DE102012019197A1

DE102012019197A1 - Flussmittelzusammensetzung und Lötverfahren

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Publication number: DE102012019197A1
Application number: DE102012019197A
Authority: DE
Inventors: Kim S. Ho; Michael K. Gallagher; Avin V. Dhoble; Mark R. Winkle; Xiang-Qian Liu; David D. Fleming
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-04
Also published as: TWI458696B; JP6071378B2; US8434666B2; TW201323377A; CN103028867A; US20130082095A1; KR102066453B1; JP2013078799A; FR2980728A1; FR2980728B1; CN103028867B; KR20130035948A

Abstract

Es wird eine Flussmittelzusammensetzung bereitgestellt, die als Ausgangskomponente: eine Carbonsäure und ein Flussmittel, dargestellt durch die Formel I:worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C7-80-Arylalkylgruppe; und wobei null bis drei von R1, R2, R3 und R4 Wasserstoff sind, umfasst. Ebenso wird ein Verfahren zum Löten eines elektrischen Kontaktes unter Verwendung der Flussmittelzusammensetzung bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flussmittelzusammensetzung, die als Ausgangskomponenten: eine Carbonsäure und ein Flussmittel, dargestellt durch die Formel I, worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-80-Arylalkylgruppe; und worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff ist/sind, umfasst. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Löten eines elektrischen Kontaktes.
Lötverfahren reichen von manuellen Handlötverfahren bis hin zu automatisierten Lötverfahren. Die Verwendung von Flussmitteln in Lötverfahren, sowohl manuellen als auch automatisierten, ist allgemein bekannt. Tatsächlich wird die Verwendung von Lot allein im Allgemeinen nicht zu einer akzeptablen elektrischen Verschaltung führen. Flussmittel haben im Lötverfahren mehrere Funktionen. Beispielsweise dienen Flussmittel zur Entfernung jeglicher Oxide, die sich auf den metallischen Kontakten (d. h. Lötregionen, Kontaktinseln, Kontaktstiften, verkupferten Durchgangslöchern) gebildet haben können und verbessern so die Benetzung der metallischen Kontakte mit dem Lot.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Aufbringen von Flussmitteln auf die Oberfläche eines metallischen Kontakts während des Lötverfahrens eingesetzt. In einigen Verfahren wurden Lot-enthaltende Flussmittel verwendet. Derartige kombinierte Materialien sind beispielsweise in Form eines ringförmigen Drahtes bereitgestellt worden, der einen Kern aus Flussmittel beinhaltet. Wenn das Lot beim Erwärmen schmilzt, wird das Flussmittel in dem Kern aktiviert, wodurch die Oberflächen zum verschalten durch das geschmolzene Lot gefluxt werden. Auch Lotpasten sind bekannt, in denen ein Flussmittel und ein Lötpulver unter Bildung einer im Allgemeinen homogenen stabilen Suspension aus Lotteilchen in der Paste vermischt werden.
Eine kommerziell signifikante Anwendung für ein automatisiertes Lötverfahren ist die Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Das heißt, bei der automatisierten Herstellung von Halbleitervorrichtungen werden üblicherweise Reflow-Lötverfahren genutzt, in denen ein Halbleiterchip auf einer Leiterplatte (PCB) montiert wird. In einigen dieser automatisierten Herstellungsverfahren wird zum Beispiel unter Nutzung des Siebdrucks oder des Schablonendrucks eine Lotpaste auf eine Leiterplatte aufgebracht. Der Halbleiterchip wird dann mit der PCB in Kontakt gebracht, und die Lotpaste wird erwärmt, um das Lot in der Paste wiederaufzuschmelzen, wodurch elektrische Verschaltungen zwischen dem Halbleiterchip und der PCB gebildet werden. Das Erwärmen kann beispielsweise durch Aussetzen der Lotpaste Infrarotlicht oder Erwärmen in einem Ofen erleichtert werden. In einigen Anwendungen wird die Halbleiterchip/PCB-Anordnung weiter mit einem Unterfüllungsmaterial behandelt, das im Wesentlichen der interstitielle Raum zwischen dem Halbleiterchip und der PCB füllt, wodurch die Verschaltungen verkapselt werden.
Angesichts der Anforderungen für die Massenproduktion elektronischer Vorrichtungen, die Schaltkreise mit zunehmender Komplexität und Verkleinerung enthalten, sind schnelle automatisierte Lötverfahren wie beispielsweise jene, die Greif- und Tauchverfahren beinhalten, in Erscheinung getreten. In solchen Verfahren kann ein Flussmittel auf mehrere elektrische Kontakte auf einem Halbleiterchip aufgebracht werden, indem der Abschnitt des Halbleiterchips mit dem elektrischen Kontakt in ein Flussmittelbad getaucht wird. Die mit Flussmittel beschichteten elektrischen Kontakte auf dem Halbleiterchip können dann mit einer PCB in Kontakt gebracht werden, die die entsprechenden elektrischen Kontakte und Lötkugeln umfasst. Die Lötkugeln können dann zum Reflow erhitzt werden, wodurch der Halbleiterchip und die PCB verschaltet werden. Alternativ kann das Greif- und Tauchverfahren für Gerätekomponenten verwendet werden, auf deren elektrische Kontakte vorher das Lot aufgebracht worden ist. In diesen Verfahren wird das zuvor aufgebrachte Lot mit dem Flussmittel tauchbeschichtet und dann mit den entsprechenden elektrischen Kontakt(en) in Kontakt gebracht und zum Reflow erhitzt, wodurch die elektrischen Verschaltungen gebildet werden. In letztere Verfahrenskategorie passen viele elektronische Komponenten dahingehend, dass sie mit einer ausreichenden Menge Lot auf der Leiterplatte der Komponente hergestellt werden, um so die Verschaltung der Komponente mit anderen elektrischen Komponenten (z. B. einer PCB) zu erleichtern.
In den meisten Fällen hinterlässt die Verwendung kommerziell erhältlicher Flussmittel ionische Rückstände auf den gelöteten Regionen, was unerwünschtermaßen zur Korrosion der Schaltungstechnik und zu Kurzschlüssen führen kann. Folglich sind zusätzliche Verfahrensschritte zum Entfernen solcher Rückstände nach der Bildung der gelöteten Verschaltungen erforderlich. Für Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen führen die zwischen dem Halbleiterchip und der PCB gebildeten Lötstellen zu einem relativ kleinen Spalt zwischen dem Halbleiterchip und der PCB (z. B. < 4 mil). Daher ist es sehr schwierig, ionische Rückstände, die auf den gelöteten Regionen zurückbleiben, nach dem Lötverfahren zu entfernen (d. h zu reinigen). Selbst in Verfahren, in denen die gelöteten Regionen zugänglich sind (was Reinigungsvorgänge erleichtert), erzeugen Reinigungsvorgänge Umweltprobleme, welche die Entsorgung des während der Reinigungsvorgänge erzeugten Abfalls einschließen.
Es sind einige No-Clean-Flussmittel mit wenig Rückständen und einem niedrigen Feststoffgehalt kommerziell erhältlich. Eine Flussmittelzusammensetzung, von der behauptet wird, dass sie Flussmittelrückstände beim Löten elektronischer Komponenten wesentlich minimiert oder im Wesentlichen beseitigt, ist in der US-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 20100175790, von Duchesne et al. offenbart. Duchesne et al. offenbaren eine Stoffzusammensetzung, umfassend ein Flussmittel, wobei das Flussmittel im Wesentlichen aus einer Kombination aus: (a) einem Flussmittel und (b) einem Lösungsmittel besteht; wobei das Flussmittel: (1) eine Ketosäure oder (2) eine Estersäure oder (3) ein Gemisch aus der Ketosäure und der Estersäure umfasst; und wobei das Lösungsmittel ein Gemisch aus einem klebrigen Lösungsmittel, ausgewählt aus mehrwertigen Alkoholen oder Gemischen davon, und einem nicht klebrigen Lösungsmittel, ausgewählt aus einwertigen Alkoholen oder Gemischen davon, umfasst.
Trotz allem besteht nach wie vor Bedarf an Flussmittelzusammensetzungen, die nicht aushärten, funktionssichere Lötstellen begünstigen und so angepasst werden können, dass die Kompatibilität mit herkömmlichen Epoxid-basierenden Unterfüllungsmaterialien verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Flussmittelzusammensetzung, die als Ausgangskomponenten: eine Carbonsäure und ein Flussmittel, dargestellt durch die Formel I:
worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-80-Arylalkylgruppe; und worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff sind, umfasst.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf einen elektrischen Kontakt, umfassend: das Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes; das Bereitstellen einer Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung; das Aufbringen der Flussmittelzusammensetzung auf den elektrischen Kontakt; das Bereitstellen eines Lots; das Schmelzen des Lots und das Verdrängen der auf den elektrischen Kontakt aufgebrachten Flussmittelzusammensetzung mit dem geschmolzenen Lot; wobei das geschmolzene Lot einen physikalischen Kontakt zu dem elektrischen Kontakt herstellt und an den elektrischen Kontakt bindet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung soll das Verträglichmachen mit verschiedenen Unterfüllungszusammensetzungen fördern, so dass die gelöteten Oberflächen vor der Aufbringung einer Unterfüllungszusammensetzung zur Bildung einer endgültigen elektrischen Verbindung bevorzugt nicht gereinigt werden müssen.
Wie hierin und in den anhängenden Ansprüchen verwendet, bezieht sich der Ausdruck „No-Clean-Flussmittelzusammensetzung” auf Flussmittelzusammensetzungen, die eine geringe oder keine Flussmittelrestaktivität mit < 0,5 Gew.-% Halogenidgehalt zeigen (d. h. Flussmittel, die unter IPC J-STD-004B als ein ORL1 oder ORL0 eingestuft werden).
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst (besteht im Wesentlichen aus) als Ausgangskomponenten: eine Carbonsäure und ein Flussmittel, dargestellt durch die Formel I.
Bevorzugt ist die Flussmittelzusammensetzung eine nicht härtende Zusammensetzung (d. h. die Flussmittelzusammensetzung ist frei von Verbindungen mit zwei oder mehr reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül, die unter Lötbedingungen unter Bildung intermolekularer kovalenter Bindungen reagieren können und wobei das Aminflussmittel frei ist von zwei oder mehr reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül, die unter Lötbedingungen unter Bildung intermolekularer kovalenter Bindungen reagieren können).
Bevorzugt ist die in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Carbonsäure ausgewählt aus aliphatischen C_8-20-Monocarbonsäuren; aliphatischen C_2-20-Dicarbonsäuren; aromatischen C_6-20-Carbonsäuren und Gemischen davon. Stärker bevorzugt ist die in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Carbonsäure ausgewählt aus Octansäure; Nonansäure; Undecansäure; Dodecansäure; Tridecansäure; Tetradecansäure; Pentadecansäure; Hexadecansäure; Heptadecansäure; Stearinsäure; Hydroxystearinsäure; Ölsäure; Linolsäure; α-Linolensäure; Eicosansäure; Oxalsäure; Malonsäure; Bernsteinsäure; Apfelsäure; Glutarsäure; Adipinsäure; Pimelinsäure; Korksäure; Benzoesäure; Phthalsäure; Isophthalsäure; Terephthalsäure; Hemimellithsäure; Trimellithsäure; Trimesinsäure; Mellophansäure; Prehnitsäure; Pyromellithsäure; Mellithsäure; Toluylsäure; Xylylsäure; Hemellithsäure; Mesitylensäure; Prehnitsäure; Zimtsäure; Salicylsäure; Benzoesäure (z. B. Benzoesäure; 2,3-Dihydroxybenzoesäure; 2,4-Dihydroxybenzoesäure; 2,5-Dihydroxybenzoesäure (Gentisinsäure); 2,6-Dihydroxybenzoesäure; 3,5-Dihydroxybenzoesäure; 3,4,5-Trihydroxybenzoesäure (Gallussäure)); Naphthoesäure (z. B. Naphthoesäure; 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,5-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,7-Dihydroxy-2-naphthoesäure); Phenolphthalin; Diphenolsäure und Gemischen davon. Noch stärker bevorzugt ist die in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Carbonsäure ausgewählt aus Naphthoesäure (z. B. Naphthoesäure; 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,5-Dihydroxy-2-naphthosäure; 3,7-Dihydroxy-2-naphthoesäure), Stearinsäure; Hydroxystearinsäure; Ölsäure; Linolsäure; α-Linolensäure und Eicosansäure und Gemischen davon. Noch stärker bevorzugt ist die in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Carbonsäure ausgewählt aus Naphthoesäure (z. B. Naphthoesäure; 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,5-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,7-Dihydroxy-2-naphthoesäure), Stearinsäure; Hydroxystearinsäure; Ölsäure und Gemischen davon. Am stärksten bevorzugt ist die in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Carbonsäure ausgewählt aus Naphthoesäure, einer C₁₈-Carbonsäure und Gemischen davon; wobei die Naphthoesäure ausgewählt ist aus 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure; 3,5-Dihydroxy-2-naphthoesäure; und die C₁₈-Carbonsäure ausgewählt ist aus Stearinsäure, Hydroxystearinsäure und Ölsäure.
Das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel hat die Formel I, worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus Wasserstoff, einer substituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-80-Arylalkylgruppe (worin R¹, R², R³ und R⁴ bevorzugt unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C_1-20-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-20-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-30-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-30-Arylalkylgruppe); worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff ist/sind. Bevorzugt ist/sind einer bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Stärker bevorzugt ist/sind zwei bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Noch stärker bevorzugt sind zwei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Am stärksten bevorzugt ist einer von R¹ und R² Wasserstoff und einer von R³ und R⁴ Wasserstoff. Die R¹-, R²-, R³- und R⁴-Gruppen des Flussmittels, dargestellt durch Formel I, sind bevorzugt so gewählt, dass sie: dem Flussmittel die für eine vorgegebene Anwendung gewünschten rheologischen Eigenschaften verleihen; die Bildung des Flussmittelkomplexes mit der Carbonsäure erleichtern; gegebenenfalls das Flussmittel mit einem vorgegebenen Lösungsmittelpaket zur Abgabe auf die zu lötende(n) Oberfläche(n) verträglich machen; und gegebenenfalls das Flussmittel mit einer vorgegebenen Verkapselungszusammensetzung (z. B. einem Epoxidharz), die nach dem Löten zur Bildung einer verkapselten Lötverbindung (z. B. zur Verwendung in herkömmlichen Flip-Chip-Unterfüllungsanwendungen) verwendet wird, verträglich machen. Die R¹-, R²-, R³- und R⁴-Gruppen des Flussmittels gemäß Formel I sind bevorzugt so gewählt, dass sie das Flussmittel mit einer vorgegebenen Verkapselungszusammensetzung verträglich machen, so dass die Flussmittelzusammensetzung keine No-Clean-Flussmittelzusammensetzung ist. Ebenso sind die R¹-, R²-, R³- und R⁴-Gruppen des Flussmittels gemäß Formel I bevorzugt so gewählt, dass sie das Flussmittel mit einer Siedepunkttemperatur, bestimmt durch Differential-Scanning-Kalorimetrie, von ε 250°C (stärker bevorzugt ε 300°C, am stärksten bevorzugt ε 325°C) und einem prozentualen Gewichtsverlust von δ 10 Gew.-% beim Erwärmen auf 250°C versehen, bestimmt durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min, ausgehend von 25°C.
Stärker bevorzugt hat das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel die Formel I; worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-80-Arylalkylgruppe; worin die Substitutionen in der substituierten C_1-80-Alkylgruppe und der substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe ausgewählt sind aus mindestens einer von einer -OH-Gruppe, einer -OR⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -C(O)R⁵-Gruppe, einer -CHO-Gruppe, einer -COOR⁵-Gruppe, einer -OC(O)OR⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)NR⁵ ₂-Gruppe, einer -OC(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -C(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -CN-Gruppe, einer -N(R⁶)-Gruppe und einer -NO₂-Gruppe (bevorzugt mindestens einer von einer -OH-Gruppe, einer -OR⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -C(O)R⁵-Gruppe, einer -CHO-Gruppe, einer -COOR⁵-Gruppe, einer -OC(O)OR⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)NR⁵ ₂-Gruppe, einer -OC(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -C(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -CN-Gruppe und einer -NO₂-Gruppe); worin R⁵ ausgewählt ist aus einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe; worin R⁶ ausgewählt ist aus einem Wasserstoff, einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe; und worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff sind. Die substituierte C_1-80-Alkylgruppe und die substituierte C_7-80-Arylalkylgruppe können Kombinationen von Substitutionen enthalten. Beispielsweise können die substituierte C_1-80-Alkylgruppe und die substituierte C_7-80-Arylalkylgruppe: mehr als eine Art derselben Substitution (z. B. zwei -OH-Gruppen) enthalten; mehr als eine Art von Substitution (z. B. eine -OH-Gruppe und eine -COR⁵-Gruppe) enthalten; mehr als eine Art von Substitution mit mehr als einer Art derselben Substitution (z. B. zwei -OH-Gruppen und zwei -OR⁵-Gruppen) enthalten. Bevorzugt ist/sind einer bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Stärker bevorzugt ist/sind zwei bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Noch stärker bevorzugt sind zwei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Am stärksten bevorzugt ist einer von R¹ und R² Wasserstoff und einer von R³ und R⁴ Wasserstoff.
Noch stärker bevorzugt hat das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel die Formel I; worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus Wasserstoff, einer substituierten C_1-20-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-20-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-30-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-30-Arylalkylgruppe; wobei die Substitutionen in der substituierten C_1-20-Alkylgruppe und der substituierten C_7-30-Arylalkylgruppe ausgewählt sind aus mindestens einer von einer -OH-Gruppe, einer -OR⁷-Gruppe, einer -COR⁷-Gruppe, einer -COR⁷-Gruppe, einer -C(O)R⁷-Gruppe, einer -CHO-Gruppe, einer -COOR⁷-Gruppe, einer -OC(O)OR⁷-Gruppe, einer -S(O)(O)R⁷-Gruppe, einer -S(O)R⁷-Gruppe, einer -S(O)(O)NR⁷ ₂-Gruppe, einer -OC(O)NR⁸ ₂-Gruppe, einer -C(O)NR⁸ ₂-Gruppe, einer -CN-Gruppe, einer -N(R⁸)-Gruppe und einer -NO₂-Gruppe (bevorzugt mindestens einer von einer -OH-Gruppe, einer -OR⁷-Gruppe, einer -COR⁷-Gruppe, einer -COR⁷-Gruppe, einer -C(O)R⁷-Gruppe, einer -CHO-Gruppe, einer -COOR⁷-Gruppe, einer -OC(O)OR⁷-Gruppe, einer -S(O)(O)R⁷-Gruppe, einer -S(O)R⁷-Gruppe, einer -S(O)(O)NR⁷ ₂-Gruppe, einer -OC(O)NR⁸ ₂-Gruppe, einer -C(O)NR⁸ ₂-Gruppe, einer -CN-Gruppe und einer -NO₂-Gruppe); worin R⁷ ausgewählt ist aus einer C_1-19-Alkylgruppe, einer C_3-19-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-19-Arylalkylgruppe und einer C_7-19-Alkylarylgruppe; worin R⁸ ausgewählt ist aus Wasserstoff, einer C_1-19-Alkylgruppe, einer C_3-19-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-19-Arylalkylgruppe und einer C_7-19-Alkylarylgruppe; und worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff sind. Die substituierte C_1-20-Alkylgruppe und die substituierte C_7-30-Arylalkylgruppe können Kombinationen von Substitutionen enthalten. Beispielweise können die substituierte C_1-20-Alkylgruppe und die substituierte C_7-30-Arylalkylgruppe: mehr als eine Art derselben Substitution (z. B. zwei -OH-Gruppen) enthalten; mehr als eine Art von Substitution (z. B. eine -OH-Gruppe und eine -COR⁷-Gruppe) enthalten; mehr als eine Art von Substitution mit mehr als einer Art derselben Substitution (z. B. zwei -OH-Gruppen und zwei -COR⁷-Gruppen) enthalten. Bevorzugt ist/sind einer bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Stärker bevorzugt sind zwei bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Noch stärker bevorzugt sind zwei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Am stärksten bevorzugt ist einer von R¹ und R² Wasserstoff und einer von R³ und R⁴ Wasserstoff.
Noch stärker bevorzugt weist das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel die Formel I auf; worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer -CH₂CH(OH)R⁹- und einer -CH₂CH(OH)CH₂-O-R⁹-Gruppe; worin R⁹ ausgewählt ist aus einem Wasserstoff, einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-16-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe (worin R⁹ bevorzugt ausgewählt ist aus einer C_5-10-Alkylgruppe, einer C_6-16-Arylgruppe und einer C_7-16-Alkylarylgruppe; worin R⁹ am stärksten bevorzugt ausgewählt ist aus einer C₈-Alkylgruppe, einer C₇-Alkylarylgruppe und einer Naphthylgruppe); und worin null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff sind. Bevorzugt sind ein bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Stärker bevorzugt sind zwei bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Noch stärker bevorzugt sind zwei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff. Am stärksten bevorzugt ist einer von R¹ und R² Wasserstoff und einer von R³ und R⁴ Wasserstoff.
Bevorzugt weist das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel die Formel I auf; worin R¹ und R³ Wasserstoff sind, worin R² und R⁴ eine -CH₂CH(OH)CH₂-O-R⁹-Gruppe sind; worin R⁹ ausgewählt ist aus einer C_5-10-Alkylgruppe, einer C_7-16-Alkylarylgruppe, einer Naphthylgruppe, einer Biphenylgruppe und einer substituierten C_12-16-Biphenylgruppe (worin R⁹ am stärkten bevorzugt ausgewählt ist aus einer C₈-Alkylgruppe, einer C₇-Alkylarylgruppe und einer Naphthylgruppe). Bevorzugt ist die Flussmittelzusammensetzung eine No-Clean-Flussmittelformulierung.
Bevorzugt umfasst die härtbare Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als Ausgangskomponenten: eine Carbonsäure und ein Aminflussmittel, dargestellt durch die Formel I, in einem Aminflussmittel-Aminstickstoff-zu-Carbonsäure-Säuregehalt-(-COOH)-Äquivalentverhältnis von 1:1 bis 20:1 (stärker bevorzugt 1:1 bis 10:1; am stärksten bevorzugt 1:1 bis 4:1). Bevorzugt bilden bei Vereinigung die Carbonsäure und das durch Formel I dargestellte Aminflussmittel einen Flussmittelkomplex. Bevorzugt ist der gebildete Flussmittelkomplex ein Säure-Basen-Komplex. Bevorzugt zeigt der Flussmittelkomplex einen prozentualen Gewichtsverlust von ≤ 25 Gew.-% (stärker bevorzugt ≤ 20 Gew.-%; am stärksten bevorzugt ≤ 15 Gew.-%) beim Erwärmen auf 230°C, was durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min ausgehend von 25°C bestimmt wurde.
Gegebenenfalls ist das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel ein Dimer mit einer Formel, ausgewählt aus Formel IIa, IIb und IIc; wobei das Dimer ein erstes Mer gemäß Formel I und ein zweites Mer gemäß Formel 1 ist; worin einer von R¹, R², R³ und R⁴ des ersten Mers und einer von R¹, R², R³ und R⁴ des zweiten Mers koinzidieren, was das erste und das zweite Mer verbindet.
Ein Beispiel für ein Dimer gemäß Formel (IIa) ist 1-(2-Ethylhexyloxy)-3-(4-(2-(3-(4-(2-(4-(3-(4-(2-(3-(heptan-3-yloxy)-2-hydroxypropylamino)propan-2-yl)-1-methylcyclohexylamino)-2-hydroxypropoxy)phenyl)propan-2-yl)phenoxy)-2-hydroxypropylamino)propan-2-yl)-1-methylcyclohexylamino)propan-2-ol, wie folgt:
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Lösungsmittel. Das Lösungsmittel ist gegebenenfalls in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthalten, um die Abgabe des Flussmittels auf die zu lötende(n) Oberfläche oder Oberflächen zu erleichtern. Bevorzugt enthält die Flussmittelzusammensetzung 8 bis 95 Gew.-% Lösungsmittel. Das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel ist bevorzugt ein organisches Lösungsmittel, ausgewählt aus Kohlenwasserstoffen (z. B. Dodecan, Tetradecan); aromatischen Kohlenwasserstoffen (z. B. Benzol, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Butylbenzoat, Dodecylbenzol); Ketonen (z. B. Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon); Ethern (z. B. Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan und Tetrahydrofuran, 1,3-Dioxalan, Dipropylolglycoldimethylether); Alkoholen (z. B. 2-Methoxyethanol, 2-Butoxyethanol, Methanol, Ethanol, Isopropanol, α-Terpineol, Benzylalkohol, 2-Hexyldecanol); Estern (z. B. Ethylacetat, Ethyllactat, Butylacetat, Diethyladipat, Diethylphthalat, Diethylenglycolmonobutylacetat, Propylenglycolmonomethyletheracetat, Ethyllactat, Methyl-2-hydroxyisobutyrat, Propylenglycolmonomethyletheracetat) und Amiden (z. B. N-Methylpyrrolidon, N,N-Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid); Glycolderivaten (z. B. Cellosolve, Butylcellosolve); Glycolen (z. B. Ethylenglycol; Diethylenglycol; Dipropylenglycol; Triethylenglycol; Hexylenglycol; 1,5-Pentandiol); Glycolethern (z. B. Propylenglycolmonomethylether, Methylcarbitol, Butylcarbitol) und Petrol-Lösungsmitteln (z. B. Petrolether, Benzin). Stärker bevorzugt ist das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, ausgewählt aus Methylethylketon; 2-Propanol; Propylenglycolmonomethylether; Propylenglycolmonomethyletheracetat; Ethyllactat und Methyl-2-hydroxyisobutyrat. Am stärksten bevorzugt ist das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel Propylenglycolmonomethylether.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Verdickungsmittel. Bevorzugt enthält die Flussmittelzusammensetzung 0 bis 30 Gew.-% des Verdickungsmittels. Das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Verdickungsmittel kann ausgewählt sein aus nicht härtenden Harzmaterialien (d. h. mit < 2 reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül), wie zum Beispiel einem nicht härtenden Novolakharz.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Thixotropiermittel. Bevorzugt enthält die Flussmittelzusammensetzung 1 bis 30 Gew.-% des Thixotropiermittels. Das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Thixotropiermittel kann ausgewählt sein aus Fettsäureamiden (z. B. Stearamid, Hydroxystearinsäurebisamid); Fettsäureestern (z. B. Kastorwachs, Bienenwachs, Karnaubawachs); organischen Thixotropiermitteln (z. B. Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Diglycerinmonooleat, Diglycerinlaurat, Decaglycerinoleat, Diglycerinmonolaurat, Sorbitanlaurat); anorganischen Thixotropiermitteln (z. B. Siliciumdioxidpulver, Kaolinpulver). Bevorzugt ist das verwendete Thixotropiermittel ausgewählt aus einem Polyethylenglycol und einem Fettsäureamid.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls einen anorganischen Füllstoff. Anorganische Füllstoffe können ausgewählt sein aus Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Alumosilicat, Cordierit, Lithiumaluminiumsilicat, Magnesiumaluminat, Magnesiumhydroxid, Ton, Talk, Antimontrioxid, Antimonpentoxid, Zinkoxid, kolloidem Siliciumdioxid, Quarzgut, Glaspulver, Quarzpulver und Glasmikrokügelchen.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Antioxidationsmittel. Bevorzugt enthält die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung 0,01 bis 30 Gew.-% Antioxidationsmittel.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Additiv, ausgewählt aus Mattierungsmitteln, Färbemitteln, Entschäumern, Dispersionsstabilisatoren, Chelatbildnern, thermoplastischen Teilchen, UV-undurchlässigen Mitteln, Flammhemmern, Egalisierungshilfsmitteln, Adhäsionsbeschleunigern und Reduktionsmitteln.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst bevorzugt (besteht im Wesentlichen aus) 3,99 bis 100 Gew.-% eines Flussmittelkomplexes, gebildet durch die Kombination einer Carbonsäure mit einem Flussmittel, dargestellt durch die Formel I. Bevorzugt umfasst die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung (besteht im Wesentlichen aus): 3,99 bis 100 Gew.-% eines Flussmittelkomplexes, gebildet durch die Kombination einer Carbonsäure mit einem Flussmittel, dargestellt durch die Formel I, 0 bis 95 Gew.-% (stärker bevorzugt 8 bis 95 Gew.-%) eines Lösungsmittels, 0 bis 30 Gew.-% eines Verdickungsmittels, 0 bis 30 Gew.-% (stärker bevorzugt 1 bis 30 Gew.-%) eines Thixotropiermittels und 0 bis 30 Gew.-% (stärker bevorzugt 0,01 bis 30 Gew.-%) eines Antioxidationsmittels.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise bei der Herstellung elektronischer Komponenten, elektronischer Module und Leiterplatten verwendet werden. Die Flussmittelzusammensetzung kann mit irgendeiner herkömmlichen Technik, einschließlich Nassbestäubungstechniken, Flüssigschaumtechniken, Greif- und Tauchtechniken und Wellentechniken oder irgendeine andere herkömmliche Technik, mit der eine Flüssigkeit oder eine halbfeste Substanz auf einem Siliciumchip oder einem -substrat verteilt werden kann, auf die zu lötende(n) Oberfläche(n) aufgebracht werden.
Die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner gegebenenfalls ein Lötpulver; wobei die Flussmittelzusammensetzung eine Lotpaste ist. Bevorzugt ist das Lötpulver eine Legierung, ausgewählt aus Sn/Pb, Sn/Ag, Sn/Ag/Cu, Sn/Cu, Sn/Zn, Sn/Zn/Bi, Sn/Zn/Bi/In, Sn/Bi und Sn/In (wobei das Lötpulver bevorzugt eine Legierung ist, ausgewählt aus 63 Gew.-% Sn/37 Gew.-% Pb; 96,5 Gew.-% Sn/3,5 Gew.-% Ag; 96 Gew.-% Sn/3,5 Gew.-% Ag/0,5 Gew.-% Cu; 96,4 Gew.-% Sn/2,9 Gew.-% Ag/0,5 Gew.-% Cu; 96,5 Gew.-% Sn/3 Gew.-% Ag/0,5 Gew.-% Cu; 42 Gew.-% Sn/58 Gew.-% Bi; 99,3 Gew.-% Sn/0,7 Gew.-% Cu; 91 Gew.-% Sn/9 Gew.-% Zn und 89 Gew.-% Sn/8 Gew.-% Zn/3 Gew.-% Bi).
Die Lotpaste umfasst bevorzugt: 1 bis 50 Gew.-% (stärker bevorzugt 5 bis 30 Gew.-%, am stärksten bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%) eines Flussmittelkomplexes, gebildet durch die Kombination einer Carbonsäure mit einem Flussmittel, dargestellt durch die Formel I, und 50 bis 99 Gew.-% eines Lötpulvers. Die Lotpaste kann durch herkömmliche Techniken, beispielsweise durch Kneten und Mischen des Lötpulvers mit dem Flussmittelkomplex unter Verwendung der für derartige Vorgänge herkömmlichen Ausrüstung, vermischt werden.
Die Lotpaste kann beispielsweise bei der Herstellung elektronischer Komponenten, elektronischer Module und Leiterplatten verwendet werden. Die Lotpaste kann mit irgendeiner herkömmlichen Technik, einschließlich Drucken der Lotpaste durch eine herkömmliche Lötmaske unter Verwendung eines Lötdruckers oder Siebdruckers, auf die zu lötende(n) Oberfläche(n) aufgebracht werden.
Das in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittel kann unter Verwendung herkömmlicher Synthesetechniken, die dem Fachmann allgemein bekannt sind, hergestellt werden.
Der in der Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Flussmittelkomplex kann beispielsweise hergestellt werden durch: (a) Kombinieren eines Flussmittels gemäß Formel I mit einer Carbonsäure (siehe z. B. Beispiel 8) oder (b) Zugeben einer Carbonsäure zu irgendeinem Zeitpunkt während der Herstellung eines Flussmittels gemäß Formel I. Beispielsweise kann unter (b) eine Carbonsäure mit Menthandiamin gemischt werden (i) bevor das Menthandiamin unter Bildung des Flussmittels gemäß Formel I umgesetzt wird (siehe z. B. Beispiel 9) oder (ii) zu irgendeinem Zeitpunkt während der Umsetzung des Menthandiamins zur Bildung des Flussmittels gemäß Formel I (siehe z. B. Beispiel 10). Gegebenenfalls können das Flussmittel gemäß Formel I und die Carbonsäure in einem Lösungsmittel (z. B. 1,3-Dioxolan) kombiniert werden, um so die Bildung des Flussmittelkomplexes zu erleichtern. Das Lösungsmittel kann dann eingedampft werden, wobei der Flussmittelkomplex zurückbleibt.
Das Verfahren zum Aufbringen von Lot auf einen elektrischen Kontakt der vorliegenden Erfindung umfasst: das Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes; das Bereitstellen einer Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung; das Aufbringen der Flussmittelzusammensetzung auf den elektrischen Kontakt; das Bereitstellen eines Lots; Schmelzen des Lots und Verdrängen der auf den elektrischen Kontakt aufgebrachten Flussmittelzusammensetzung mit dem geschmolzenen Lot; wobei das geschmolzene Lot einen physikalischen Kontakt zu dem elektrischen Kontakt herstellt und an den elektrischen Kontakt bindet. In dem Verfahren kommt das geschmolzene Lot wünschenswerterweise in engen Kontakt mit dem elektrischen Kontakt und unterstützt so die Bildung einer metallischen Bindung zwischen dem Lötmaterial und dem elektrischen Kontakt, was eine gute mechanische und elektrische Bindung zwischen dem Lot und dem elektrischen Kontakt zur Folge hat. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann irgendeine herkömmliche Löttechnik verwendet werden. Beispielsweise kann zur Erwärmung des elektrischen Kontakts und des Lots auf eine Temperatur über der Schmelzpunkttemperatur des Lots ein Lötkolben oder -eisen verwendet werden. Es kann ein Lötbad verwendet werden, wobei das Lot im flüssigen Zustand durch Eintauchen des elektrischen Kontaktes in das geschmolzene Lot auf den elektrischen Kontakt überführt wird. Es können die herkömmlichen Wellenlöttechniken zum Einsatz kommen. Auch Reflow-Löttechniken können verwendet werden, wobei das Lot, das zuvor auf einem zweiten elektrischen Kontakt abgeschieden wurde, in die Nähe des ersten elektrischen Kontaktes gebracht und auf eine Temperatur über der Schmelzpunkttemperatur des Lots erwärmt wird, wobei das Lot schmilzt und zurückfließt, dabei sowohl mit dem ersten elektrischen Kontakt als auch dem zweiten elektrischen Kontakt in Kontakt kommt, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt gebildet wird.
Das Verfahren zum Aufbringen von Lot auf einen elektrischen Kontakt der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls Teil eines Flip-Chip-Lötverfahrens sein, worin ein Halbleiterchip auf einer Leiterplatte montiert wird, wobei der Halbleiterchip mehrere von den ersten elektrischen Kontakten umfasst und wobei die Leiterplatter mehrere von den zweiten elektrischen Kontakten umfasst. In einem solchen Flip-Chip-Verfahren wird die Flussmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung entweder auf eine oder beide von den mehreren ersten elektrischen Kontakten und den mehreren zweiten elektrischen Kontakten aufgebracht, wodurch die Lötbindung der mehreren ersten elektrischen Kontakte an die mehreren zweiten elektrischen Kontakten unter Bildung elektrischer Verschaltungen verbessert wird. Bevorzugt umfasst das Flip-Chip-Lötverfahren ferner einen Unterfüllungsschritt, in dem ein hitzehärtbares Harz zum Verkapseln der elektrischen Verschaltungen bereitgestellt wird. Am stärksten bevorzugt ist das hitzehärtbare Harz ein Epoxidharz.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der folgenden Beispiele ausführlich beschrieben.
Beispiele 1–5: Synthese des Flussmittels
Die in Tabelle 1 angegebenen Flussmittel wurden aus den in Tabelle 1 angegeben Materialien unter Anwendung der folgenden Vorgehensweise hergestellt. Im Speziellen wurde in ein Reaktionsgefäß, ausgestattet mit einem Heizelement und einem Rührer, (0,1 mol) Menthandiamin (erhältlich von The Dow Chemical Company als Primene^TM MD) gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde dann mit Stickstoff inaktiviert, und dann wurde (0,2 mol) Reagens A, angegeben in Tabelle 1, unter Rühren bei Umgebungstemperatur in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Sollwerttemperatur an dem Heizelement wurde dann auf 75°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Sollwerttemperatur des Heizelements wurde dann auf 140°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Sollwerttemperatur des Heizelements wurde dann auf 80°C gesenkt, und ein Vakuum wurde auf das Reaktionsgefäß aufgezogen, wodurch der Druck in dem Gefäß auf 30 mmHg reduziert wurde. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden unter diesen Bedingungen für weitere zwei (2) Stunden gerührt, was das in Tabelle 1 angegebene Flussmittelprodukt ergab. Die Siedepunkttemperatur der Flussmittelprodukte für die Beispiele 1–3 wurde dann durch Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) unter Anwendung einer Steigerung von 10°C/min, ausgehend von 25°C, auf 500°C gemessen. Die gemessene Siedepunkttemperatur (BPT) für die Flussmittelprodukte der Beispiele 1–3 ist in Tabelle 1 angegeben. Ebenso wurde der prozentuale Gewichtsverlust der Flussmittelprodukte der Beispiele 1–3 beim Erwärmen auf 250°C durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Anwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min, ausgehend von 25°C, gemessen. Der gemessene Gewichtsverlust (WL) für die Flussmittelprodukte der Beispiele 1–3 ist in Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Beispiel 6: Synthese eines dimeren Flussmittels
Ein dimeres Flussmittel wurde unter Anwendung der folgenden Vorgehensweise hergestellt. In ein Reaktionsgefäß mit einem Rührstab wurden (34 g) Menthandiamin (erhältlich von The Dow Chemical Company als Primene^TM) und (37,4 g) eines flüssigen Reaktionsproduktes von Epichlorhydrin und Bisphenol-A (erhältlich von The Dow Chemical Company als D.E.R.^TM 331^TM) gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf einer Heizplatte mit Magnetrührtauglichkeit platziert. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, wodurch ein Feststoff daraus wurde. Dann wurde (37,2 g) 2-Ethylhexylglycidylether (erhältlich von Momentive Performance Materials) in das Reaktionsgefäß geladen. Das Reaktionsgefäß wurde dann mit einer einstündigen Steigerung, ausgehend von Raumtemperatur, auf 150°C erwärmt und dann drei Stunden bei 150°C gehalten. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes konnten dann auf Raumtemperatur abkühlen, was ein dimeres Flussmittelprodukt ergab.
Beispiel 7: Synthese eines dimeren Flussmittels
Ein anderes dimeres Flussmittel wurde unter Anwendung der folgenden Vorgehensweise hergestellt. In ein Reaktionsgefäß mit einem Rührstab wurden (34 g) Menthandiamin (erhältlich von The Dow Chemical Company als Primene^TM) und (37,4 g) eines flüssigen Epoxidharz-Reaktionsproduktes von Epichlorhydrin und Bisphenol-A (erhältlich von The Dow Chemical Company als D.E.R.^TM 331^TM) gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf einer Heizplatte mit Magnetrührtauglichkeit platziert. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, wodurch ein Feststoff daraus wurde. Dann wurde (40,0 g) 1-Naphthylglycidylether (erhältlich von Momentive Performance Materials) in das Reaktionsgefäß geladen. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf 75°C erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde gehalten. Das Reaktionsgefäß wurde dann mit einer einstündigen Steigerung, ausgehend von 75°C, auf 150°C erwärmt und dann drei Stunden bei 150°C gehalten. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes konnten dann auf Raumtemperatur abkühlen, was ein dimeres Flussmittelprodukt ergab.
Beispiel 8: Herstellung des Flussmittelkomplexes
Das gemäß der in Beispiel 1 angegebenen Vorgehensweise hergestellte Flussmittel (18,07 g; 33,3 mmol) wurde von Hand mit 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure (1,69 g; 8,3 mmol) unter Umgebungsbedingungen unter Verwendung eines Spatels gemischt, wodurch ein Flussmittelkomplex mit einem Flussmittel-Aminstickstoff-zu-Carbonsäure-Säuregehalt-(-COOH)-Äquivalentverhältnis von 2:1 gebildet wurde.
Der prozentuale Gewichtsverlust aus dem Flussmittelkomplex beim Erwärmen auf 230°C wurde durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min ausgehend von 25°C gemessen. Der gemessene Gewichtsverlust (WL) für den Flussmittelkomplex betrug 14,2 Gew.-%.
Beispiel 9: Herstellung des Flussmittelkomplexes
In ein Reaktionsgefäß mit einem Rührstab wurde (0,33 mol) Menthandiamin (erhältlich von The Dow Chemical Company als Primene^TM MD) gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf einer Heizplatte mit Magnetrührtauglichkeit platziert. Das Reaktionsgefäß wurde dann mit Stickstoff inaktiviert, und dann wurde (0,66 mol) 2-Ethylhexylglycidylether (von Hexion Specialty Chemicals) unter Rühren bei Umgebungstemperatur in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Sollwerttemperatur an der Heizplatte wurde dann auf 75°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Sollwerttemperatur der Heizplatte wurde dann auf 140°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden dann auf 75°C abgekühlt, und dann wurde langsam über 30 Minuten 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure (16,9 g; 0,083 mol) in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Sollwerttemperatur der Heizplatte wurde dann auf 80°C eingestellt, und ein Vakuum wurde auf das Reaktionsgefäß gezogen, was den Druck in dem Gefäß auf 30 mmHg reduzierte. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden unter diesen Bedingungen weitere zwei (2) Stunden gerührt, wodurch ein Flussmittelkomplex gebildet wurde.
Der prozentuale Gewichtsverlust aus dem Flussmittelkomplex beim Erwärmen auf 230°C wurde durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min ausgehend von 25°C gemessen. Der gemessene Gewichtsverlust (WL) für den Flussmittelkomplex betrug 14,7 Gew.-%.
Beispiel 10: Herstellung eines Flussmittelkomplexes
In ein Reaktionsgefäß mit einem Rührstab wurde (0,33 mol) Menthandiamin (erhältlich von The Dow Chemical Company als Primene^TM MD) gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf einer Heizplatte mit Magnetrührtauglichkeit platziert. Das Reaktionsgefäß wurde dann mit Stickstoff inaktiviert, und (0,083 mol) 1,4-Dihydroxy-2-naphthoesäure wurden langsam über 30 Minuten bei Umgebungstemperatur unter Rühren zugegeben. (0,66 mol) 2-Ethylhexylglycidylether (von Hexion Specialty Chemicals) wurden dann unter Rühren bei Umgebungstemperatur in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Sollwerttemperatur an der Heizplatte wurde dann auf 75°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Sollwerttemperatur der Heizplatte wurde dann auf 140°C erhöht, und die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden für weitere zwei (2) Stunden gerührt. Die Sollwerttemperatur der Heizplatte wurde dann auf 80°C eingestellt, und ein Vakuum wurde auf das Reaktionsgefäß gezogen, was den Druck in dem Gefäß auf 30 mmHg reduzierte. Die Inhalte des Reaktionsgefäßes wurden unter diesen Bedingungen weitere zwei (2) Stunden gerührt, wodurch ein Flussmittelkomplex gebildet wurde.
Der prozentuale Gewichtsverlust aus dem Flussmittelkomplex beim Erwärmen auf 230°C wurde durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung einer Temperatursteigerung von 10°C/min ausgehend von 25°C gemessen. Der gemessene Gewichtsverlust (WL) für den Flussmittelkomplex betrug 13,8 Gew.-%.
Beispiel 11: Bewertung der Fließfähigkeit
Die Fließfähigkeit des gemäß Beispiel 10 hergestellten Flussmittelkomplexes wurde unter Anwendung der folgenden Vorgehensweise bewertet. Ein Kupferstreifen wurde als ein zu lötender elektrischer Kontakt verwendet. Ein kleiner Tropfen des gemäß Beispiel 10 hergestellten Flussmittelkomplexes wurde auf der zu lötenden Oberfläche des Kupferstreifens verteilt. Vier Kugeln mit einem Durchmesser von 0,381 mm aus einem bleifreien Lot (95,5 Gew.-% Sn/4,0 Gew.-% Ag/0,5 Gew.-% Cu) wurden in dem Tropfen Flussmittelkomplex auf dem Kupferstreifen platziert. Der Schmelzbereich des verwendeten bleifreien Lots betrug 217 bis 221°C. Der Kupferstreifen wurde dann auf einer auf 145°C vorgeheizten Heizplatte platziert und dort für zwei (2) Minuten gehalten. Die Kupferstreifen wurden dann auf einer anderen auf 260°C vorgeheizten Heizplatte platziert und dort gehalten, bis das Lot die Reflow-Bedingungen erreichte. Der Kupferstreifen wurde dann aus der Wärme entfernt und durch (a) das Ausmaß der Verschmelzung und des Zusammenfließens der ursprünglich platzierten vier Lötkugeln, (b) die Größe des resultierenden verschmolzenen Lots zur Bewertung des Flusses und der Ausbreitung und (c) die Bindung des Lots an der Oberfläche des Kupferstreifens bewertet. Die Fließfähigkeit des Flussmittelkomplexes wurde mit 4 auf einer Skala von 0 bis 4 bewertet, wobei:
0 = kein Verschmelzen zwischen den Lottropfen und keine Lotbindung am Kupferstreifen;
1,2 = teilweises bis vollständiges Verschmelzen zwischen den Lottropfen, aber keine Lotbindung am Kupferstreifen;
3 = vollständiges Verschmelzen zwischen den Lottropfen, aber nur minimale Lotausbreiteilung und minimaler Lotfluss;
4 = vollständiges Verschmelzen zwischen den Lottropfen, gute Lotverteilung und guter Lotfluss über die Oberfläche des Kupferstreifens und Lotbindung am Kupferstreifen.

Claims

Flussmittelzusammensetzung, umfassend als Ausgangskomponente: eine Carbonsäure und ein Flussmittel, dargestellt durch die Formel I:
wobei R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer substituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer unsubstituierten C_1-80-Alkylgruppe, einer substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe und einer unsubstituierten C_7-80-Arylalkylgruppe; und wobei null bis drei von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff sind.
Flussmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Carbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen C_8-20-Monocarbonsäuren; aliphatischen C_2-20-Dicarbonsäuren; aromatischen C_6-20-Carbonsäuren und Gemischen davon.
Flussmittelzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die Carbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Octansäure; Nonansäure; Undecansäure; Dodecansäure; Tridecansäure; Tetradecansäure; Pentadecansäure; Hexadecansäure; Heptadecansäure; Stearinsäure; Hydroxystearinsäure; Ölsäure; Linolsäure; α-Linolensäure; Eicosansäure; Oxalsäure; Malonsäure; Bernsteinsäure; Apfelsäure; Glutarsäure; Adipinsäure; Pimelinsäure; Korksäure; Benzoesäure; Phthalsäure; Isophthalsäure; Terephthalsäure; Hemimellithsäure; Trimellithsäure; Trimesinsäure; Mellophansäure; Prehnitsäure; Pyromellithsäure; Mellithsäure; Toluylsäure; Xylylsäure; Hemellithsäure; Mesitylensäure; Prehnitsäure; Zimtsäure; Salicylsäure; Benzoesäure; Naphthoesäure; Phenolphthalin; Diphenolsäure und Gemischen davon.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Flussmittelzusammensetzung ein Flussmittel-Aminstickstoff-zu-Carbonsäure-Säuregehalt-(-COOH)-Äquivalentverhältnis von 1:1 bis 20:1 aufweist.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Substitutionen in der substituierten C_1-80-Alkylgruppe und der substituierten C_7-80-Arylalkylgruppe ausgewählt sind aus mindestens einer von einer -OH-Gruppe, einer -OR⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -C(O)R⁵-Gruppe, einer -COR⁵-Gruppe, einer -CHO-Gruppe, einer -COOR⁵-Gruppe, einer -OC(O)OR⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)R⁵-Gruppe, einer -S(O)(O)NR⁵ ₂-Gruppe, einer -OC(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -C(O)NR⁶ ₂-Gruppe, einer -CN-Gruppe, einer -N(R⁶)-Gruppe und einer -NO₂-Gruppe; worin R⁵ ausgewählt ist aus einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe; und worin R⁶ ausgewählt ist aus einem Wasserstoff, einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus einem Wasserstoff, einer -CH₂CH(OH)R⁹- und einer -CH₂CH(OH)CH₂-O-R⁹-Gruppe; wobei R⁹ ausgewählt ist aus einem Wasserstoff, einer C_1-28-Alkylgruppe, einer C_3-28-Cycloalkylgruppe, einer C_6-15-Arylgruppe, einer C_7-28-Arylalkylgruppe und einer C_7-28-Alkylarylgruppe.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens einer von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff ist.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend als Ausgangskomponenten: 0 bis 95 Gew.-% eines Lösungsmittels, 0 bis 30 Gew.-% eines Verdickungsmittels, 0 bis 30 Gew.-% eines Thixotropiermittels und 0 bis 30 Gew.-% eines Antioxidationsmittels.
Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: ein Lötpulver.
Verfahren zum Aufbringen von Lot auf einen elektrischen Kontakt, umfassend: das Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes; das Bereitstellen einer Flussmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; das Aufbringen der Flussmittelzusammensetzung auf den elektrischen Kontakt; das Bereitstellen von Lot; das Schmelzen des Lots und das Verdrängen der auf den elektrischen Kontakt aufgebrachten Flussmittelzu sammensetzung mit dem geschmolzenen Lot; wobei das geschmolzene Lot einen physikalischen Kontakt zu dem elektrischen Kontakt herstellt und an den elektrischen Kontakt bindet.