CN102642101A - 胺类助焊剂组合物和焊接方法 - Google Patents

胺类助焊剂组合物和焊接方法 Download PDF

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Abstract

胺类助焊剂组合物和焊接方法。一种胺类助焊剂组合物，包括，作为起始成分的：一种式I代表的胺类助焊剂。本发明也提供一种使用胺类助焊剂组合物焊接电接触点的方法。

Description

胺类助焊剂组合物和焊接方法
技术领域
本发明涉及一种胺类助焊剂组合物(flux composition)，包括，作为起始成分的：一种式I代表的胺类助焊剂，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；其中R7和R8是独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R7和R8与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；其中R10和R11独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R10和R11与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；并且，其中R9选自氢、C1-30烷基、取代的C1-30烷基、C6-30芳基和取代的C6-30芳基；本发明还涉及一种焊接电接触点(electrical contact)的方法。
背景技术
焊接工艺包括从人工、手动焊接方法到自动焊接方法。在人工和自动焊接方法中使用助焊材料是众所周知的。事实上，焊剂的单独使用通常不会导致可接受的电互联。助焊材料在焊接过程中具有多种功能。例如，助焊材料起到在金属接点(例如，焊接区域、接触焊盘、触针、镶铜导通孔)表面除去可能形成的任何氧化物的作用；来增加金属接点的焊剂湿度。
多种方法已经用于焊接过程中将助焊材料用于金属接点的表面。在某些方法中，使用包括焊剂的助焊材料。例如，这种结合材料已经以包含助焊材料内核的环形电线的形式提供。随着焊剂在加热时熔化，内核的助焊材料被激活，通过软焊料将准备连接表面熔化。焊锡膏通常是指助焊材料和焊剂粉混合形成焊剂颗粒，其在浆料中通常是均质稳定的悬浮物。
自动焊接方法在商业上的一个重要应用是制造半导体设备。即，回流焊接工艺通常用在半导体设备的自动化生产中，其中半导体芯片安装在印刷电路板(PCB)上。在一些这样的自动生产方法中，焊锡膏采用例如丝网印刷或模版印刷用于印刷电路板上。然后使半导体芯片与PCB接触并且焊锡膏在浆料中被加热到使焊剂回流，在半导体芯片和PCB之间形成电连接。加热可以方便地通过例如使焊锡膏暴露在红外光下或通过在烤箱中加热进行。在某些应用中，半导体芯片/PCB组件进一步使用底部填充材料处理，其基本上填充半导体芯片和PCB之间的缝隙区域，包封接点。
考虑到需要大规模生产包括更加复杂和小型化的电路的电子设备，快速、自动化的焊接工艺已经出现，例如，那些整合的取浸工艺。在这些工艺中，助焊剂可以用于半导体芯片上的多个电接触点，通过将半导体芯片上的电接触点部分浸入到焊剂浴中来进行。半导体芯片上的焊剂涂布的电接触点然后可以与包括相应的电接触点和焊剂球的PCB接触。该焊剂球然后可以加热到回流来连接半导体芯片和PCB。可选地，取浸工艺可以用于具有预涂焊剂的电接触点的设备组件。在这些工艺中，预涂焊剂使用助焊材料浸涂然后倒入与相应的电接触点接触并加热到回流，形成电连接。许多电子元件适合后一类方法，其中它们在电路板元件上使用足够量的焊剂生产，来促进元件与其他电子元件的互联(例如，PCB)。
在多数情况下，使用市售的助焊剂会在焊剂区域留下离子残留物，其会不利地导致线路腐蚀和短路。因此，需要额外的工艺步骤在焊剂连接点形成之后去除这些残留物。对于半导体设备的生产工艺来说，在半导体芯片和PCB之间形成的焊剂连接会在半导体芯片和PCB之间形成相关的小缺口(例如＜4密耳)。因此，很难在焊接工艺后去除(即，清洁)焊剂区域上的离子残留物。甚至在焊接区域容易受影响的过程中(因此，便于清洁操作)，清洁操作产生环境问题，包括在清洁操作过程中产生的废物的处理。
一些低残留，含有少量固体的不需清洁的助焊剂是市售可得的。一种宣称在焊接电子元件时基本上减少或基本上消除了助焊剂残留的助焊剂组合物公开在Duchesne等美国专利申请公开No.20100175790中。Duchesne等公开了一种包括助焊剂的组合物材料，其中所述助焊剂基本上由(a)助熔剂；和(b)溶剂的组合构成；其中所述助熔剂：(1)包括酮酸；或(2)包括酯酸；或(3)包括所述酮酸和所述酯酸的混合物；其中所述的溶剂包括选自多羟基醇或其混合物的胶粘溶剂，和选自单羟基醇或其混合物的非胶粘溶剂的混合物。
尽管如此，仍然需要非固化的、利于可靠的焊剂连接和可定制的方便与常规的环氧基填充材料相容的助焊剂组合物。
发明内容
本发明提供一种胺类助焊剂组合物，包括，作为起始成分：式I代表的胺类助焊剂：
Figure BSA00000694884300031
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；其中R7和R8是独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R7和R8与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；其中R10和R11独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R10和R11与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；并且，其中R9选自氢、C1-30烷基、取代的C1-30烷基、C6-30芳基和取代的C6-30芳基。
本发明提供一种将焊料应用于电接触点的方法，包括：提供电接触点；提供一种本发明的胺类助焊剂组合物；将胺类助焊剂组合物应用于电接触点；提供焊料；熔化焊料；和，用熔融焊料(molten solder)替换已经应用于电接触点的胺类助焊剂组合物；其中熔融焊料与电接触点物理接触并结合于电接触点。
具体实施方式
本发明的胺类助焊剂组合物设计成有利于各种底部填充(under fill)组合物的相容，以致于在应用底部填充组合物以形成最终的电连接之前焊接表面优选地不需要清洁。
如本发明及附加的权利要求书中使用的术语“不需清洁胺类助焊剂组合物”是指显示出低的(或者没有)胺类助焊剂残留活性、具有＜0.5wt％卤化物含量的胺类助焊剂组合物(即，在IPC J-STD-004B下归类为ORL1或ORL0的胺类助焊剂)。
本发明的胺类助焊剂组合物包括(基本上由以下组分组成)，作为起始成分的：式I代表的胺类助焊剂。优选的胺类助焊剂组合物是非固化的组合物(即，其中胺类助焊剂组合物不含每分子具有两个或者更多能够在焊接条件下反应形成分子间共价键的反应官能团的化合物，并且其中该胺类助焊剂每分子不包括两个或多个能够在焊接条件下反应形成分子间共价键的反应活性官能团)。
在本发明的胺类助焊剂组合物中使用的胺类助焊剂符合式I，其中R1，R2，R3和R4独立选自氢，取代C1-80烷基，未取代C1-80烷基，取代C7-80芳烷基和未取代C7-80芳烷基(优选其中R1，R2，R3和R4独立选自氢，取代C1-20烷基，未取代C1-20烷基，取代C7-30芳烷基和未取代C7-30芳烷基)；其中R7和R8独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6.20芳基(或者，其中R7和R8与它们连接的碳原子一起形成任选地被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环)；其中R10和R11独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基(或者，其中R10和R11与它们连接的碳原子一起形成任选地被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环)；并且，其中R9选自氢、C1-30烷基、取代的C1-30烷基、C6-30芳基和取代的C6-30芳基。优选地，R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。根据式I的胺类助焊剂的R1，R2，R3，R4，R7，R8，R9，R10和R11基团可任选地进行选择，以提供给定用途所需要的流变性质的胺类助焊剂，使胺类助焊剂与需要的溶剂包装相容，该溶剂包装用于将胺类助焊剂输送到待焊接表面；并且，任选地，使该胺类助焊剂与用于焊接后形成封装的钎焊接头(例如，用于常规的倒装芯片法底部填充涂层)的封装组合物(例如，环氧树脂)相容。优选地，根据式I的胺类助焊剂的R1，R2，R3，R4，R7，R8，R9，R10和R11基团优选地进行选择，以便使该胺类助焊剂与给定的封装组合物相容，从而该胺类助焊剂组合物能够成为不需清洁的胺类助焊剂组合物。优选的，其中R1，R2，R3和R4的0到3个是氢。更优选的，R1，R2，R3和R4的1到3个是氢。更优选的，R1，R2，R3和R4的2到3是氢。更优选的，R1，R2，R3和R4的两个是氢。最优选，R1和R2的一个是氢和R3和R4的一个是氢。根据式I的胺类助焊剂的R1，R2，R3，R4，R7，R8，R9，R10和R11基团可任选地选择以提供具有沸点温度≥125℃(更优选≥250℃，通过示差扫描量热法测定)且温度加热到250℃时失重率≤10wt％(通过热重分析(TGA)以10℃/分钟的温度梯度从25℃开始测定)的胺类助焊剂。
更优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合式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；其中取代的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)、以及-NO2(优选-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和-NO2)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。取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基可包含取代基的组合。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，一个-OH和一个-COR5-)；包括超过一种类型的取代基，以及超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和一个-OR5)。
优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R7和R8独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基(或者，其中R7和R8与它们连接的碳原子一起形成任选地被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环)；其中取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基中的取代基选自-OH、苯基、C1-14烷基、-OR12、-COR12-、-COR12、-C(O)R12、-CHO、-COOR12、-OC(O)OR12、-S(O)(O)R12、-S(O)R12、-S(O)(O)NR13 2、-OC(O)NR13 2、-C(O)NR13 2、-CN、-N(R13)-和-NO2中的至少一种(优选地-OH、-OR12，-COR12，-COR12、-C(O)R12、-CHO、-COOR12、-OC(O)OR12、-S(O)(O)R12、-S(O)R12、-S(O)(O)NR12 2、-OC(O)NR13 2、-C(O)NR13 2、-CN和-NO2中的至少一种)；其中R12选自C1-19烷基、C3-19环烷基、C6-19芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；以及其中R13选自氢、C1-19烷基、C3-19环烷烃基、C6-19芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基。取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基可包括取代基的组合。例如，取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基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，一个-OH和一个-COR12-)；包括超过一种类型的取代基，以及超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和一个-OR12)。
优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R10和R11独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基(或者，其中R10和R11与它们连接的碳原子一起形成任选地被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环)；并且，其中取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基中的取代基选自-OH、-OR12、-COR12-、-COR12、-C(O)R12、-CHO、-COOR12、-OC(O)OR12、-S(O)(O)R12、-S(O)R12、-S(O)(O)NR12 2、-OC(O)NR13 2、C(O)NR13 2、-CN、-N(R13)-和-NO2中的至少一种(优选地至少一个-OH、-OR12、-COR12-、-COR12、-C(O)R12、-CHO、-COOR12、-OC(O)OR12、-S(O)(O)R12、-S(O)R12、-S(O)(O)NR12 2、-OC(O)NR13 2、-C(O)NR13 2、-CN和-NO2)；其中R12选自C1-19烷基、C3-19环烷烃基、C6-19芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；并且其中R13选自氢、C1-19烷基、C3-19环烷烃基、C6-19芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基。取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基可包括取代基的组合。例如，取代的C1-20烷基和取代的C6-20芳基可：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，一个-OH和一个-COR12-)；包括超过一种类型的取代基，以超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和一个-OR12)。
优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R9选自氢、C1-30烷基、取代的C1-30烷基、C6-30芳基和取代的C6-30芳基；并且，其中取代的C1-30烷基和取代的C6-30芳基中的取代基选自-OH、-OR14、-COR14-、-COR14、-C(O)R14、-CHO、-COOR14、-OC(O)OR14、-S(O)(O)R14、-S(O)R14、-S(O)(O)NR14 2、-OC(O)NR15 2、-C(O)NR15 2、-CN、-N(R15)-和-NO2中的至少一种(优选地至少一个-OH、-OR14、-COR14-、-COR14、-C(O)R14、-CHO、-COOR14、-OC(O)OR14、-S(O)(O)R14、-S(O)R14、-S(O)(O)NR14 2、-OC(O)NR15 2、-C(O)NR15 2、-CN以及-NO2)；其中R14选自C1-29烷基、C3-29环烷基、C6-29芳基、C7-29芳基烷基和C7-29烷基芳基；并且其中R15选自氢、C1-29烷基、C3-29环烷基、C6-29芳基、C7-29芳基烷基和C7-29烷基芳基。取代的C1-30烷基和取代的C6-30芳基可包括取代基的组合，例如，取代的C1-30烷基和取代的C6-30芳基可：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，一个-OH和一个-COR14-)；包括超过一种类型的取代基，以及超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和一个-OR14)。
更优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、取代的C1-20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至少一个-OH、-OR16、-COR16-、-COR16、-C(O)R16、-CHO、-COOR16、-OC(O)OR16、-S(O)(O)R16、-S(O)R16、-S(O)(O)NR16 2、-OC(O)NR17 2、-C(O)NR17 2、-CN、-N(R17)和-NO2(优选地至少一个-OH、OR16、-COR16-、-COR16、-C(O)R16、-CHO、-COOR16、-OC(O)OR16、-S(O)(O)R16、-S(O)R16、-S(O)(O)NR16 2、-OC(O)NR17 2、-C(O)NR17 2、-CN以及-NO2)；其中R16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R17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；其中R7和R8独立地选自C1-4烷基和C1-4羟基烷基(更优选地，其中R7和R8独立地选自甲基和羟甲基；最优选地其中R7和R8都是甲基)；其中R10和R11独立地选自C1-4烷基和C1-4羟基烷基(更优选地，其中R10和R11独立地选自甲基和羟甲基；最优选地其中R10和R11都是甲基)；以及，其中R9选自氢、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、苯基、羟基苯基、C7-10烷基芳基、C7-10芳基烷基和萘基(更优选地，其中R9选自氢、C1-4烷基、C1-4羟基烷基、苯基、羟基苯基、C7烷基芳基和C7芳基烷基；最优选地其中R9选自甲基和苯基)。R1，R2，R3和R4选自其中的取代的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，一个OH和一个-COR16-)；包括超过一种类型的取代基，以及超过一个相同类型的取代基(例如，两个-OH和一个-OR16)。优选地，R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。更优选地，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，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、-CH2CH(OH)R18和-CH2CH(OH)CH2-O-R18；其中R18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(优选地，其中R18选自C5-10烷基、C6-15芳基和C7-15烷基芳基；最优选地，其中R18选自C8烷基、C7烷基芳基和C10萘基)；其中R7和R8独立地选自C1-4烷基和C1-4羟基烷基(更优选地，其中R7和R8独立地选自甲基和羟甲基；最优选地其中R7和R8都是甲基)；其中R10和R11独立地选自C1-4烷基和C1-4羟基烷基(更优选地，其中R10和R11独立地选自甲基和羟甲基；最优选地，其中R10和R11都是甲基)；以及，其中R9选自氢、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、苯基、羟基苯基、C7-10烷基芳基、C7-10芳基烷基和萘基(更优选地，其中R9选自氢、C1-4烷基、C1-4羟基烷基、苯基、羟基苯基、C7烷基芳基和C7芳基烷基；最优选地，其中R9选自甲基和苯基)。优选地，R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。更优选地，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，用于本发明的胺类助焊剂组合物的胺类助焊剂符合结构式I；其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、-CH2CH(OH)R18和CH2CH(OH)CH2-O-R18基团；其中R18选自氢、-CH2CH(OH)R18和CH2CH(OH)CH2-O-R18基团；其中R18选自氢、C1-28烷基、C3-28环烷基、C6-16芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基(优选地，其中R18选自C5-10烷基、C6-16芳基和C7-15烷基芳基；更优选地，其中R18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R18选自C8烷基、C7烷基芳基和萘基)；其中R7和R8都是甲基；其中R10和R11都是甲基；并且，其中R9选自甲基和苯基。优选地，R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。更优选地，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R3是氢；并且R2和R4选自-CH2CH(OH)R18和-CH2CH(OH)CH2-O-R18。
本发明的胺类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胺类助焊剂组合物中，以便于将胺类助焊剂传递到待焊接的表面。优选地，该胺类助焊剂组合物包括8到95wt％的溶剂。用于本发明的胺类助焊剂组合物的溶剂优选地是选自烃类(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、1，4-二噁烷和四氢呋喃、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、d，l-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、丁基溶纤剂)；二元醇(例如乙二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、己二醇、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、三甘醇单甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单丁基醚、二甘醇单己基醚、乙二醇单苯醚、二甘醇单苯基醚、二甘醇-2-乙基己基醚)；以及石油溶剂(例如石油醚、石脑油)的有机溶剂。更优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的溶剂是选自甲基乙基酮；2-丙醇；丙二醇单甲醚；丙二醇单甲醚乙酸酯；d，l-乳酸乙酯和2-羟基异丁酸甲酯的有机溶剂。最优选地，用于本发明的胺类助焊剂组合物的溶剂是丙二醇单甲醚。
本发明的胺类助焊剂组合物任选地进一步包括增稠剂。优选地，该胺类助焊剂组合物包括0到30wt％的增稠剂。用于本发明的胺类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。
本发明的胺类助焊剂组合物任选地进一步包括触变剂。优选地，胺类助焊剂组合物包括1到30wt％的触变剂。用于本发明的胺类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、二甘由单油酸酯、月桂酸二甘油酯(deglycerine laurate)、十聚甘油油酸酯、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。
本发明的胺类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、五氧化锑、氧化锌、硅胶、熔凝二氧化硅、玻璃粉、石英粉和玻璃微球。
本发明的胺类助焊剂组合物任选地进一步包括抗氧化剂。优选地，本发明的胺类助焊剂组合物包括0.01到30wt％的抗氧化剂。
本发明的胺类助焊剂组合物任选地进一步包括选自消光剂、着色剂、消泡剂、分散稳定剂、螯合剂、热塑性颗粒、紫外线阻挡剂、阻燃剂、均化剂、粘合促进剂和还原剂的添加剂。
本发明的胺类助焊剂组合物优选地包括(基本上由其构成)，作为起始成分的：3.99到100wt％的式I代表的胺类助焊剂。优选地，本发明的胺类助焊剂组合物包括(基本上由其组成)，作为起始成分的：3.99到100wt％的式I代表的胺类助焊剂、0到95wt％(更优选8到95的wt％)的溶剂、0到30wt％的增稠剂、0到30wt％(更优选1到30wt％)的触变剂，以及0到30wt％(更优选0.01到30wt％)的抗氧化剂。
本发明的胺类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。胺类助焊剂组合物可以应用于通过任何常规技术焊接的表面，包括例如液体喷雾技术、液体发泡技术、反复浸渍技术、波动技术、或者任何其他能将液体或者半固体分配到硅模或基材上的常规技术。
本发明的胺类助焊剂组合物任选地进一步包括焊粉；其中该胺类助焊剂组合物是焊锡膏。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)。
本发明的焊料浆料优选包括：1到50wt％(更优选5到30wt％，更优选5到15wt％)的焊料浆料和50到99wt％的焊料粉。焊料浆料可以通过常规技术混合，例如，通过使用用于这种操作的常规设备与胺类助焊剂揉捏和混合。
焊锡膏可以用于例如电子元件、电子模块和印制电路板的生产中。焊锡膏可以通过任何常规技术(包括，例如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锡膏)施加于要焊接的表面。
本发明的胺类助焊剂组合物中使用的胺类助焊剂可以使用本领域常规的合成技术制备得到。
本发明的将焊料应用于电接触点的方法包括：提供电接触点；提供本发明的胺类助焊剂组合物；将胺类助焊剂组合物应用于电接触点；提供焊料；熔化焊料；和，用熔融焊料替换应用于电接触点的胺类助焊剂组合物；其中熔融焊料与电接触点物理接触并结合于电接触点。在这种方法中，熔融焊料需要与电接触点紧密良好地接触，有利于在焊接材料和电接触点之间形成金属焊接，在焊料和电接触点之间提供良好的机械和电连接。任何常规的焊接技术可以用于本发明的方法。例如，焊铁或者烙铁可用于加热电接触点和焊料到超过焊料的熔点温度以上的温度。可以使用焊浴，其中通过将电接触点浸入熔融焊料中将液体状态的焊料转移到电接触点。可以实施常规的波焊接技术。此外，也可使用回流焊接技术，其中将预先沉积在第二电接触点上的焊料靠近第一电接触点并加热到超过焊料的熔点温度以上的温度，其中焊料融化并回流，同时与第一电接触点和第二电接触点接触，在第一电接触点和第二电接触点之间形成电接触点。
本发明的将焊料应用于电接触点的方法任选地是倒装芯片焊接方法的一部分，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，并且其中印制电路板包括多个第二电接触点。在这种倒装芯片方法中，本发明的胺类助焊剂组合物适用于多个第一电接触点和多个第二电接触点中的任何一个或者两个，以便于使多个第一电接触点与多个第二电接触点焊剂连接以形成电连接。优选地，倒装芯片焊接方法进一步包括底部填充步骤，其中提供一种热固性树脂用于封装电连接。最优选地，该热固性树脂是环氧树脂。
现在将本发明的一些实施方式详细描述在下列实施例中。
实施例1：胺类助焊剂的合成
采用以下方法制备2，6-二氨基-2，5，6-三甲基庚-3-醇胺类助焊剂。首先，采用以下合成方法制备2，5，6-三甲基-2，6-二硝基庚-3-醇中间体
Figure BSA00000694884300111
具体地，在三颈圆底烧瓶中安装一根搅拌子、一对热电偶、一个带有氮气入口和冷凝器的盖子的滴液漏斗。该烧瓶然后充入2-硝基丙烷(50g，0.56mol，5.0当量)和催化量的1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯。烧瓶的内容物然后在氮气下搅拌30分钟。然后将巴豆醛(7.9g，9.2mL，0.112摩尔，1.0当量)在二十分钟内滴加到烧瓶中。烧瓶的内容物然后在氮气下搅拌5-6小时，在此期间可观察到白色固体从溶液中沉淀出来。此时，GC分析显示在反应混合物中不存在任何巴豆醛。使烧瓶的内容物在氮气下搅拌过夜。然后将沉淀物从溶液中真空滤出，并用水完全洗涤得白色固体。风干该中间体固体，随后在45℃真空干燥。所需要的中间体二硝基醇的总收率是72％(27.8g)。核磁共振试验(“NMR”)和液相色谱法(“LC”)显示该中间体＞99％的纯度。
其次，产物2，6-二氨基2，5，6-三甲基庚-3-醇胺类助焊剂然后由中间体二硝基醇采用以下合成方法制备
Figure BSA00000694884300121
具体地，25g中间体二硝基醇与14.2g的RaNi 3111作为催化剂溶于200mL甲醇中。该混合物然后在高压釜中于60℃在4，137kPa(600psi)氢气压力下进行氢化。在包括过滤催化剂和除去甲醇的步骤之后，获得低粘度液体产物11g(59％收率)。NMR和气相色谱-质谱(“GC-MS”)分析确认存在所需要的产物2，6-二氨基-2，5，6-三甲基庚-3-醇胺类助焊剂。化学电离质谱(CI-MS)显示[M+H]＝189，并且GC分析显示产物的纯度为94％。该物质的沸点在0.68kPa(5.1托)是125℃到135℃。13C NMR(CDCl3)：δ16.8，25.2，27.9，30.8，34.7，42.2，51.8，52.8和77.3ppm。
实施例2：胺类助焊剂的合成
2，6-二氨基-2，6-二甲基-5-苯基庚-3-醇安类助焊剂采用以下方法制备。首先，2，6-二甲基-2，6-二硝基-5-苯基庚-3-醇中间体采用以下合成方法制备
Figure BSA00000694884300131
具体地，在三颈圆底烧瓶中安装一根搅拌子、一对热电偶、一个带有氮气入口和冷凝器的盖子的滴液漏斗。该烧瓶然后充入2-硝基丙烷(101.1g，1.14mol，6.0当量)和催化量的1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯(“DBU”)。烧瓶的内容物然后在氮气下搅拌20分钟。然后将反式肉桂醛(25.0g，0.19摩尔，1.0当量)在二十分钟内滴加到烧瓶中。在滴加反式肉桂醛期间，可观察到大约22℃的放热曲线。完全加入反式肉桂醛后，烧瓶内容物加热到50℃并在此温度保持4小时。然后使该混合物冷却到室温。当烧瓶内容物达到36.8℃时，从溶液中形成淡黄色固体。烧瓶内容物然后通过布氏漏斗过滤，用戊烷和醚完全洗涤回收的中间体二氨基醇粉末。然后使中间体二氨基醇粉末真空干燥1小时。所需要的二氨基醇中间体的总收率是62％(36g)。NMR分析显示二氨基醇中间体＞99％的纯度。1H NMR(CDCl3)：δ1.45-2.27(m，15H)，3.52-3.54(m，1H)，3.67-3.74(m，1H)，7.17-7.34(m，5H)。13C NMR(CDCl3)：δ20.8，22.4，23.2，25.8，31.3，50.3，72.9，91.5，91.6，128.1，128.7，129.4，136.6ppm。
其次，产物2，6-二氨基-2，6-二甲基5-苯基庚-3-醇胺类助焊剂然后采用如下的合成方法由该二硝基醇中间体制备
Figure BSA00000694884300132
具体地，50g二硝基醇中间体与作为催化剂的24.3g RaNi 3111溶于300mL甲醇。该混合物然后在高压釜内于60℃在4137 kPa(600psi)的氢气压力下进行氢化。在包括过滤催化剂和除去甲醇的步骤之后，获得40g(68％收率)高粘度液体产物。NMR和气相色谱-质谱(“GC-MS”)分析确认存在所需要的产物2，6-二氨基-2，6-二甲基-5-苯基庚-3-醇胺类助焊剂。化学电离质谱(CI-MS)显示[M+H]＝251，并且GC分析显示高压釜直接得到的产物的纯度为78％。存在的其余物质似乎是从逆向亨利反应获得的单加成物。这种产物然后通过真空蒸馏纯化到96.2％的纯度。纯化产物的沸点在0.67kPa(5.0托)确定为150℃到160℃。1H NMR(CDCl3)：δ0.91-0.99(m，12H)，1.67-1.81(m，3H)，2.71-2.76(m，2H)，7.08-7.23(m，5H)。13C NMR(CDCl3)：δ24.6，27.9，28.3，29.8，31.6，51.8，52.6，54.2，75.9，126.3，127.8，129.4，142.0ppm。
实施例3：胺类助焊剂的合成
具有下式结构的胺类助焊剂
采用以下方法制备。具体地，向带有搅拌子的反应容器中加入实施例1的产物(0.05mol)。然后将该反应器置于具有磁力搅拌功能的电热套上。该反应容器然后用氮气惰性化，并且然后在环境温度在搅拌下将(0.1mol)2-乙基己基缩水甘油醚(由蒙特功能材料公司(Momentive Performance Materials)供应)加入到该反应容器中。然后将电热套的设定温度升高到75℃，使反应容器的内容物继续搅拌两(2)小时。然后将电热套的设定温度提高到140℃，并使反应容器的内容物再继续搅拌两(2)小时。电热套的设定温度然后降低到80℃并将该反应容器抽真空，将容器压力降低到30mm Hg。使该反应容器的内容物在此条件下额外继续搅拌两(2)小时，以提供助焊剂产物。通过热重分析法(TGA)在25℃开始采用10℃/分钟的温度梯度测量该助焊剂产物加热到250℃时的失重百分比。测得该助焊剂产物的失重(WL)是9wt％。
实施例4：胺类助焊剂的合成
具有下式的胺类助焊剂
Figure BSA00000694884300142
采用以下方法制备。具体地，向带有搅拌子的反应容器中加入实施例2的产物(0.05mol)。然后将该反应器置于具有磁力搅拌功能的电热套上。该反应容器然后用氮气惰性化，然后在环境温度在搅拌下将(0.1mol)2-乙基己基缩水甘油醚(由蒙特功能材料公司供应)加入到该反应容器中。然后将电热套的设定温度升高到75℃，使反应容器的内容物继续搅拌两(2)小时。然后将电热套的设定温度提高到140℃，并使反应容器的内容物再继续搅拌两(2)小时。电热套的设定温度然后降低到80℃并将该反应容器抽真空，将容器压力降低到30mmHg。使该反应容器的内容物在此条件下额外继续搅拌两(2)小时，以提供助焊剂产物。通过热重分析法(TGA)在25℃开始采用10℃/分钟的温度梯度测量该助焊剂产物加热到250℃时的失重百分比。测得该助焊剂产物的失重(WL)是5wt％。
实施例5：对助焊能力的评估
根据实施例3-4制备的胺类助焊剂组合物的助焊能力采用以下方法与作为参照材料的羟基硬脂酸比较来进行评估的。在每个评估方法中，铜试块用作待焊接的电接触点。在每个铜试块上待焊接的表面通过如下方法预先处理：(1)首先用细砂纸(600grit)抛光，(2)然后用5％的过硫酸铵溶液清洗，(3)然后用去离子水冲洗，(4)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，将每种胺类助焊剂组合物的一小滴分别分配到其中-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胺类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。然后将铜试块放在预热到260℃的另一电炉上并且在此保持直到焊料达到回流条件(45秒至3分钟，取决于存在的胺类助焊剂组合物)。铜试块然后从加热移开，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最终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的等级来描述胺类助焊剂组合物和羟基硬脂酸参照物的助焊能力，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。
对胺类助焊剂组合物的评估结果提供在表2中。
表2
  胺类助焊剂组合物   评估结果
  实施例3   4
  实施例4   4
  参照材料(羟基硬脂酸)   4

Claims (10)

1.一种胺类助焊剂组合物，包括，作为起始成分的：
一种式I代表的胺类助焊剂：
Figure FSA00000694884200011
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；其中R7和R8是独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R7和R8与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；其中R10和R11独立地选自C1-20烷基、取代的C1-20烷基、C6-20芳基和取代的C6-20芳基，或者其中R10和R11与它们所连接的碳原子一起形成任选被C1-6烷基取代的C3-20环烷基环；并且，其中R9选自氢、C1-30烷基、取代的C1-30烷基、C6-30芳基和取代的C6-30芳基。
2.根据权利要求1的胺类助焊剂组合物，其中R1，R2，R3和R4选自其中的取代的C1-80烷基和取代的C7-80芳基烷基的取代基选自-OH、-OR5、-COR5-、-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；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。
3.根据权利要求1的胺类助焊剂组合物，其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、-CH2CH(OH)R18和-CH2CH(OH)CH2-O-R18基团；其中R18选自氢、C1-28烷基、C3-28环烷烃基、C6-28芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；其中R7和R8都是甲基；其中R10和R11都是甲基；并且，其中R9选自甲基和苯基；并且其中R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。
4.根据权利要求3的胺类助焊剂组合物，其中R1，R2，R3和R4中的0到3个是氢。
5.权利要求1的胺类助焊剂组合物，进一步包括溶剂；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。
6.权利要求1的胺类助焊剂组合物，进一步包括无机填充物；触变剂；和抗氧化剂的至少一种。
7.根据权利要求1的胺类助焊剂组合物，进一步包括：
选自消光剂、显色剂、消泡剂、分散稳定剂、螯合剂、热塑性颗粒、紫外线阻挡剂、阻燃剂和还原剂的添加剂。
8.权利要求1的胺类助焊剂组合物，进一步包括，作为起始成分的：
0到95wt％的溶剂，
0到30wt％的增稠剂，
0到30wt％的触变剂，和
0到30wt％的抗氧化剂。
9.权利要求1的胺类助焊剂组合物，进一步包括焊料粉。
10.一种将焊料应用于电接触点的方法，包括：
提供电接触点；
提供根据权利要求1的胺类助焊剂组合物；
将胺类助焊剂组合物应用于电接触点；
提供焊料；
熔化焊料；和，
用熔融焊料替换应用于电接触点的胺类助焊剂组合物；其中熔融焊料与电接触点物理接触并结合于电接触点。
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