CN105855748A - 一种芯片封装固晶锡膏及其制备方法和使用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子焊接材料领域，公开了一种芯片封装固晶锡膏及其制备方法和使用工艺。所述固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：金属合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；所述金属合金粉末为Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一种；所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂20～30％、溶剂35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撑双硬脂酸酰胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流变助剂1～3％和保湿剂5～10％。本发明所述的固晶锡膏能有效地确保固晶过程在开放环境下长期操作的均匀性，提高抗氧化性，降低空洞率，提高半导体器件的电性能。

Description

一种芯片封装固晶锡膏及其制备方法和使用工艺
技术领域
本发明属于电子焊接材料领域，特别是精密半导体封装的焊接材料领域，具体涉及一种芯片封装固晶锡膏及其制备方法和使用工艺。
背景技术
目前精密半导体封装有集成电路封装和发光二极管(LED)封装，集成电路封装又包括焊球阵列封装(Ball Grid Array，BGA)，芯片级封装(Chip Scale Package，CSP)，堆叠装配封装(Package on Package，POP)等封装方式。LED封装包括COB(Chip on Board)和时下热门的倒装封装新方式。以上传统的芯片封装材料一般为环氧树脂体系的银胶，通过银胶进行固晶后再热处理至芯片牢固地固定在基底上，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。
自2013年以来，以LED为代表的半导体封装行业开始重视倒装工艺，倒装工艺方式是芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻和热阻；采用金属或者金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现，解决了BGA、COB等为增加引脚数而需扩大体积的困扰。但是随着倒装芯片封装面积越来越精密化，尺寸越来越小，使用传统银胶固晶容易连胶，导致出现漏电、短路等现象；此外，银胶热导率低，焊接热阻大，不利于芯片散热；且银胶中的环氧树脂在高温和光照条件下容易老化黄变，从而降低封装可靠性。因而倒装芯片封装需要通过共晶方式进行焊接封装，但是共晶设备昂贵导致成品封装成本大大提高，另外一种有效的封装就是通过固晶锡膏固晶，然后采用普通的回流焊方式实现焊接，保证其良好电导率的同时实现更好的导热效果，大大降低界面热阻，且大幅度降低封装成本。
另外，目前所采用的固晶锡膏锡粉合金为SnAgCu，锡粉粒径在5-25微米范围，锡膏抗氧化性很差，在点胶过程容易氧化，且所采用的助焊膏溶剂容易挥发，从而导致固晶锡膏黏度逐渐变大，影响点胶的均匀性。而在焊接过程，由于溶剂等容易挥发，焊接之后导致锡膏熔锡不完全，或者出现大量的锡珠，直接影响芯片焊接强度，造成短路漏电等不良。针对以上的问题，现有技术专注于通过改良固晶锡膏的组分，以提高封装的有效性和可靠性。中国专利申请201510391821.7公开了一种用于大功率LED的无铅固晶锡膏，所述的无铅固晶锡膏包括以下材料：锡粉，助焊膏，所述的锡粉为Sn-0.7Cu合金，所述的助焊膏主要由以下重量百分比材料组成：松香30％～40％，溶剂40％～45％，缓蚀剂1％～4％，活性剂3％～8％，触变剂4％～6％和增稠剂10％～15％。使用该发明大功率LED的无铅固晶锡膏具有以下优点：导热系数大，空洞率低，电阻值低，焊接层不易脆裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保湿性和抗氧化性强，能为精密半导体芯片固晶提供高的热导率和电导率的芯片封装固晶锡膏及其制备方法和使用工艺。本发明所述的固晶锡膏能有效地确保固晶过程在开放环境下长期操作的均匀性，以及焊接过程的抗氧化性，降低空洞率，提高半导体器件的电性能特别是倒装LED的可靠性，延长使用寿命。
本发明通过如下技术方案以实现上述目的：
一种芯片封装固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：金属合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；
其中，所述金属合金粉末为Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一种；
所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂20～30％、溶剂35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撑双硬脂酸酰胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流变助剂1～3％和保湿剂5～10％。
优选地，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯10％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，流变助剂2％和保湿剂8％。
其中，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶(1～3)的配比组成。
所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以(0.5～1)∶(2～4)∶1的配比组成。
所述流变助剂为蓖麻油衍生物、HV300、PLUS中的一种。
优选地，所述流变助剂为PLUS。
所述保湿剂为十六酸季戊四醇酯、不同聚合度的聚异丁烯、聚合酸、苯基乙烯基硅树脂中的一种。
优选地，所述保湿剂为十六酸季戊四醇酯。
为了提高点胶的均匀性，所述金属合金粉末的形状为球形，平均球形度大于98％，所述金属合金粉末的粒径为1～15μm。
此外，本发明还提供了一种固晶锡膏的制备方法，包括以下步骤：
(1)将溶剂和松香树脂按比例依次加入反应釜进行溶解，溶解温度为90±5℃，搅拌速度为2000～3000r/min；
(2)待松香树脂完全溶解后，按比例依次加入乙撑双硬脂酸酰胺、流变助剂、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯进行活化和乳化，温度为80±5℃，乳化速度为2000～3000r/min，乳化时间为60-90min；
(3)然后降温到50±3℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度为2000～3000r/min，乳化时间为20～30min，然后冷却；
(4)冷却至常温后进行研磨，研磨细度为1～3μm，然后放入0-10℃环境下冷藏24h以上，确保恢复触变性；
(5)冷藏处理后，常温环境回温，制成物料A，待用；
(6)将步骤(5)制得的物料A和保湿剂按比例加入混炼釜中搅拌，搅拌速度为20～30r/min，搅拌时间为10min，混合均匀后即得助焊膏；
(7)按所选比例将金属合金粉末和助焊膏置于分散机内搅拌，搅拌速度为100～200r/min，搅拌时间为40～60min，然后抽真空至0.08Mpa，真空时间为20～30min，抽真空同时继续搅拌，即得均匀的膏体；
(8)将步骤(7)中得到的膏体在三辊扎机中进行研磨，控制研磨机滚轴间距和温度，研磨至膏体的黏度为30～50pa.s，制得固晶锡膏，进行分装，在0～10℃环境下密封保存。
由于本发明固晶锡膏所采用的金属合金粉末粒径非常小，为1～15μm，比表面积远远大与常规锡膏，抗氧化性较弱，高温下长时间活化，容易氧化而产生空洞和锡珠。空洞影响焊接强度、增大热阻，而锡珠则产生漏电，影响电性能，对于LED芯片封装还会降低出光率。反之，一旦温度太低，焊接速度太快的话，会产生虚焊，同样影响焊接强度，增大热阻，降低LED出光率。因此，本发明通过优化固晶锡膏的使用工艺，以避免出现以上问题，所述固晶锡膏的使用工艺，包括以下步骤：
(1)固晶机蘸胶固晶：取2～5g解冻好的固晶锡膏加到固晶机胶盘里，旋转胶盘，使固晶锡膏刮平整，调节点胶针头，使针头下压到胶盘时，能粘到足够的固晶锡膏量，同时点到支架焊盘时，焊盘上能粘着均匀的固晶锡膏，根据芯片面积大小，每颗芯片固晶锡膏的使用量为0.15～2mg，点胶频率为＞280ms；点好胶量后，通过固晶臂固晶并将芯片轻压平整，得半成品；
(2)回流炉通氮气保护焊接：将经固晶机蘸胶固晶后的半成品于30min内进行回流炉通氮气保护焊接，步骤为：打开回流炉，打开Sn96.5Ag3Cu0.5或Sn89.5Sb10Ni0.5固晶锡膏的回流曲线，设置含Sn96.5Ag3Cu0.5的固晶锡膏回流峰值温度为250℃，含Sn89.5Sb10Ni0.5的固晶锡膏回流峰值温度为285℃，链速为90～110cm/min；待炉温升至峰值并稳定后，打开氮气阀门充入氮气，3～5min后，将固晶半成品过炉，即得。
本发明以马来海松酸单乙酯和全氢化松香混合物作为成膜剂，不仅具有优良的热稳定性和抗氧化性，还具有良好的流动性和导热性，有利于促进焊接过程的热量传递，避免造成焊接不良，还有利于助焊膏的扩展，且焊后残留物较少。
为了保持在整个焊接过程所述助焊膏的均一化以及黏度，本发明以异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚混合物作为溶剂，不仅对助焊膏各组分具有良好的溶解性，还可形成较宽的沸点范围以适应整个焊接过程的温度变化，并且具有适宜的黏度，满足助焊膏的黏性要求。
本发明采用己二酸二辛酯作为活性剂，所述的活性剂与松香树脂具有较佳的相容性，并且在常温条件下活性很低，腐蚀性低；在焊接高温下可分解为具有活化作用的己二酸以及容易挥发除去的2-乙基己醇。所述的己二酸的活性大，能有效地除去焊料和母材表面的氧化物，降低金属表面张力，增加助焊膏与焊料和母材的润湿性。
此外，为了防止在固晶和焊接过程中出现拖尾、粘连等现象，本发明以乙撑双硬脂酸酰胺作为触变剂，通过调节锡膏的黏度以及触变性，使芯片封装顺利。
本发明以癸基十四酸作为表面活性剂，可降低金属合金粉末的表面张力、提高焊接过程的渗透性和润湿性。
本发明以松香胺聚氧乙烯醚作为缓蚀剂，与松香树脂具有良好的相容性，有利于减轻活化剂对母材的腐蚀性，且具有润滑作用。
此外，本发明通过添加流变助剂以增强锡膏韧性，以及增加锡膏点胶和印刷过程的柔软滑爽度，防止锡膏变粗，保持锡膏均匀性。
本发明所述的活性保湿剂通过包覆超细微粉，防止微粉在开放的操作环境以及无氮气保护焊接过程中被氧化，同时防止操作过程溶剂挥发而导致黏度变大，影响操作均匀性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过往助焊膏中添加特定的活性保湿剂，所述的保湿剂不仅渗透性和润湿性强，更好地包覆金属合金粉末，使在室温开放操作环境中金属合金粉末具有更优的抗氧化性，还可阻止膏体中有机溶剂的挥发，使膏体长时间操作黏度更稳定，从而确保点胶均匀性和一致性；此外，在回流过程高温环境中，所述的保湿剂不会挥发，始终包覆金属合金粉末，锡膏不易氧化，降低焊接空洞率，提高焊接强度。
(2)本发明制得的固晶锡膏具有良好的扩展率以及较高的水卒取阻抗和最大润湿力，表面绝缘性较佳，且锡珠形成现象和坍塌现象明显减少；使用本发明固晶锡膏对倒装LED芯片封装效果较佳，不仅具有适宜的触变性和较高的热导率以及焊接强度，而且延长稳定固晶操作时间、增加点胶一致性，点胶均匀，此外还明显降低焊接空洞率以及漏电/短路不良率，提高焊机的可靠性。
(3)本发明使用粒径更小，更均匀的球形金属合金粉末作为焊料，在固晶操作过程，固晶锡膏点胶触变性好，点与点之间更均匀，微小芯片固晶更平整，固晶高度一致，利于后续硅胶或者环氧塑封胶的封装。
(4)与目前通用的助焊膏制备方法比较，本发明采用低温高速乳化方式制备助焊膏，能有效避免助焊膏中各组分的活性和触变性被高温破坏或者活化而消耗活性，以确保助焊膏活性和触变性。
(5)本发明固晶锡膏的使用工艺是通过固晶机蘸胶固晶后，采用回流炉通氮气保护焊接方式，并通过优化回流炉参数，采取比一般回流焊接温度较低，焊接速度较快，回流时间较短的方式进行焊接，焊接的效果优于传统的普通回流炉焊接方式以及加热台焊接方式的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但本发明不受以下实施例的记载限定。
实施例1
本发明实施例1的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，PLUS 2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法：
(1)将溶剂和松香树脂按比例依次加入反应釜进行溶解，溶解温度为90℃，搅拌速度为2500r/min；
(2)待松香树脂完全溶解后，按比例依次加入乙撑双硬脂酸酰胺、PLUS、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯进行活化和乳化，温度为80℃，乳化速度为2500r/min，乳化时间为90min；
(3)然后降温到50℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度为2500r/min，乳化时间为25min，然后冷却；
(4)冷却至常温后进行研磨，研磨细度为2μm，然后放入4℃环境下冷藏24h以上，确保恢复触变性；
(5)冷藏处理后，常温环境回温，制成物料A，待用；
(6)将步骤(5)制得的物料A和十六酸季戊四醇酯按比例加入混炼釜中搅拌，搅拌速度为25r/min，搅拌时间为10min，混合均匀后即得助焊膏；
(7)按所选比例将Sn96.5Ag3Cu0.5金属合金粉末和助焊膏置于分散机内搅拌，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为50min，然后抽真空至0.08Mpa，真空时间为20min，抽真空同时继续搅拌，即得均匀的膏体；
(8)将步骤(7)中得到的膏体在三辊扎机中进行研磨，控制研磨机滚轴间距和温度，研磨至膏体的黏度为40pa.s，制得固晶锡膏，进行分装，在4℃环境下密封保存；
使用工艺：
(1)固晶机蘸胶固晶：取3g解冻好的固晶锡膏加到固晶机胶盘里，旋转胶盘，使固晶锡膏刮平整，调节点胶针头，使针头下压到胶盘时，能粘到足够的固晶锡膏量，同时点到支架焊盘时，焊盘上能粘着均匀的固晶锡膏，根据芯片面积大小，每颗芯片固晶锡膏的使用量为0.15mg，点胶频率为300ms；点好胶量后，通过固晶臂固晶并将芯片轻压平整，得半成品；
(2)回流炉通氮气保护焊接：将经固晶机蘸胶固晶后的半成品于30min内进行回流炉通氮气保护焊接，步骤为：打开回流炉，打开Sn96.5Ag3Cu0.5固晶锡膏的回流曲线，设置回流峰值温度为250℃，链速为90cm/min；待炉温升至峰值并稳定后，打开氮气阀门充入氮气，4min后，将固晶半成品过炉，即得。
实施例2
本发明实施例2的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂20％、溶剂45％、己二酸二辛酯10％、乙撑双硬脂酸酰胺4％、癸基十四酸2％、松香胺聚氧乙烯醚8％、PLUS 3％和十六酸季戊四醇酯8％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为40pa.s。
实施例3
本发明实施例3的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂30％、溶剂40％、己二酸二辛酯6％、乙撑双硬脂酸酰胺4％、癸基十四酸6％、松香胺聚氧乙烯醚6％、PLUS 3％和十六酸季戊四醇酯5％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为40pa.s。
实施例4
本发明实施例4的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，HV3002％和十六酸季戊四醇酯10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为40pa.s，本实施例与实施例1的区别在于，使用HV300作为流变助剂。
实施例5
本发明实施例5的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，PLUS 2％和苯基乙烯基硅树脂10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为40pa.s，本实施例与实施例1的区别在于，使用苯基乙烯基硅树脂作为保湿剂。
实施例6
本发明实施例6的芯片固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.588％和助焊膏12％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，PLUS 2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶1的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶4∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为50pa.s，本实施例与实施例1的区别在于，松香树脂混合物和溶剂的比例不同。
实施例7
本发明实施例7的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn89.5Sb10Ni0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，PLUS 2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为45pa.s，本实施例与实施例1的区别在于，使用Sn89.5Sb10Ni0.5作为金属合金粉末；
使用工艺：
(1)固晶机蘸胶固晶：取2g解冻好的固晶锡膏加到固晶机胶盘里，旋转胶盘，使固晶锡膏刮平整，调节点胶针头，使针头下压到胶盘时，能粘到足够的固晶锡膏量，同时点到支架焊盘时，焊盘上能粘着均匀的固晶锡膏，根据芯片面积大小，每颗芯片固晶锡膏的使用量为0.15mg，点胶频率为300ms；点好胶量后，通过固晶臂固晶并将芯片轻压平整，得半成品；
(2)回流炉通氮气保护焊接：将经固晶机蘸胶固晶后的半成品于30min内进行回流炉通氮气保护焊接，步骤为：打开回流炉，打开Sn89.5Sb10Ni0.5固晶锡膏的回流曲线，设置回流峰值温度为285℃，链速为90cm/min；待炉温升至峰值并稳定后，打开氮气阀门充入氮气，4min后，将固晶半成品过炉，即得。
对比例1
本发明对比例1的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂30％、溶剂45％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％和PLUS 2％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
制备方法和使用工艺参考实施例1，所得固晶锡膏的黏度为40pa.s，本对比例1与实施例1的区别在于缺乏保湿剂十六酸季戊四醇酯。
对比例2
本发明对比例2的固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯8％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，PLUS 2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具体地，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶2的配比组成；所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1∶3∶1的配比组成；
对比例2与实施例1的区别在于，使用普通加热合成方式合成固晶锡膏，具体步骤为：
(1)按比例将溶剂和松香树脂加入反应容器，加热并同时搅拌，使反应容器内部物料均匀升温到140℃，搅拌速度为45r/min；
(2)使反应容器的温度保持在145℃，在搅拌的情况下，依次加入乙撑双硬脂酸酰胺、PLUS、松香胺聚氧乙烯醚、己二酸二辛酯、癸基十四酸和十六酸季戊四醇酯；搅拌至反应容器中的物料呈透明状后，停止加热，并密封反应容器，让反应容器及其中的物料冷却；反应容器内的物料冷却至20℃后，得到助焊膏；
(3)将步骤(2)得到的助焊膏与Sn96.5Ag3Cu0.5金属合金粉末混合，搅拌至混合均匀后，得到黏度为40pa.s的固晶锡膏；
使用工艺参考实施例1。
试验例一、本发明固晶锡膏的性能测试
根据GB/T9491-2002、IEC62321：008、IPC-TM-650标准对本发明固晶锡膏进行测试，测试项目及其参数见下表：
本发明以Sn96.5Ag3Cu0.5为金属合金粉末考察了具有相同黏度的固晶锡膏的性能差异。由实施例1-3可知，以Sn96.5Ag3Cu0.5为金属合金粉末和不同配置比例的助焊膏制成的固晶锡膏以实施例1的性能较佳，具有优良的扩展率和表面绝缘，较高的水卒取阻抗和最大润湿力。实施例4使用HV300而非PLUS作为流变助剂，所得锡膏的水卒取阻抗稍降低；实施例5使用苯基乙烯基硅树脂而非十六酸季戊四醇酯作为保湿剂，所得锡膏的扩展率、水卒取阻抗和最大润湿力稍降低。对比例1缺乏保湿剂十六酸季戊四醇酯，所得锡膏的扩展率、水卒取阻抗和最大润湿力均降低，表明保湿剂对固晶锡膏性能的改良发挥着重要的作用。对比例2使用普通加热合成方式而非本发明所述的低温高速乳化方式合成固晶锡膏，所得锡膏的扩展率、水卒取阻抗、表面绝缘和最大润湿力降低最为显著，表明使用低温高速乳化方式可确保助焊膏活性和触变性。
试验例二、本发明固晶锡膏焊接效果比较
分别使用实施例1-5和对比例1-2制得的固晶锡膏对倒装LED芯片封装效果进行比较，结果见下表：
本发明以Sn96.5Ag3Cu0.5为金属合金粉末考察了使用具有相同黏度的固晶锡膏对倒装LED芯片封装效果差异，由上表可知，使用本发明实施例1制得的固晶锡膏进行倒装LED芯片封装的效果最佳，其触变性适宜，稳定固晶操作时间最长，且点胶均匀，焊接空洞率和漏电/短路不良率最低，此外，具有较高的焊接强度以及热导率。研究表明，随着保湿剂添加量逐渐降低，固晶锡膏的焊接效果逐渐变差，以实施例3为例，其含有5％的保湿剂，点胶不一致，偶尔出现大小点，稳定固晶操作时间缩短，焊接空洞率和漏电/短路不良率增加，焊接强度降低。实施例5使用苯基乙烯基硅树脂而非十六酸季戊四醇酯作为保湿剂，其焊接效果降低，点胶不一致，偶尔出现大小点，稳定固晶操作时间稍缩短，焊接空洞率和漏电/短路不良率稍增加，焊接强度稍降低。使用对比例1、2制得的固晶锡膏进行焊接，效果显著下降，尤其以对比例2的效果最差，表明使用低温高速乳化方式制备助焊膏，可确保助焊膏活性和触变性，进而保证焊接效果，提高焊接的可靠性，而保湿剂对焊接效果发挥重要的作用。
试验例三、不同焊接方式的效果比较
以实施例1制得的固晶锡膏，采用不同的焊接方式对倒装LED芯片封装效果进行比较，其中，固晶锡膏缩短时间氮气保护回流的焊接方式为本发明固晶锡膏的使用工艺，结果见下表：
目前，使用固晶锡膏固晶主要有4种方式：固晶机蘸胶、点胶机点胶、印刷机印刷和喷涂机喷涂。综合固晶效率和效果，以固晶机蘸胶固晶方式为优。焊接方式有普通回流炉焊接、回流炉通氮气保护焊接、加热台焊接。本发明通过固晶机蘸胶固晶后，采用回流炉通氮气保护焊接方式，并通过优化回流炉参数，采取比一般回流焊接温度较低，焊接速度较快的，回流时间较短的方式进行焊接，结果表明以固晶锡膏缩短时间氮气保护回流方式进行焊接的效果最佳，优于以固晶锡膏普通回流炉焊接和固晶锡膏加热台焊接的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种芯片封装固晶锡膏，其特征在于，所述固晶锡膏由以下重量百分比计的组分组成：金属合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；
所述金属合金粉末为Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一种；
所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂20～30％、溶剂35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撑双硬脂酸酰胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流变助剂1～3％和保湿剂5～10％。
2.根据权利要求1所述的固晶锡膏，其特征在于，所述助焊膏由以下重量百分比计的组分组成：松香树脂25％、溶剂40％、己二酸二辛酯10％、乙撑双硬脂酸酰胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，流变助剂2％和保湿剂8％。
3.根据权利要求1或2任一所述的固晶锡膏，其特征在于，所述松香树脂由马来海松酸单乙酯和全氢化松香以1∶(1～3)的配比组成。
4.根据权利要求1或2任一所述的固晶锡膏，其特征在于，所述溶剂由异丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以(0.5～1)∶(2～4)∶1的配比组成。
5.根据权利要求1或2任一所述的固晶锡膏，其特征在于，所述流变助剂为蓖麻油衍生物、HV300、PLUS中的一种。
6.根据权利要求1或2任一所述的固晶锡膏，其特征在于，所述保湿剂为十六酸季戊四醇酯、不同聚合度的聚异丁烯、聚合酸、苯基乙烯基硅树脂中的一种。
7.根据权利要求1所述的固晶锡膏，其特征在于，所述金属合金粉末的形状为球形，平均球形度大于98％，所述无铅金属合金粉末的粒径为1～15μm。
8.一种制备如权利要求1-7任一所述的固晶锡膏的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将溶剂和松香树脂按比例依次加入反应釜进行溶解，溶解温度为90±5℃，搅拌速度为2000～3000r/min；
(2)待松香树脂完全溶解后，按比例依次加入乙撑双硬脂酸酰胺、流变助剂、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯进行活化和乳化，温度为80±5℃，乳化速度为2000～3000r/min，乳化时间为60-90min；
(3)然后降温到50±3℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度为2000～3000r/min，乳化时间为20～30min，然后冷却；
(4)冷却至常温后进行研磨，研磨细度为1～3μm，然后放入0-10℃环境下冷藏24h以上，确保恢复触变性；
(5)冷藏处理后，常温环境回温，制成物料A，待用；
(6)将步骤(5)制得的物料A和保湿剂按比例加入混炼釜中搅拌，搅拌速度为20～30r/min，搅拌时间为10min，混合均匀后即得助焊膏；
(7)按比例将金属合金粉末和助焊膏置于分散机内搅拌，搅拌速度为100～200r/min，搅拌时间为40～60min，然后抽真空至0.08Mpa，真空时间为20～30min，抽真空同时继续搅拌，即得均匀的膏体；
(8)将步骤(7)中得到的膏体在三辊扎机中进行研磨，控制研磨机滚轴间距和温度，研磨至膏体的黏度为30～50pa.s，制得固晶锡膏，进行分装，在0～10℃环境下密封保存。
9.一种如权利要求1-8任一所述的固晶锡膏的使用工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)固晶机蘸胶固晶：取2～5g解冻好的固晶锡膏加到固晶机胶盘里，旋转胶盘，使固晶锡膏刮平整，调节点胶针头，使针头下压到胶盘时，能粘到足够的固晶锡膏量，同时点到支架焊盘时，焊盘上能粘着均匀的固晶锡膏，根据芯片面积大小，每颗芯片固晶锡膏的使用量为0.15～2mg，点胶频率为＞280ms；点好胶量后，通过固晶臂固晶并将芯片轻压平整，得半成品；
(2)回流炉通氮气保护焊接：将经固晶机蘸胶固晶后的半成品于30min内进行回流炉通氮气保护焊接，步骤为：打开回流炉，打开Sn96.5Ag3Cu0.5或Sn89.5Sb10Ni0.5固晶锡膏的回流曲线，设置含Sn96.5Ag3Cu0.5的固晶锡膏回流峰值温度为250℃，含Sn89.5Sb10Ni0.5的固晶锡膏回流峰值温度为285℃，链速为90～110cm/min；待炉温升至峰值并稳定后，打开氮气阀门充入氮气，3～5min后，将固晶半成品过炉，即得。
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