在回流过程中，要求活性完全释放。从已有的活性物质特性来看，许多高活性物质在常温的活性稳定性较差，它们在保存温度或者常温条件下就会慢慢释放活性，如果活性在产品保存过程中释放过多，会导致锡膏硬化，甚至结块，影响印刷性，以至无法使用。而在回流过程中，其活性较差，达不到回流要求，产生虚焊、假焊等现象。

无铅合金在润湿性方面，要比有铅合金差，影响无铅合金在电路板上面的连接表面积大小及其深度，进而影响封装互连的强度，若润湿性过差，会产生桥连、立碑和假焊等现象。

随着快速贴片设备的发展，SMT生产线的速度有了极大的提高，模板印刷工经常成为生产工艺的瓶颈处。这导致SMT工程师要求封装连接材料能够实现10.16-20.32cm/s以上的印刷速度，而在印刷质量中没有任何的实质退化。

这就要求施配的无铅焊膏在活性、润湿性和印刷性方面有所突破，才能满足电子表面封装和表面贴装的要求。

因此，本发明总体思路是，利用液态的高分子和化学材料，在回流温度条件下，与金属的表面形成接触第三相，降低封装温度下两种金属液相表面直接接触的润湿角，从而提高两种材料液相接触基面大小及其封装连接强度，提高封装互连的工艺性和可靠性。同时开发相应活性激发混合体，较精确控制活性有效释放，提高封装连接的可靠性和电气绝缘性能。开发一种有机金属螯合体系，使材料体系在未使用时呈现一种化学稳定性，延长产品的使用寿命。开发一种触变性流变剂，进行复配处理，使得整个化学体系在于外加剪切力作用下，具有良好的流变性，提高印刷速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良的环保型助焊膏，其活性控制比较精确，润湿性和印刷性优良，并具有较高的焊后表面绝缘阻抗。

为了达到上述目的，采用以下技术方案：

提供一种用于微电子封装互连的助焊膏，采用下列材料按重量百分比混合而成：25-35％的有机酸，10-18％的有机胺，15-25％的松香，12-20％的溶剂，6-15的触变剂，及余量的添加物。

在本发明中，优选25-35％的有机酸，包括正戊酸、正己酸、正辛酸、癸酸、羟基丁二酸、十二酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、十八烯酸、十八酸、十八碳三烯酸、己二酸、膦羧酸、γ-亚麻酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸、乙醇酸、氟硼酸、苯甲酸、对叔丁基苯甲酸、脂肪族二元羧酸和芳香族羧酸的混合物

优选10-18％的有机胺，包括三乙胺、环己胺、邻甲苯胺、三异辛胺、无水哌嗪、乙氧基乙胺、二乙烯三胺、柠檬酸氢二胺、琥珀酸乙二胺、异癸二酸铵、膦磷酸酯酰胺的一种或多种的混合物

优选6-15％的触变剂，包括聚乙烯蜡、土耳其红油、改性蓖麻油、以及酰胺的混合物，如二甲基甲酰胺(DMF)、D40、YJYZ酰胺、DS酰胺、DG酰胺。

另外，本发明添加15-25％的松香，包括聚合松香、高加水白松香、全氢化松香、松香甘油酯、松香甘油醚。

添加12-20％的助溶剂，包括新戊二醇、四氢糠醇、乙基卡比醇，丁基卡比醇、丁基溶纤维、乙二醇苯醚、二乙二醇单己醚、二甘醇单己醚乙酸酯，

本发明还添加余量的其它物质，包括二乙胺盐酸盐、双硬脂酸酰胺、苯并三氮唑、苯并噻唑、苯并咪唑、琉基苯并噻唑、甲苯并咪唑、2，6-二叔丁基对甲苯酚。

通过对大量有机酸和有机胺的研究，对于其分子结构，活性基团和特性进行优选，并进行复配处理，初步确定活性体系。然后，根据活性物质特性，开发一种催化剂体系，使得催化剂体系能在不同回流温度，对活性体系活性物质逐一激发，使得活性呈现一种梯度释放过程，同时使得活性物质活性释放完全，比较精确的控制活性体系活性大小及其有效性。

在微电子封装连接领域，无铅合金是以粉状的固体与化学助剂体系进行混合的，粉体平均直径在30-50um，在这种尺寸进行螯合，其目的是有机物在微米尺度的粉体表面形成一层螯合体，产生一种温度模量下的稳定体，从而保护粉体不被氧化，不与化学助剂体系的其它物质发生反应，提高封装连接材料的使用前的稳定性，延长使用寿命。我们研究了几种具有良好螯合性能的有机酸和有机胺，然后进行复配处理，以得到一种具有良好螯合性能的复配物。

在本发明中，我们开发特种高分子单体触变凝胶与有机化学体结合的复合体系，使得焊锡膏在未被使用时，具有一定的粘稠度，以形成稳定的混合体；在印刷过程中，产品的高触变性能使得粘度大幅度降低，从而达到良好的滚动，并顺利地通过模板狭缝使焊锡膏印制在基板上，保证印刷的速度和质量；在印刷后，具有良好的抗流变性，以防止坍塌和产生桥连。

在本发明中，为了在润湿性方面有所突破。我们研究锡银铜粉体表面特性，液相表面特性，并利用分子动力学方法，模拟熔体短程有序结构和中程有序结构的微观结构演化规律，及其结构遗传性，利用结构测试、物性研究、模拟计算相结合的方法，揭示了合金组织变质的熔体原子结构本质，以及固液转化表面特征。以此为基础，我们开发出了一组高分子量的有机盐。

在本发明中，我们优选25-35％的有机酸，包括正戊酸、正己酸、正辛酸、癸酸、羟基丁二酸、十二酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、十八烯酸、十八酸、十八碳三烯酸、己二酸、膦羧酸、γ-亚麻酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸、乙醇酸、氟硼酸、苯甲酸、对叔丁基苯甲酸、脂肪族二元羧酸和芳香族羧酸的混合物

优选10-18％的有机胺，包括三乙胺、环己胺、邻甲苯胺、三异辛胺、无水哌嗪、乙氧基乙胺、二乙烯三胺、柠檬酸氢二胺、琥珀酸乙二胺、异癸二酸铵、膦磷酸酯酰胺的一种或多种的混合物

优选6-15％的触变剂，包括聚乙烯蜡、土耳其红油、改性蓖麻油、以及酰胺的混合物，如二甲基甲酰胺(DMF)、D40、YJYZ酰胺、DS酰胺、DG酰胺。

另外，本发明添加15-25％的松香，包括聚合松香、高加水白松香、全氢化松香、松香甘油酯、松香甘油醚。

添加12-20％的助溶剂，包括新戊二醇、四氢糠醇、乙基卡比醇，丁基卡比醇、丁基溶纤维、乙二醇苯醚、二乙二醇单己醚、二甘醇单己醚乙酸酯，

本发明还添加余量的其它物质，包括二乙胺盐酸盐、双硬脂酸酰胺、苯并三氮唑、苯并噻唑、苯并咪唑、琉基苯并噻唑、甲苯并咪唑、2，6-二叔丁基对甲苯酚。

具体实施方式

实施例1

这是适用于具有较低熔点无铅合金的助焊膏，尤其是SnBi合金，助焊膏中各种原料的质量百分比为：

制备方法：在干净的搅拌器中加入少许溶剂，然后加入有机酸和有机胺，缓慢加热，进行搅拌，待完全溶解，然后加入松香，充分搅拌，室温冷却，冷却过程中加入余量的溶剂和其它物质，搅拌直至充分溶解。冷却后进行包装密封入库，或者直接与无铅合金混合制备焊锡膏。

以上助焊膏与SnBi无铅合金混合比例，控制在1-1.5∶4范围内，具有良好的使用寿命、工艺性及其可靠性。

实施例2

本例适用于具有较高熔点无铅合金的助焊膏，包括SnAgCu和SnCu合金，助焊膏中各种原料的质量百分比为：

制备方法与例1类似。

以上助焊膏与SnAgCu和SnCu无铅合金混合比例控制在1.2-1.6∶4范围内，具有良好较长的使用寿命，良好的工艺性及其可靠性。

实施例3

本例适用于具有较高熔点SnAgCu无铅合金的助焊膏，尤其适用于对于活性和润湿性要求高的条件，助焊膏中各种原料的质量百分比为：

制备方法与例1类似。

以上助焊膏与SnAgCu无铅合金混合比例控制在1.2-1.6∶4范围内，具有优良的活性、润湿性及稳定性，并具有良好的印刷性和可靠性。

Claims (8)

1.一种用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于：采用下列材料按重量百分比混合而成：25-35％的有机酸，10-18％的有机胺，15-25％的松香，12-20％的溶剂，6-15的触变剂及余量的添加物。

2.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述有机酸是下列材料中的一种或多种的混合物：正戊酸、正己酸、正辛酸、癸酸、十二酸、十八烯酸、十八酸、十八碳三烯酸、己二酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸、乙醇酸、氟硼酸、苯甲酸、羟基丁二酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、膦羧酸、γ-亚麻酸、对叔丁基苯甲酸、异癸二酸铵、脂肪族二元羧酸、芳香族羧酸。

3.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述有机胺是下列材料中的一种或多种的混合物：三乙胺、环己胺、邻甲苯胺、三异辛胺、无水哌嗪、乙氧基乙胺、二乙烯三胺、柠檬酸氢二胺、琥珀酸乙二胺、膦磷酸酯酰胺的一种或多种的混合物。

4.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述溶剂是下列材料中的一种或多种的混合物：新戊二醇、四氢糠醇、乙二醇苯醚、乙基卡比醇，丁基卡比醇、丁基溶纤维、二乙二醇单己醚、二甘醇单己醚乙酸酯。

5.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述松香是下列材料中的一种或多种的混合物：包括聚合松香、高加水白松香、全氢化松香、松香甘油酯。

6.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述触变剂是下列材料中的一种或多种的混合物：聚乙烯蜡、土耳其红油、改性蓖麻油、酰胺。

7.如权利要求5所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述酰胺化合物是下列材料中的一种或多种的混合物：二甲基甲酰胺(DMF)、D40、YJYZ酰胺、DS酰胺、DG酰胺。

8.如权利要求1所述的用于微电子封装互连的助焊膏，其特征在于，所述添加物是下列材料中的一种或多种的混合物：二乙胺盐酸盐、双硬脂酸酰胺、苯并三氮唑、苯并噻唑、苯并咪唑、琉基苯并噻唑、甲苯并咪唑、2，6-二叔丁基对甲苯酚。