CN102039497A - 无铅助焊膏 - Google Patents
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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
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。
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