CN102554512A - 一种可固化助焊剂组合物和焊接方法 - Google Patents

一种可固化助焊剂组合物和焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种可固化助焊剂组合物和焊接方法。本发明提供一种可固化助焊剂组合物，包括，作为起始成分的：每分子具有至少两个环氧基团的树脂成分；式I代表的可固化助焊剂：其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基；以及R1，R2，R3和R4的0到3个是氢；以及，可选择地，固化剂。本发明也提供一种使用可固化助焊剂组合物焊接电接触点的方法。

Description

一种可固化助焊剂组合物和焊接方法
技术领域
本发明涉及一种可固化助焊剂(flux)组合物，包括作为起始成分的：每分子具有至少两个环氧乙烷(oxirane)基团的树脂成分；式I代表的助焊剂，其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基；以及R1，R2，R3和R4的0到3个是氢；以及，可选择地，固化剂。本发明还涉及一种使用可固化助焊剂组合物焊接电接触点(contact)的方法。
发明背景
助焊剂是用于制造电气装置的一种重要的工具，包括装配电子元件(例如半导体芯片)到基材上(例如印制电路板、印制电路卡、有机基材、硅转接板、其它半导体芯片)。
这种倒装芯片法是用于装配电子元件到基材上的一种越来越重要的方法。在用于装配半导体芯片到基材上的倒装芯片法的一个实例中，在位于该半导体芯片(例如触板、触针)上的接触点上提供焊料(例如作为焊球)。或者，在位于基材(例如触板、镀铜通孔)上的相应接触点上提供焊料。将助焊剂应用于焊料以清除可能存在于焊料的表面上或者存在于半导体芯片或基材的触点表面上的氧化物层。在回流期间可固化助焊剂也起到通过焊料提供增加的触点润湿性(wetting)的作用。然后使半导体芯片上的焊料或者触点与基材上的相应的触点或者焊料物理接触。然后将半导体芯片和/或基材上的焊料加热至回流。冷却后，在半导体芯片和基材之间形成互连。通常，这些互连随后被包封(例如用环氧树脂)以提高半导体芯片/基材组件的可靠性。即，包封用树脂有助于减小可能由半导体芯片和基材的热膨胀系数不同额外产生的应变(strain)。
实际选择用于上述方法的助焊剂非常重要。使用很多常规的助焊剂，导致形成不希望的离子残渣，其可能降低产品设备的可靠性。因此，这种不希望的离子残渣必须从设备清除。然而，在形成焊接互连后半导体芯片和基材(例如印制电路板)之间的距离非常小的事实妨碍了清洁这种设备。这使得清除在焊接过程中形成的任何不希望的离子残渣的方法相当复杂。
通常，可固化有机材料(通常包含有机或者无机填料)用来填充半导体芯片和基材之间的缝隙，和用来加强电互连半导体芯片和基材之间的焊接接头。这些底部填料(underfill)物质依赖于毛细管作用填充该缝隙。
半导体芯片和基材之间的缝隙必须完全填充，以给产品电器元件提供最大可靠性。但是，当可固化的有机材料应用于半导体芯片和基材之间的缝隙周围时，可能会在缝隙中心区留下空隙。随着电器元件的尺寸缩小(即，缝隙的高度变小)，毛细管作用的限制作用引起非填充中心区扩大。
为了解决这个问题，一些人在基材中相应地接近缝隙区域的中心提供孔。底部填充材料然后通过该孔供应给缝隙和周围。然而，这种方法要求设备设计成提供一个无电路区域，以便于定位中心孔。
对于底部填充的另一方法已经开始被称为“无流动(no flow)”方法，其中在焊接之前，底部填充材料预先应用到半导体芯片和/或基材上。这种材料随后在焊接时占据半导体芯片和基材之间的缝隙，以形成互连的组件并固化(通常通过加热)。
在这种无流动方法中，已知使用这样一种底部填充材料，它能提供助焊和包封功能。这种材料减少半导体芯片封装到基材上所需要的步骤的数量。即，这些材料将助焊和底部填充步骤合二为一，并且不需要清洁步骤。
一种这样的无流动底部填充材料由Pennls1等公开在美国专利No.5,128,746中。Pennls1等公开了一种具有用于回流焊接电器元件和基材的助焊剂的热可固化粘合剂，包括当加热到焊接温度时从电器元件或者基材清除氧化物层并且至少部分固化的粘合剂，所述粘合剂基本上由热固性树脂，含量足以从所述元件或所述基材上清除所述氧化物层的助焊剂，以及当热可固化粘合剂受热时与热固性树脂反应并使之固化的固化剂组成。
另一种无流动底部填充方法由Chen等公开在美国专利No.7,303,944中。Chen等公开的方法包括：在基材表面上的触板上方施加包括松香化合物的酸酐加成物作为助焊剂的底部填充材料；相对于基材放置具有活性表面的微电子器件，以及设置在活性表面上的多个触板上的多个焊料块(solder bump)，且该多个焊料块设置在无流动底部填充材料中；用助焊剂从焊料块除去金属氧化物；通过加热到高于焊料熔点的温度回流焊料；以及固化底部填充材料。
如著名的很多常规的无流动底部填充材料，建立在环氧化学材料基础上并且依赖于羧酸或者酸酐以提供助焊作用。有机醇类也周期性地用作加速剂，只要它们与酸酐起反应形成羧酸可固化助焊剂，。然而，在焊接和封闭过程中羧酸有挥发倾向。这是不希望的，因为它能在半导体芯片和基材之间的缝隙中产生孔隙，降低产品设备的可靠性。因此，仍然需要有利于在电器元件内制造可靠的焊接和包封互连(即，半导体芯片和印制电路板之间的互连)的可固化助焊剂。
发明内容
本发明提供一种可固化助焊剂组合物，包括作为起始成分的：每分子具有至少两个环氧乙烷基团的树脂成分；式I代表的助焊剂：
其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基；以及R1，R2，R3和R4的0到3个是氢；以及，可选择地，固化剂。
本发明提供一种形成包封的金属(metallurgical)连接的方法，包括：提供本发明的可固化助焊剂组合物；提供多个第一电接触点；提供多个相应的第二电接触点；提供焊料；将可固化助焊剂组合物施加多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点中的至少一种；将多个第一电接触点置于靠近多个相应的第二电接触点处；将焊料加热至其回流温度以上形成熔融焊料，并将熔融焊料暴露于多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点；将来自多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点的可固化助焊剂组合物置于(displace)与熔融焊料接触，并在多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点之间形成多个电互连；以及，使可固化热固性树脂组合物固化，包封多个电互连。
具体实施方式
本发明的可固化助焊剂组合物设计成有利于制造具有焊接的和包封的电互连的电器元件。例如，本发明的可固化助焊剂组合物优选地设计成在半导体设备的制造过程中起无流动底部填充制剂的作用。
如本发明及附加的权利要求书中使用的术语“无流动底部填充组合物”是指一种可固化助焊剂组合物，其既显示焊接助焊活性又显示潜在的固化作用，以利于包封焊接的互连。
如本发明及附加的权利要求书中关于本发明的可固化助焊剂组合物使用的术语“储存稳定性”(在单包装系统(one pack system)中)表示在55℃存储一周之后可固化助焊剂组合物的粘度增加少于5％，其中粘度采用布鲁克菲尔德DV-1+粘度计在20℃使用设定在100rpm的布鲁克菲尔德#S00轴进行测量。
如本发明及附加的权利要求书中关于本发明的可固化助焊剂组合物使用的术语“储存稳定”表示可固化助焊剂组合物显示出储存稳定性。
本发明的可固化助焊剂组合物包括(基本上由下述物质组成)，作为起始成分的：每分子具有至少两个环氧乙烷基团的树脂成分；式I代表的助焊剂；以及，任选地，固化剂。优选地，该可固化助焊剂组合物包括少于10wt％的材料，其通过热重分析(TGA)测定，从25℃开始以10℃/分钟的温度梯度加热到高于250℃挥发。从底部填充组合物释放气体倾向于在半导体芯片和基材之间的缝隙中引起孔隙，导致产品封装的设备出现潜在的可靠性问题。
用于本发明的可固化助焊剂组合物的树脂成分包括每分子具有至少两个环氧乙烷基团的材料。优选地，所用的树脂成分是每分子具有至少两个环氧化物基团的环氧树脂，例如，取代或者未取代的脂族、脂环族、芳香族和杂环聚环氧化合物(polyepoxide)。更优选地，该树脂成分是选自双酚型环氧树脂(例如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂)；芳香族二缩水甘油醚；芳香族多官能缩水甘油醚；脂族二缩水甘油醚和脂族多官能缩水甘油醚的环氧树脂。更优选地，该树脂成分是双酚型环氧树脂。最优选地，该树脂成分是双酚A型环氧树脂。可固化助焊剂组合物优选地包括10到99wt％(更优选20到90wt％；再优选30到75wt％，最优选30到50wt％)的树脂成分。
用于本发明的可固化助焊剂组合物的树脂成分，任选地，进一步包括每分子具有至少3个环氧乙烷基团的材料。每分子具有至少3个环氧乙烷基团的材料任选地包括在树脂成分中以增加固化的树脂产品的玻璃化转变温度，并且降低制剂的胶凝时间。
用于本发明的可固化助焊剂组合物的助焊剂符合结构式I，其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基(优选地，其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-20烷基、未取代的C1-20烷基、取代的C7-30芳基烷基和未取代的C7-30芳基烷基)；R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。优选地，R1，R2，R3和R4中的1到3个是氢。更优选地，R1，R2，R3和R4中的2到3个是氢。再优选地，R1，R2，R3和R4中的两个是氢。最优选地，R1和R2之一是氢并且R3和R4之一是氢。任选选择根据式I的助焊剂的R1，R2，R3，R4基团，以提供具有所需要的流变性质的可固化助焊剂组合物，使助焊剂与用于将其传递到待焊接表面所需要的溶剂封装相容，使助焊剂组合物与树脂组分相容或者调整树脂组分的固化初始温度。优选选自根据式I的助焊剂的R1，R2，R3和R4基团提供沸点温度≥250℃(更优选≥300℃，优选≥325℃)的助焊剂，其沸点温度是通过差示扫描量热法从25℃开始，温度梯度为10℃/分钟测定的。
更优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的助焊剂符合结构式1；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基；并且，其中在取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基中的取代基选自-OH、-OR5、-COR5-、-COR5、-C(O)R5、-CHO、-COOR5、-OC(O)OR5、-S(O)(O)R5、-S(O)R5、-S(O)(O)NR5 2、-OC(O)NR6 2、-C(O)NR6 2、-CN、-N(R6)和-NO2中的至少一个(优选地-OH、-OR5、-COR5-、-COR5、-C(O)R5、-CHO、-COOR5、-OC(O)OR5、-S(O)(O)R5、-S(O)R5、-S(O)(O)NR5 2、-OC(O)NR6 2、-C(O)NR6 2、-CN以及-NO2中的至少一个)；其中R5选自C1-28烷基、C3-28环烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；其中R6选自氢、C1-28烷基、C3-28环烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；R1，R2，R3和R4的0到3个是氢。取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基可包括取代基的组合。例如，取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基可：包括超过一个同一类型的取代基(例如，两个-OH)；包括超过一种类型的取代基(例如，-OH和-COR5-)；包括超过一种类型的取代基，超过一种类型的取代基包含超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和两个-COR5)。优选地，R1，R2，R3和R4中的1到3个是氢。更优选地，R1，R2，R3和R4中的2到3个是氢。再优选地，R1，R2，R3和R4中的两个是氢。最优选地，R1和R2之一是氢并且R3和R4之一是氢。
更优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的助焊剂符合结构式1；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-20烷基、未取代的C1-20烷基、取代的C7-30芳基烷基和未取代的C7-30芳基烷基；并且，其中在取代的C1-20烷基和取代的C7-30芳基烷基中的取代基选自-OH、-OR7、-COR7-、-COR7、-C(O)R7、-CHO、-COOR7、-OC(O)OR7、-S(O)(O)R7、-S(O)R7、-S(O)(O)NR7 2、-OC(O)NR8 2、-C(O)NR8 2、-CN、-N(R8)-和-NO2中的至少一个(优选地-OH、OR7、-COR7-、-COR7、-C(O)R7、-CHO、-COOR7、-OC(O)OR7、-S(O)(O)R7、-S(O)R7、-S(O)(O)NR7 2、-OC(O)NR8 2、-C(O)NR8 2、-CN以及-NO2中的至少一个)；其中R7选自C1-19烷基、C3-19环烷基、C6-15芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；其中R8选自氢、C1-19烷基、C3-19环烷基、C6-15芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；和R1，R2，R3和R4的0到3个是氢。取代的C1-20烷基和取代的C7-30芳基烷基可包括取代基的组合。例如，取代的C1-20烷基和取代的C7-30芳基烷基可：包括超过一个同一类型的取代基(例如，两个-OH)；包括超过一种类型的取代基(例如，-OH和-COR7-)；包括超过一种类型的取代基，超过一种类型的取代基包括超过一个同一类型的取代基(例如，两个-OH和两个-COR7)。优选地，R1，R2，R3和R4中的1到3个是氢。更优选地，R1，R2，R3和R4中的2到3个是氢。再优选地，R1，R2，R3和R4中的两个是氢。最优选地，R1和R2之一是氢并且R3和R4之一是氢。
更优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的助焊剂符合结构式I；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、-CH2CH(OH)R9和-CH2CH(OH)CH2-O-R9；其中R9选自氢、C1-28烷基、C3-28环烷基、C6-16芳基、C7-28芳烷基和C7-28烷基芳基；(优选地，其中R9选自C5-10烷基、C6-16芳基和C7-15烷基芳基；更优选地，其中R9选自C8烷基、C7烷基芳基、萘基、联苯基和取代的C12-16联苯基；最优选地，其中R9选自C8烷基、C7烷基芳基和萘基)；R1，R2，R3和R4中的1到3个是氢。更优选地，R1，R2，R3和R4中的2到3个是氢。再优选地，R1，R2，R3和R4中的两个是氢。最优选地，R1和R3之一是氢。
然而更优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的助焊剂符合结构式I；其中R1和R3是氢；R2和R4是CH2CH(OH)CH2-O-R9基团；其中R9选自C8烷基、C7烷芳基和C10萘基
任选的，本发明的可固化助焊剂组合物中使用的助焊剂是具有选自式IIa，IIb和IIc的二聚体；其中二聚体包括根据式I的第一单体和根据式I的第二单体；其中第一单体的R1，R2，R3和R4的一个和第二单体的R1，R2，R3和R4的一个一起连接第一和第二单体。
Figure BSA00000664679900071
Figure BSA00000664679900081
根据式(IIa)的二聚体的例子是1-(2-乙基己氧基)-3-(4-(2-(3-(4-(2-(4-(3-(4-(2-(3-(庚烷-3-基氧基)-2-羟丙基氨基)丙烷-2-基)-1-甲基环己基氨基)-2-羟丙氧基)苯基)丙烷-2-基)苯氧基)-2羟丙基氨基)丙烷-2-基)-1-甲基环己基氨基)丙烷-2-醇，如下：
Figure BSA00000664679900082
本发明的可固化助焊剂组合物任选地进一步包括固化剂。常规的固化剂可以与树脂成分和助焊剂一起使用，只要固化剂能固化树脂成分。常规的固化剂包括例如多官能酚、多官能醇、胺、咪唑化合物、酸酐、有机磷化合物及其卤化物。优选地，所用的任何固化剂应该是潜在的固化剂(即，在≤225℃的温度下对引发树脂成分的胶凝不起作用的固化剂)，允许焊料回流而没有干扰，并且有利于在单包装系统(one pack systems)中可固化助焊剂组合物的储存稳定性。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括溶剂。溶剂任选地包括在本发明的可固化助焊剂组合物中，以便于将树脂成分和助焊剂传递到待焊接的表面。优选地，可固化助焊剂组合物包括1到70wt％的溶剂(更优选1到35wt％的溶剂；最优选1到20wt％的溶剂)。用于本发明的可固化助焊剂组合物的溶剂优选地是选自烃(例如十二烷、十四烷)；芳香烃(例如苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、苯甲酸丁酯、十二烷基苯)；酮类(例如甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮)；醚类(例如四氢呋喃、1，4-二
Figure BSA00000664679900091
烷和四氢呋喃、1，3-二氧戊环(dioxalane)、二丙二醇二甲醚)；醇类(例如2-甲氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、α萜品醇、苄醇、2-己基正癸醇)；酯类(例如乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸丁酯、己二酸二乙酯、邻苯二甲酸二乙酯、二甘醇单丁基乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、2-羟基异丁酸甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯)；以及，酰胺(例如N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺)；二元醇衍生物(例如溶纤剂(cellosolve)、丁基溶纤剂)；二元醇(例如乙二醇、二甘醇、双丙甘醇、三甘醇、已二醇、1，5-戊二醇)；二元醇醚(例如丙二醇单甲醚、甲基卡必醇、丁基卡必醇)；以及石油溶剂(例如石油醚、石脑油)的有机溶剂。更优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的溶剂选自甲基乙基酮；2-丙醇；丙二醇单甲醚；丙二醇单甲醚乙酸酯；乳酸乙酯和2-羟基异丁酸甲基酯的有机溶剂。最优选地，用于本发明的可固化助焊剂组合物的溶剂是丙二醇单甲醚。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括增稠剂。优选地，可固化助焊剂组合物包括0到30wt％的增稠剂。用于本发明的可固化助焊剂组合物的增稠剂可以选自非固化树脂材料(即，每分子＜2个反应官能团)，例如，非固化的酚醛树脂清漆(novolac resin)。用于可固化助焊剂组合物的增稠剂，优选地显示出比树脂成分(以其未固化形式)显示的粘度大的粘度。当存在时，该增稠剂可以基于可固化助焊剂组合物的总重按0.1到35wt％的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括触变剂。优选地，可固化助焊剂组合物包括1到30wt％的触变剂。用于本发明的可固化助焊剂组合物的触变剂可以选自脂肪酸酰胺(例如硬脂酰胺、羟基硬脂酸双酰胺)；脂肪酸酯(例如蓖麻蜡、蜂蜡、巴西棕榈蜡)；有机触变剂(例如聚乙二醇、聚环氧乙烷、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、二甘油单油酸酯(diglycerinemonooleate)、二甘油月桂酸酯(deglycerine laurate)、十聚甘油油酸酯(decaglycerlne oleate)、二甘油单月桂酸酯、山梨醇月桂酸酯)；无机触变剂(例如石英粉、高岭土粉)。优选地，所用的触变剂选自聚乙二醇和脂肪酸酰胺。
本发明的可固化助焊剂组合物任选地进一步包括无机填料。无机填料可以选自氧化铝、氢氧化铝、硅铝酸盐、堇青石、锂铝硅酸盐、铝酸镁、氢氧化镁、粘土、滑石、三氧化锑、五氧化二锑、氧化锌、硅胶、热解法二氧化硅、玻璃粉、石英粉和玻璃微球粒。当存在时，本发明的可固化助焊剂组合物优选地包括0到70wt％(更优选地0到35wt％，再优选地0到20wt％；最优选地0.1到20wt％)的无机填料。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括抗氧化剂。当存在时，本发明的可固化助焊剂组合物优选地包括0.01到30wt％(更优选地0.01到20wt％)的抗氧化剂。
本发明的可固化助焊剂组合物任选地进一步包括反应稀释剂。优选地，该任选的反应稀释剂应该显示出比树脂成分(以其未固化形式)显示的粘度低的粘度。反应稀释剂可优选地选自单官能团环氧树脂(例如C6-28烷基缩水甘油醚；C6-28脂肪酸缩水甘油酯；C6-28烷基苯酚缩水甘油醚)和某些多官能团环氧树脂(例如三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、二缩水甘油基苯胺)。当存在时，该反应稀释剂可以按＜50wt％(根据树脂成分的重量)的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括常规的脱气剂。据认为脱气剂在焊料回流期间提高待焊接表面的润湿度。当存在时，该脱气剂可以按基于可固化助焊剂组合物的总重以＜1wt％的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括常规的消泡剂。据认为消泡剂在焊料回流期间提高待焊接表面的润湿度并且在可固化助焊剂组合物固化后降低气体夹杂缺陷。当存在时，该消泡剂可按可固化助焊剂组合物＜1wt％的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括常规的粘合促进剂。常规的粘合促进剂包括硅烷，例如，缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(glycidoxypropyl trimethoxysilane)；γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(γ-amino propyltrithosysilane)；三甲氧基甲硅烷基丙酸酯化异氰酸酯；β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷；缩水甘油氧基丙基二乙氧基甲基硅烷(glycidoxypropyldiethoxymethylsilane)；β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷；γ-缩水甘油氧基(glycidoxypropyl)丙基三乙氧基硅烷；γ-巯基丙基三甲氧基硅烷；N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷；双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺；以及，γ-脲丙基三乙氧基硅烷(γ-ureidopropyltriethoxysilane)。当存在时，该粘合促进剂可以按＜2wt％可固化助焊剂组合物的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括常规的阻燃剂。常规的阻燃剂包括溴化合物(例如十溴二苯醚、四溴双酚A、四溴邻苯二甲酸酐、三溴苯酚)；磷化合物(例如磷酸三苯酯、磷酸三(甲苯)酯、磷酸三(二甲苯基)酯、磷酸甲酚二苯酯)；金属氢氧化物(例如氢氧化镁、氢氧化铝)；红磷及其改性产物；锑化合物(例如三氧化锑、五氧化二锑)；以及，三嗪化合物(例如三聚氰胺、氰尿酸、三聚氰胺氰尿酸酯)。当存在时，阻燃剂可以按可固化助焊剂组合物的0.01到35wt％(优选地0.01到10wt％)的量使用。
本发明的可固化助焊剂组合物，任选地，进一步包括选自消光剂、着色剂、分散稳定剂、螯合剂、热塑性颗粒、紫外线阻挡剂、整平剂和还原剂的另外的添加剂。
本发明的可固化助焊剂组合物可以作为包括所有组分的单包装系统提供。或者，可固化助焊剂组合物可以作为双包装系统提供；其中在第一部分内提供树脂成分，并且可固化助焊剂和任选的固化剂包含在在第二部分内；并且，其中第一部分和第二部分在使用前结合。
本发明的可固化助焊剂组合物可用于例如电子元件、电子模块和印制电路板的生产中。可固化助焊剂组合物可以应用于通过任何常规技术焊接的表面，包括液体喷雾技术、液体发泡技术、反复浸渍技术、波峰技术(wavetechnique)、或者任何其他能将液体或者半固体分配到基材上的常规技术。
本发明的可固化助焊剂组合物任选地进一步包括焊粉；其中可固化助焊剂组合物是焊料浆料。优选地，该焊粉是选自Sn/Pb、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Zn、Sn/Zn/Bi\、Sn/Zn/Bi/In、Sn/Bi和Sn/In的合金(优选地，其中该焊粉是选自63wt％Sn/37wt％Pb；96.5wt％Sn/3.5wt％Ag；96wt％Sn/3.5wt％Ag/0.5wt％Cu；96.4wt％Sn/2.9wt％Ag/0.5wt％Cu；96.5wt％Sn/3wt％Ag/0.5wt％Cu；42wt％Sn/58wt％Bi；99.3wt％Sn/0.7wt％Cu；91wt％Sn/9wt％Zn和89wt％Sn/8wt％Zn/3wt％Bi的合金)。
焊料浆料优选地包括：1到50wt％(更优选5到30wt％，最优选5到15wt％)的助焊剂和结合树脂成分和50到99wt％的焊粉。该焊料浆料可以通过常规的技术混合，例如，通过使用用于这种操作的常规设备将可固化助焊剂与树脂成分揉捏和混合。
焊料浆料可以用于例如电子元件、电子模块和印制电路板的生产中。焊料浆料可以通过任何常规技术应用于待焊接的表面，包括使用焊料印刷机或者丝网印刷机通过常规的焊料罩印刷焊料浆料。
用于本发明的可固化助焊剂组合物中的式I代表的可固化助焊剂可以使用本领域普通技术人员众所周知的常规合成技术制备。
本发明的多个包封的电互连的形成方法可任选地是倒装芯片焊接法的一部分，其中半导体芯片装配到印制电路板上，其中该半导体芯片包括多个第一电接触点，并且其中该印制电路板包括多个相应的第二电接触点。在这种倒装芯片方法中，本发明的可固化助焊剂组合物适用于多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点中的任何一种或者两种，以利于该多个第一电接触点焊接接合于多个相应的第二电接触点，以形成电互连。优选地，该倒装芯片焊接法进一步包括固化步骤，其中树脂成分被固化，包封多个第一电接触点与多个第二电接触点之间的电互连。
在形成本发明的多个包封电互连的方法期间，本发明的可固化助焊剂组合物优选地涂到印制电路板上，用或不用平滑涂抹，位于多个第一电接触点上。焊料优选地以焊球形式涂于半导体芯片上的多个相应的第二电接触点。然后将附有焊料的半导体芯片置于经可固化助焊剂组合物处理的印制电路板上。然后将半导体芯片与印制电路板对准，并将焊料加热至高于其回流温度。在回流期间，可固化助焊剂组合物作为助焊剂并促进焊料粘着于印制电路板上多个第一电接触点个，在多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点之间形成电互连。然后树脂成分固化以包封多个电连接。
在回流期间，焊料融化并且流动以形成多个电互连。优选地可固化助焊剂组合物应该直到在焊料流动并形成多个电互连后才胶凝，否则，印制电路板和半导体芯片可能不会正确对准。优选地，可固化助焊剂组合物中的树脂成分在焊料回流以形成包封电互连之后完全固化。
现将本发明的一些实施方式详细描述在如下的实施例中。
实施例1-5：助焊剂的合成
如表1定义的助焊剂是由表1中定义的原料使用如下流程制备的。具体的，在安装有搅拌棒的反应容器中，加入(0.1mol)薄荷烷二胺(menthanediamine，可从陶氏化学公司(Dow Chemlcal Company)作为PrlmeneTM MD得到)。反应容器然后放在具有磁力搅拌的电炉(hotplate)上。反应容器然后通入氮气惰化并在室温下加入(0.2mol)表1定义的试剂A到反应容器中，同时搅拌。在电炉上设置温度升高到75℃和反应容器的内容物继续搅拌2小时。设置电炉的温度升高到到140℃和反应容器的内容物继续再搅拌2小时。然后设置电炉的温度降低到80℃且反应容器抽真空，容器减压到30mmHg。反应容器的内容物在这些条件下继续搅拌另外2小时得到表1定义的助焊剂产物。实施例1-3的助焊剂的沸点温度然后通过差示扫描量热法(DSC)使用梯度升温10℃/分钟，从25℃到500℃测量。实施例1-3的助焊剂产品测定的沸点(BPT)显示在表1中。同时，实施例1-3的产物助焊剂被加热到250℃的失重百分比通过热重分析(TGA)，梯度升温10℃/分钟从25℃开始测量，实施例1-3的产物助焊剂测得的失重(WL)提供在表1中。
表1
Figure BSA00000664679900131
Figure BSA00000664679900141
实施例6：二聚体助焊剂的合成
二聚体助焊剂通过如下的流程制备。在带有搅拌棒的反应容器中，加入(34g)薄荷烷二胺(可以从陶氏化学公司作为PrlmeneTM得到)和(37.4g)表氯醇和双酚A的液体反应产物(可以从陶氏化学公司作为D.E.R.TM 331TM得到)。反应容器然后放在具有磁力搅拌的电炉上。反应容器的内容物在室温下搅拌过夜，变成固体。然后加入(37.2g)2-乙基己基缩水甘油酯(可以从MomentlvePerformance Materlals得到)到反应容器中。反应容器然后在1小时内从室温升温到150℃然后在150℃保持3小时。反应容器的内容物然后冷却到室温，得到二聚体助焊剂产品。
实施例7：二聚体助焊剂的合成
另一个二聚体助焊剂按如下流程合成。在安装有搅拌棒的反应容器中，加入(34g)薄荷烷二胺(可以从陶氏化学公司作为PrlmeneTM得到)和(37.4g)表氯醇和双酚A的液体环氧树脂反应产物(可以从陶氏化学公司作为D.E.R.TM331TM得到)。反应容器然后放在能够磁力搅拌的电炉上。反应容器的内容物室温搅拌过夜，变成固体。然后加入(40.0g)1-萘基缩水甘油酯(可以从MomentlvePerformance Materlals得到)到反应容器中。反应容器然后加热到75℃和室温下保持1小时。反应容器然后进一步在1小时内从75℃加热到150℃然后在150℃保持3小时。反应容器的内容物然后室温冷却得到二聚体助焊剂产品。
实施例8-14：可固化助焊剂组合物的制备
根据实施例1-7任何一个制备的助焊剂单独与表氯醇和双酚A的液体环氧树脂反应产物(可以从陶氏化学公司作为D.E.R.TM331TM得到)以重量比1∶1合并，分别形成实施例8-14的可固化助焊剂组合物。
实施例15：助焊性能的评价
根据实施例8-14制备的每一个可固化助焊剂组合物的助焊性能使用下述程序进行评价。在每个评价中，用铜试块作为待焊接的电接触。每个铜试块的待焊接表面通过以下预处理：(1)首先用细砂纸(600粗砂)抛光，(2)然后用5％过二硫酸铵溶液清洗，(3)然后用去离子水漂洗，(4)然后浸入1％苯并三唑溶液中30秒，和(5)然后用氮气吹干。预处理铜试块后，将每种可固化助焊剂组合物的一小滴单独分配到其中一个铜试块的待焊接表面上。将四个0.381mm直径的无铅焊球(95.5wt％Sn/4.0wt％Ag/0.5wt％Cu)投入到每个铜试块上的可固化助焊剂组合物液滴中。所用的无铅焊料的熔化范围是217到221℃。然后将铜试块放在预热到145℃的电炉上并保持两(2)分钟。然将后铜试块放在预热到260℃的另一电炉上并且在比保持直到焊料达到回流条件(45秒至3分钟，取决于存在的可固化助焊剂组合物)。铜试块然后从热源移开，并且通过(a)原始放置的4个焊球的熔化和聚结程度，(b)评价流动性和延展性的所得聚结焊料的尺寸以及(c)焊料与铜试块表面的焊接强度进行评价。采用0到4的等级来描述可固化助焊剂组合物和羟基硬脂酸参照物的助熔能力，如下所示：
0＝在焊滴之间没有熔合和没有焊料结合于铜试块；
1，2＝焊滴之间部分至完全熔合，但没有焊料结合于铜试块；
3＝焊滴之间完全熔合，但极少的焊料延展和流动；
4＝焊滴之间完全熔合，在铜试块表面有良好的焊料延展和流动，并且焊料连接于铜试块。
对胺类可固化助焊剂组合物的评估结果提供在表2中。
表2
  可固化助焊剂组合物   评价结果
  实施例8   4
  实施例9   4
  实施例10   4
  实施例11   4
  实施例12   4
  实施例13   4
  实施例14   4

Claims (10)

1.一种可固化助焊剂组合物，所述组合物包括作为起始成分的下述成分：
每分子具有至少两个环氧乙烷基团的树脂成分；
式I代表的可固化助焊剂：
Figure FSA00000664679800011
其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳基烷基和未取代的C7-80芳基烷基；以及R1，R2，R3和R4的0到3个是氢；以及，
任选的固化剂。
2.根据权利要求1的可固化助焊剂组合物，其中取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基的取代基选自-OH，-OR5，-COR5-，-C(O)R5，-COR5，-CHO，-COOR5，-OC(O)OR5，-S(O)(O)R5，-S(O)R5，-S(O)(O)NR5 2，-OC(O)NR6 2，-C(O)NR6 2，-CN，-N(R6)-和-NO2中的至少一种；其中R5选自C1-28烷基，C3-28环烷基，C6-15芳基，C7-28芳烷基和C7-28烷芳基；和，其中R6选自氢，C1-28烷基，C3-28环烷基，C6-15芳基，C7-28芳烷基和C7-28烷芳基。
3.根据权利要求1的可固化助焊剂组合物，其中R1，R2，R3和R4中的1到3个是氢。
4.根据权利要求1的可固化助焊剂组合物，其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、-CH2CH(OH)R9和-CH2CH(OH)CH2-O-R9基团；其中R9选自氢、C1-28烷基、C3-28环烷烃基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基。
5.根据权利要求4的可固化助焊剂组合物，其中R1和R2之一是氢；并且其中R3和R4之一是氢。
6.权利要求1的可固化助焊剂组合物，进一步包括一种溶剂；其中该溶剂是选自烃、芳香烃、酮、醚、醇、酯、酰胺、二醇、二醇醚、二醇衍生物和石油溶剂的有机溶剂。
7.权利要求1的可固化助焊剂组合物，进一步包括下述物质的至少一种：
增稠剂、触变剂、无机填料、抗氧化剂、反应稀释剂、脱气剂、消泡剂、粘合促进剂和阻燃剂。
8.根据权利要求1的可固化助焊剂组合物，进一步包括：
选自消光剂、着色剂、分散稳定剂、螯合剂、热塑性颗粒、紫外线阻挡剂、整平剂和还原剂的添加剂。
9.根据权利要求1的可固化助焊剂组合物，进一步包括：焊粉。
10.一种形成包封的金属连接的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1的可固化助焊剂组合物；
提供多个第一电接触点；
提供多个相应的第二电接触点；
提供焊料；
将可固化助焊剂组合物施加到多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点中的至少一种；
将多个第一电接触点置于靠近多个相应的第二电接触点处；
将焊料加热至其回流温度以上形成熔融焊料，并将熔融焊料暴露于多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点；
将来自多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点的熔融焊料置于与可固化助焊剂组合物接触，并在多个第一电接触点和多个相应的第二电接触点之间形成多个电互连；以及，
固化树脂成分，包封多个电互连。
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