TW201323377A - 助熔劑組成物及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種助熔劑組成物，包括下列初始成份：羧酸；及式(I)所示之助熔劑：□其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基及未經取代之C7-80芳基烷基；且其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。此外，亦提供一種使用該助熔劑組成物焊接電氣接點的方法。

Description

助熔劑組成物及焊接方法
本發明係關於一種助熔劑組成物，包括下列初始成份：羧酸以及式(I)所示之助熔劑，其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基及未經取代之C7-80芳基烷基；且其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。本發明復關於一種焊接電氣接點之方法。
焊接程序含括人工手動焊接法至自動焊接法。在焊接程序(人工焊接法與自動焊接法兩種)使用的助熔劑材料亦為眾人所知。實際上，單獨焊接的使用通常不會產生可接受的電氣互連。助熔劑材料在焊接過程中提供多種功能。例如，助熔劑材料作用為除去可能已生成於金屬接點(例如焊接區域、接觸墊、接觸針、鍍銅之通孔)的氧化物；以加強焊料至金屬接點之濕潤效果。
有多種方法已經使用在焊接過程中將助熔劑材料施加至金屬接點的表面。在某些方法中，使用含有焊料之助熔劑材料。例如，該等經組合之材料已以併入助熔劑材料之芯之環形線形式提供。當該焊料加熱而熔融時，在該芯之助熔劑材料被活化，而助熔欲藉由熔融焊料互連的表面。焊料糊亦為已知，其中助熔劑材料與焊料粉末係經混煉(compounded)而在該糊中形成焊料粒子之大體 上勻相安定之懸浮液。
一種商業上獨特之自動焊接法之應用係半導體裝置的製造。亦即，回焊程序係常被用於半導體裝置的自動生產，其中，半導體晶片係裝配於印刷電路板(PCB)上。在某些該自動生產方法中，焊料糊使用例如，網版印刷或模板印刷而被施加至印刷電路板。然後使該半導體晶片與PCB接觸且加熱焊料糊以將糊內焊料回焊，而於半導體晶片與PCB間產生電氣互連。該加熱可以，例如，將焊料糊暴露於紅外光或於烘箱中加熱而促進。在某些應用中，該半導體晶片/PCB組裝件係複經實質上填充於半導體晶片與PCB間之填隙的底填充材料處理，以封裝該互連。
由於對大量製造含有持續複雜化和微小化之電路的電子裝置有需求，已出現快速且自動焊接程序，像是例如，彼等併入拾浸程序(pick and dip process)者。在該程序中，助熔劑可藉由將半導體晶片的電氣接點部沈浸於助熔劑浴中而施加至半導體晶片上的複數個電氣接點。在半導體晶片上的經助熔劑塗覆之電氣接點可再與包括對應的電氣接點與焊料球的PCB接觸。然後該焊料球可被加熱以回流互連該半導體晶片與PCB。或者，該拾浸程序可被應用於有電氣接點與預施焊料之裝置組件。在這些程序中，預施焊料係經助熔劑材料沈浸包覆後與對應的電氣接點接觸且加熱至回焊，形成電氣互連。許多電子組件適合該後述製程類別，這是因為他們以載於組件上之足夠量的焊料製造，以促進該組件與另一電子組件(例如PCB)之互連。
在多數情況中，商業上可得之助熔劑的使用將在焊接區留下離子性殘留物，其可能會非所欲地導致電路腐蝕及短路。因此， 在形成焊接互連後需要額外的程序步驟以去除該等殘留物。在半導體裝置製造過程中，在半導體晶片與PCB間所形成的焊接連接造成在半導體晶片與PCB之間相對小之間隙(例如，小於4密耳(mil))。因此，在焊接程序後殘留於焊接區上之離子性殘留物相當難以去除(即清洗)。即使在焊接區是可觸及的(因此，有助清洗操作)程序中，該清洗操作仍造成環境相關議題，包含於清洗操作期間產生之廢料的處理。
一些具有低固體含量之低殘留物免清洗助熔劑在商業上是可取得的。Duchesne等人已於美國專利申請案公開第20100175790號揭露一種助熔劑組成物，其聲稱在焊接電子組件時能實質上減少或實質上除去助熔劑殘留物。Duchesne等人揭露一種包括助熔劑之物料組成物，其中，該助熔劑基本上由以下組合構成：(a)助熔劑；及(b)溶劑；其中，該助熔劑(1)包括酮酸；或(2)包括酯酸；或(3)包括該酮酸與該酯酸之混合物；及其中，該溶劑包括選自多元醇或其混合物之黏性溶劑，及選自單元醇或其混合物之非黏性溶劑之混合物。
儘管如此，仍有非固化性、有助於信賴的焊接連接與可客製化而促進與習用之以環氧化物為主之底填充劑相容之助熔劑組成物的需求。
本發明提供一種助熔劑組成物，包括下列初始成份：羧酸；以及式(I)所示之助熔劑： 其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基、未經取代之C7-80芳基烷基；以及其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。
本發明提供一種將焊料施加至電氣接點之方法，包括：提供電氣接點；提供本發明之助熔劑組成物；將該助熔劑組成物施加至該電氣接點；提供焊料；將該焊料熔融；以及，以該熔融焊料置換該施加至電氣接點之助熔劑組成物，其中，該熔融焊料與該電氣接點產生物理性接觸並鍵結至該電氣接點。
本發明之助熔劑組成物係設計成促進與各種底填充組成物相容，以使經焊接表面較佳在施用底填充組成物之前不需要清洗以形成完工的電氣接合。
在本文與隨附的申請專利範圍中所用之術語「免清洗助熔劑組成物」意指助熔劑組成物表現出具有<0.5 wt%之鹵化物-成份含量的低、或無助熔劑殘留物活性(亦即，助熔劑在IPC J-STD-004B分類為ORL1或ORL0)。
本發明之助熔劑組成物包括(基本上組成為)下列初始成份： 羧酸；以及式(I)所示之助熔劑。較佳者，該助熔劑組成物為非固化性組成物(即，其中該助熔劑組成物不含每分子具有能在焊接條件下反應以產生分子間共價鍵結之二個或更多個反應性官能基之化合物；且其中該助熔劑於每分子中不含能在焊接條件下反應以產生分子間共價鍵結之二個或更多個反應性官能基。
較佳者，本發明之助熔劑組成物所用之羧酸係選自C8-20脂肪族單羧酸、C2-20脂肪族二羧酸、C6-20芳香族羧酸及其混合物。更佳地，用於本發明之助熔劑組成物之羧酸係選自辛酸、壬酸、十一酸、十二酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十七酸、硬脂酸、羥基硬脂酸、油酸，亞麻油酸、α-次亞麻油酸、二十酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、蘋果酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、1,2,3-苯三甲酸、1,2,4-苯三甲酸、1,3,5-苯三甲酸、1,2,3,5-苯四甲酸、1,2,3,4-苯四甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸、苯六甲酸、甲基苯甲酸、茬甲酸、2,3-二甲基苯甲酸、均三甲基苯甲酸、1,2,3,4-苯四甲酸、肉桂酸、水楊酸、苯甲酸(例如：苯甲酸、2,3-二羥基苯甲酸、2,4-二羥基苯甲酸、2,5-二羥基苯甲酸(龍膽酸)、2,6-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、3,4,5-三羥基苯甲酸(沒食子酸))、萘甲酸(例如：萘甲酸、1,4-二羥基-2-萘甲酸、3,5-二羥基-2-萘甲酸、3,7-二羥基-2-萘甲酸)、酸式酚酞、雙酚酸及其混合物。再更佳地，本發明之助熔劑組成物所用之羧酸係選自萘甲酸(例如：萘甲酸、1,4-二羥基-2-萘甲酸、3,5-二羥基-2-萘甲酸、3,7-二羥基-2-萘甲酸)、硬脂酸、羥基硬脂酸、油酸、亞麻油酸、α-次亞麻油酸、二十酸及其混合物。又更佳地，本發明之助熔劑組成物所用之羧酸係選自萘甲酸(例 如：萘甲酸、1,4-二羥基-2-萘甲酸、3,5-二羥基-2-萘甲酸、3,7-二羥基-2-萘甲酸)、硬脂酸、羥基硬脂酸、油酸及其混合物。最佳地，本發明之助熔劑組成物所用之羧酸係選自萘甲酸、C18羧酸及其混合物，其中，該萘甲酸係選自1,4-二羥基-2-萘甲酸、3,5-二羥基-2-萘甲酸，及該C18羧酸係選自硬脂酸、羥基硬脂酸及油酸。
本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式(I)，其中R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基及未經取代之C7-80芳基烷基(較佳者為其中R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-20烷基、未經取代之C1-20烷基、經取代之C7-30芳基烷基及未經取代之C7-30芳基烷基)；其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。較佳地，R1、R2、R3和R4中的1至3者為氫。更佳地，其中，R1、R2、R3和R4中的2至3者為氫。再更佳地，R1、R2、R3和R4中的2者為氫。最佳地，R1及R2中的1者為氫且R3和R4中的1者為氫。依據式(I)所示之助熔劑之R1、R2、R3和R4基團較佳係經選擇：以提供於給定應用上具有所欲之流變性質之助熔劑；以促進與羧酸錯合之該助熔錯合物之形成；視需要地，使該助熔劑與用於遞送至待焊表面之給定溶劑套組相容；以及，視需要地，使該助熔劑與用於焊接後以形成經封裝焊接接合(例如，用於常見之覆晶底填充應用)之給定封裝組成物(例如，環氧樹脂)相容。較佳地，依據式(I)之助熔劑之R1、R2、R3和R4基團係經選擇以使該助熔劑與給定封裝組成物相容而使助熔劑組成物為免清洗助熔劑組成物。此外，依據式(I)之助熔劑之R1、R2、R3和R4基團較佳係經選擇以提供具有藉由示差掃描熱量測定法測定之沸點溫度為250℃(更佳為300 ℃，最佳為325℃)以及經由熱重分析(thermogravimetric analysis,TGA)測定於自25℃起升溫速度為10℃/分鐘加溫至250℃時重量損失百分比為10 wt%之助熔劑。
更佳地，本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式(I)；其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基及未經取代之C7-80芳基烷基；其中，該經取代之C1-80烷基和經取代之C7-80芳基烷基上之取代基係選自-OH基、-OR5基、-COR5-基、-COR5基、-C(O)R5基、-CHO基、-COOR5基、-OC(O)OR5基、-S(O)(O)R5基、-S(O)R5基、-S(O)(O)NR5 2基、-OC(O)NR6 2基、-C(O)NR6 2基、-CN基、-N(R6)-基和-NO2基中之至少一者(較佳者為-OH基、-OR5基、-COR5-基、-COR5基、-C(O)R5基、-CHO、-COOR5基、-OC(O)OR5基、-S(O)(O)R5基、-S(O)R5基、-S(O)(O)NR5 2基、-OC(O)NR6 2基、-C(O)NR6 2基、-CN基和-NO2基中之至少一者)；其中，R5係選自C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；其中，R6係選自氫、C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；及其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。該經取代之C1-80烷基和經取代之C7-80芳基烷基可含有該等取代基之組合。例如，該經取代之C1-80烷基和經取代之C7-80芳基烷基可：含有多於一個相同類型之取代基(例如，兩個-OH基)；含有多於一種類型之取代基(例如，一個-OH基與一個-COR5-基)；含有多於一種類型之取代基與多於一個相同類型之取代基(例如，兩個-OH基與兩個-COR5-基)。較佳地，R1、R2、R3和R4中的1至3者為氫。更佳地，R1、R2、R3和R4中的2至3者為氫。再更佳地，R1、R2、R3和R4中的 2者為氫。最佳地，R1及R2中的1者為氫且R3和R4中的1者為氫。
再更佳地，本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式(I)；其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-20烷基、未經取代之C1-20烷基、經取代之C7-30芳基烷基及未經取代之C7-30芳基烷基；其中，該經取代之C1-20烷基和經取代之C7-30芳基烷基上之取代基係選自-OH基、-OR7基、-COR7-基、-COR7基、-C(O)R7基、-CHO基、-COOR7基、-OC(O)OR7基、-S(O)(O)R7基、-S(O)R7基、-S(O)(O)NR7 2基、-OC(O)NR8 2基、-C(O)NR8 2基、-CN基、-N(R8)-基和-NO2基中之至少一者(較佳者為-OH基、-OR7基、-COR7-基、-COR7基、-C(O)R7基、-CHO基、-COOR7基、-OC(O)OR7基、-S(O)(O)R7基、-S(O)R7基、-S(O)(O)NR7 2基、-OC(O)NR8 2基、-C(O)NR8 2基、-CN基和-NO2基中之至少一者)；其中，R7係選自C1-19烷基、C3-19環烷基、C6-15芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；其中，R8係選自氫、C1-19烷基、C3-19環烷基、C6-15芳基、C7-19芳基烷基和C7-19烷基芳基；及其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。該經取代之C1-20烷基和經取代之C7-30芳基烷基可含有該等取代基之組合。例如，該經取代之C1-20烷基和經取代之C7-30芳基烷基可：含有多於一個相同類型之取代基(例如，兩個-OH基)；含有多於一種類型之取代基(例如，一個-OH基與一個-COR7-基)；含有多於一種類型之取代基與多於一個相同類型之取代基(例如，兩個-OH基與兩個-COR7-基)。較佳地，R1、R2、R3和R4中的1至3者為氫。更佳地，R1、R2、R3和R4中的2至3者為氫。再更佳地，R1、R2、R3和R4中的2者為氫。最佳地，R1及R2中的1者為氫且R3和R4中的1者為氫。
再更佳地，本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式(I)；其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、-CH2CH(OH)R9和-CH2CH(OH)CH2-O-R9基；其中，R9係選自氫、C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-16芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基(較佳地，其中，R9係選自C5-10烷基、C6-16芳基和C7-16烷基芳基；最佳地，其中，R9係選自C8烷基、C7烷基芳基和萘基)；及其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。較佳地，R1、R2、R3和R4中的1至3者為氫。更佳地，R1、R2、R3和R4中的2至3者為氫。再更佳地，R1、R2、R3和R4中的2者為氫。最佳地，R1及R2中的1者為氫且R3和R4中的1者為氫。
較佳地，本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式(I)；其中，R1和R3為氫；其中，R2和R4為-CH2CH(OH)CH2-O-R9基；其中，R9係選自C5-10烷基、C7-16烷基芳基、萘基、聯苯基和經取代之C12-16聯苯基(最佳地，其中，R9係選自C8烷基、C7烷基芳基和萘基)。較佳地，該助熔劑組成物係免清洗助熔劑配方。
較佳地，本發明之可固化助熔劑組成物，包括下列初始成份：羧酸及依據式(I)所示之胺助熔劑，以該胺助熔劑之胺氮與該羧酸之酸含量(-COOH)的當量比為1：1至20：1(較佳為1：1至10：1；更加為1：1至4：1)。較佳地，當組合時，該羧酸及該依據式(I)所示之胺助熔劑形成助熔錯合物。較佳地，所形成之助熔錯合物係酸-鹼錯合物。較佳地，該助熔劑複合物藉經熱重分析(TGA)測定於自25℃起升溫速度為10℃/分鐘加溫至230℃時顯示重量損失百分比為25 wt%(更佳為20 wt%；最佳為15 wt%)。
視需要地，本發明之助熔劑組成物所用之助熔劑係具有選自 式(IIa)、(IIb)及(IIc)之式的二聚體；其中，該二聚體含有根據式(I)的第一單體以及根據式(I)的第二單體；其中，該第一單體之R1、R2、R3和R4中之一者與該第二單體之R1、R2、R3和R4中之一者重合接連該第一單體與該第二單體。
以及，
一種依據式(IIa)之二聚體之實例為1-(2-乙基己基氧基)-3-(4-(2-(3-(4-(2-(4-(3-(4-(2-(3-(庚烷-3-基氧基)-2-羥基丙基胺基)丙烷-2-基)-1-甲基環己基胺基)-2-羥基丙氧基)苯基)丙烷-2-基)苯氧基)-2-羥基丙基胺基)丙烷-2-基)-1-甲基環己基胺基)丙烷-2-醇，如下所示：
本發明之助熔劑組成物視需要復包括溶劑。溶劑係視需要地包含在本發明之助熔劑組成物中以促進助熔劑遞送至一個或多個待焊接表面。較佳地，助熔劑組成物含有8至95 wt%之溶劑。本發明之助熔劑組成物中所用之溶劑較佳係選自下列有機溶劑：烴類(例如，十二烷、十四烷)；芳香烴類(例如，苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、苯甲酸丁酯、十二基苯)；酮類(例如，甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮)；醚類(例如，四氫呋喃、1,4-二烷四氫呋喃、1,3-二氧雜環戊烷、二丙二醇二甲醚)；醇類(例如，2-甲氧基-乙醇、2-丁氧基乙醇、甲醇、乙醇、異丙醇、α-萜品醇、苯甲醇、2-己基癸醇)；酯類(例如，乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸丁酯、己二酸二乙酯、酞酸二乙酯、二乙二醇單丁基乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、2-羥基異丁酸甲酯、丙二醇單甲醚乙酸酯)；以及醯胺類(例如，N-甲基吡咯啶酮、N,N-二甲基甲醯胺和N,N-二甲基乙醯胺)；二醇衍生物(例如，賽路蘇、丁基賽路蘇)；二醇類(例如，乙二醇；二乙二醇；二丙二醇；三乙二醇；己二醇；1,5-戊二醇)；二醇醚類(例如，丙二醇單甲醚、甲基卡必醇、丁基卡必醇)；和石油醚溶劑(例如，石油醚、石油腦)。更佳地，本發明之助熔劑組成物中所用之溶劑係選自下列之有機溶劑：甲基乙基酮；2-丙醇；丙二醇單甲醚；丙二醇單甲醚乙酸酯；乳酸乙酯和2-羥基異丁酸甲酯。最佳地，本發明之助熔劑組成物中所用之溶劑係丙二醇單甲醚。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括增稠劑。較佳地，該助熔劑組成物含有0至30 wt%之增稠劑。本發明之助熔劑組成物中所用之增稠劑可選自非固化性樹脂材料(即，每分子含有<2之反 應性官能基)，像是例如，非固化性酚醛樹脂。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括觸變劑。較佳地，該助熔劑組成物含有1至30 wt%之觸變劑。本發明之助熔劑組成物中所用之觸變劑可選自脂肪酸醯胺(例如，硬脂醯胺、羥基硬脂酸二醯胺)；脂肪酸脂(例如，蓖麻蠟、蜂蠟、巴西棕櫚蠟)；有機觸變劑(例如，聚乙二醇、聚環氧乙烷、甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、二甘油單油酸酯、去甘油月桂酸酯、十甘油油酸酯、二甘油單月桂酸酯，山梨醇月桂酸脂)；無機觸變劑(例如，矽石粉末、高嶺土粉末)。較佳地，所用之觸變劑係選自聚乙二醇和脂肪酸醯胺。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括無機填料。無機填料可選自氧化鋁、氫氧化鋁、矽酸鋁、堇青石、矽酸鋰鋁、鋁酸鎂、氫氧化鎂、黏土、滑石、三氧化二銻、五氧化二銻、氧化鋅、膠體氧化矽、熔合矽石、玻璃粉末、石英粉末與玻璃微粒球。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括抗氧化劑。較佳地，本發明之助熔劑組成物含有0.01至30 wt%之抗氧化劑。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括選自消光劑、染色劑、消泡劑、分散安定劑、螫合劑、熱塑性粒子、截UV劑、阻燃劑、整平劑、黏著促進劑和還原劑之添加劑。
本發明之助熔劑組成物較佳包括(基本上組成為)下列：3.99至100wt%之由羧酸與式(I)所示之助熔劑之組合所形成之助熔錯合物。較佳地，本發明之助熔劑組成物包括(基本上組成為)下列者：3.99至100 wt%之由羧酸與式(I)所示之助熔劑之組合所形成之助熔錯合物、0至95 wt%(較佳為8至95 wt%)之溶劑、0至30 wt% 之增稠劑、0至30 wt%(較佳為者1至30 wt%)之觸變劑、以及0至30 wt%(較佳為0.01至30 wt%)之抗氧化劑。
本發明之助熔劑組成物可被用於，例如，電子組件、電子模組與印刷電路板之製造。該助熔劑組成物可藉由任何常見之技術(包含，例如，液體噴霧技術、液體發泡技術、拾浸技術與波峰技術或其他可用於將液體或半固體分散於矽晶粒或基板之其他常見技術)施加至待焊表面。
本發明之助熔劑組成物視需要復包括焊料粉末；其中，該助熔劑組成物為焊料糊。較佳地，該焊料粉末係選自Sn/Pb、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Zn、Sn/Zn/Bi、Sn/Zn/Bi/In、Sn/Bi和Sn/In之合金(較佳地，其中，該焊料粉末係選自63 wt% Sn/37 wt% Pb；96.5 wt% Sn/3.5 wt% Ag；96 wt% Sn/3.5 wt% Ag/0.5 wt% Cu；96.4 wt% Sn/2.9 wt% Ag/0.5 wt% Cu；96.5 wt% Sn/3 wt% Ag/0.5 wt% Cu；42 wt% Sn/58 wt% Bi；99.3 wt% Sn/0.7 wt% Cu；91 wt% Sn/9 wt% Zn以及89 wt% Sn/8 wt% Zn/3 wt% Bi之合金)。
焊料糊較佳包括：1至50wt%(更佳為5至30wt%，最佳為5至15wt%)之由羧酸與式(I)所示之助熔劑之組合所形成之助熔錯合物；以及50至99wt%之焊料粉末。該焊料糊可藉由常見技術混煉，例如，以該操作之常見儀器捏合與混合焊料粉末與助熔錯合物。
焊料糊可被用於，例如，電子組件、電子模組與印刷電路板之製造。該焊料糊可藉由任何常見之技術(包含，例如，透過常見焊罩使用焊料印刷機或網版印刷機)而施加至待焊表面。
本發明之助熔劑組成物中所用之助熔劑可由所屬技術領域中具通常知識者了解之常見合成技術製備。
本發明之助熔劑組成物中所用之助熔錯合物可藉由下列者製造，舉例而言：(a)組合根據式(I)之助熔劑與羧酸(參見，例如：實施例8)；或(b)於根據式(I)之助熔劑製備期間之某些時點加入羧酸。舉例而言，於(b)，該羧酸與孟烷二胺之混合可於(i)於孟烷二胺反應以形成根據式(I)之助熔劑之前(參見，例如：實施例9)；或(ii)於孟烷二胺反應以形成根據式(I)之助熔劑期間之某些時點(參見，例如：實施例10)。視需要地，可於溶劑(例如，1,3-二氧雜環戊烷)中組合根據式(I)之助熔劑與羧酸而促進該助熔錯合物的形成。然後可將該溶劑蒸發而留下該助熔錯合物。
本發明之焊料施加至電氣接點之方法包括：提供電氣接點；提供本發明之助熔劑組成物；將該助熔劑組成物施加至該電氣接點；提供焊料；將該焊料熔融；以及以該熔融焊料置換該施加至該電氣接點之助熔劑組成物；其中，該熔融焊料與該電氣接點產生物理性接觸且鍵結至該電氣接點。在該方法中，該熔融焊料所欲地與電氣接點緊密接觸以促進於焊料與電氣接點間之金屬鍵之形成，提供焊料與電氣接點間之良好的機械性與電子性鍵結。任何常見焊接技術皆可用於本發明之方法中。例如，烙鐵頭或焊鐵可用於加熱電氣接點與焊料至溫度高於焊料之熔化溫度。可使用焊浴，其中，呈液態之焊料透過沈浸電氣接點於熔融焊料中而轉移至電氣接點。常見之波浪焊接(Wave soldering)技術可被應用於此。此外，亦可使用回焊技術，其中，使預先沈積於第二電氣接點之焊料相鄰於第一電氣接點並加熱溫度至高於焊料之熔化溫度，其中，該焊料熔融且回焊，而與該第一電氣接點和該第二電氣接點都產生接觸，形成該第一電氣接點與該第二電氣接點間的電氣接觸。
本發明之焊料施加至電氣接點之方法可視需要地為覆晶焊接程序之一部分，其中，半導體晶片係安裝於印刷電路板上，其中，半導體晶片包括複數個第一電氣接點及其中，印刷電路板包括複數個第二電氣接點。在上述覆晶方法中，本發明之助熔劑組成物係施加至該複數個第一電氣接點和該複數個第二電氣接點之一者或兩者，以促進該複數個第一電氣接點焊料鍵結至該複數個第二電氣接點，以形成電氣互連。較佳地，該覆晶焊接程序復包括底填充步驟，其中，熱固性樹脂係提供以封裝電氣互連。最佳地，該熱固性樹脂為環氧樹脂。
本發明之某些具體實施例將於下列實施例詳細描述。
實施例1至5：助熔劑之合成
如表1所指出之助熔劑係由表一所指出之材料使用下列過程製備。具體而言，在有加熱元件及攪拌子之反應瓶中加入孟烷二胺(0.1莫耳)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM MD)。之後將反應瓶用氮氣惰化並且於環境溫度將如1表所指出之反應劑A(0.2莫耳)加入反應瓶中，並伴隨攪拌。之後將加熱元件設定溫度提升至75℃且持續攪拌反應瓶之內容物兩小時。之後將加熱元件設定溫度提升至140℃且持續攪拌反應瓶之內容物再兩小時。之後將加熱元件設定溫度減至80℃且於反應瓶加以真空，瓶內減壓至30mmHg。於此條件下持續攪拌反應瓶之內容物另兩小時以提供如1表所指出之助熔劑產物。實施例1至3之助熔劑產物之沸點溫度係由示差掃描熱量測定法(differential scanning calorimetry,DSC)自25℃至500℃於升溫速率10℃/分鐘予以測量。該實施例1至3之助熔劑產物測得之沸點溫度(BPT)係提供於表1。此外，該實施例1至3之助熔 劑產物於加熱至250℃之重量損失百分比係由熱重分析儀(TGA)自25℃起以升溫速率10℃/分鐘予以測量。該實施例1至3之助熔劑產物測得之重量損失(weight loss,WL)係提供於表1。
實施例6：二聚體助熔劑之合成
二聚體助熔劑係由下列過程製備。於具有攪拌棒之反應瓶中加入孟烷二胺(34g)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM)和環氧氯丙烷和雙酚A之液體反應產物(37.4g)(購自陶氏化學公司之D.E.R.TM 331TM)。之後將反應瓶置於可磁力攪拌之加熱板上。將反應瓶之內容物於室溫攪拌過夜，轉變成固體。之後將2-乙基己基縮水甘油醚(37.2g)(購自Momentive Performance Materials)饋入反應瓶中。之後，該反應瓶以一小時時間自室溫加熱升溫至150℃且於150℃維持三小時。之後將反應瓶之內容物冷卻至室溫以提供二聚體助熔劑。
實施例7：二聚體助熔劑之合成
另一種二聚體助熔劑係由下列過程製備。於具有攪拌棒之反應瓶中加入孟烷二胺(34g)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM)和環氧氯丙烷和雙酚A之液體環氧樹脂反應產物(37.4g)(購自陶氏化學公司之D.E.R.TM 331TM)。之後將反應瓶置於可磁力攪拌之加熱板上。將反應瓶之內容物於室溫攪拌過夜，轉變成固體。之後將1-萘基縮水甘油醚(40.0 g)(購自Momentive Performance Materials)饋入反應瓶中。之後，該反應瓶加熱升溫至75℃且維持在該溫度一小時。之後該反應瓶復加熱一小時時間，自75℃升溫至150℃，且於150℃維持三小時。之後將反應瓶之內容物冷卻至室溫以提供二聚體助熔劑。
實施例8：助熔錯合物之製備
將依據實施例1所製備之助熔劑(18.07g；33.3毫莫耳)與1,4-二羥基-2-萘甲酸(1.69g；8.3毫莫耳)於環境條件下使用抹刀手動混 合以形成具有助熔劑之胺氮與羧酸之酸含量(-COOH)的當量比為2：1之助熔錯合物。
該助熔錯合物於加熱至230℃之重量損失百分比係由熱重分析(TGA)自25℃起以升溫速率10℃/分鐘予以測量。該助熔劑複合物測得之重量損失(WL)係14.2 wt%。
實施例9：助熔錯合物之製備
於具有攪拌棒之反應瓶中加入孟烷二胺(0.33莫耳)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM MD)。之後將反應瓶置於可磁力攪拌之加熱板上。之後將反應瓶用氮氣惰化並且於環境溫度將2-乙基己基縮水甘油醚(0.66莫耳)(購自Hexion Specialty Chemicals)加入反應瓶中，並伴隨攪拌。之後將加熱板設定溫度提升至75℃且持續攪拌反應瓶之內容物兩小時。之後將加熱板設定溫度提升至140℃且持續攪拌反應瓶之內容物再兩小時。將反應瓶之內容物冷卻至75℃，之後以30分鐘將1,4-二羥基-2-萘甲酸緩慢加入反應瓶中。之後將加熱板設定溫度減至80℃且於反應瓶加以真空，瓶內減壓至30mmHg。於此條件下持續攪拌反應瓶之內容物另兩小時以形成助熔錯合物。
該助熔錯合物於加熱至230℃之重量損失百分比係由熱重分析(TGA)自25℃起以升溫速率10℃/分鐘予以測量。該助熔錯合物測得之重量損失(WL)係14.7 wt%。
實施例10：助熔錯合物之製備
於具有攪拌棒之反應瓶中加入孟烷二胺(0.33莫耳)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM MD)。之後將反應瓶置於可磁力攪拌之加熱板上。之後將反應瓶用氮氣惰化並且於環境溫度將1,4-二羥基-2- 萘甲酸(0.083莫耳)以30分鐘加入反應瓶中，並伴隨攪拌。之後於環境溫度將2-乙基己基縮水甘油醚(0.66莫耳)(購自Hexion Specialty Chemicals)加入反應瓶中，並伴隨攪拌。之後將加熱板設定溫度提升至75℃且持續攪拌反應瓶之內容物兩小時。之後將加熱板設定溫度提升至140℃且持續攪拌反應瓶之內容物再兩小時。之後將加熱板設定溫度設定至80℃且於反應瓶加以真空，瓶內減壓至30mmHg。於此條件下持續攪拌反應瓶之內容物另兩小時以提供助熔錯合物。
該助熔錯合物於加熱至230℃之重量損失百分比係由熱重分析(TGA)自25℃起以升溫速率10℃/分鐘予以測量。該助熔錯合物測得之重量損失(WL)係13.8 wt%。
實施例11：助熔性能之評估
依據實施例10所製備之助熔錯合物之助熔性能係使用以下過程進行評估。銅試片係用作為待焊電氣接點。將依據實施例10之助熔錯合物之一小滴液滴分注於該等待焊銅試片表面上。四個直徑為0.381 mm之無鉛焊料球(95.5 wt% Sn/4.0 wt% Ag/0.5 wt% Cu)係置於該銅試片之助熔錯合物液滴中。所用之無鉛焊料之熔化範圍係217至221℃。之後銅試片置於已預加熱至145℃之加熱板上且維持2分鐘。之後銅試片置於另一已預加熱至260℃之加熱板上且維持直至達到回焊條件。之後將銅試片自熱源移開且以下列狀況評估(a)原始放置之四個焊料球之熔合程度與聚結程度，(b)所得聚結焊料之尺寸，以評判流動與擴散以及(c)焊料對銅試片表面的鍵結。將該助熔錯合物之助熔性能於0至4之量尺分數測定為4，其中： 0=焊料液滴間無熔合且與銅試片間無焊料鍵結；1,2=焊料液滴間部份至完全熔合，但與銅試片間無焊料鍵結；3=焊料液滴間完全熔合，但焊料擴散與流動極微；4=焊料液滴間完全熔合，於銅試片表面有良好焊料擴散且流動並且與銅試片間有焊料鍵結。

Claims (10)

  1. 一種助熔劑組成物，包括下列初始成份：羧酸；以及，式(I)所示之助熔劑： 其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、經取代之C1-80烷基、未經取代之C1-80烷基、經取代之C7-80芳基烷基及未經取代之C7-80芳基烷基；及其中，R1、R2、R3和R4中的0至3者為氫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，其中，該羧酸係選自C8-20脂肪族單羧酸、C2-20脂肪族二羧酸、C6-20芳香族羧酸及其混合物所組成之組群。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之助熔劑組成物，其中，該羧酸係選自辛酸、壬酸、十一酸、十二酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十七酸、硬脂酸、羥基硬脂酸、油酸，亞麻油酸、α-次亞麻油酸、二十酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、蘋果酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、1,2,3-苯三甲酸、1,2,4-苯三甲酸、1,3,5-苯三甲酸、1,2,3,5-苯四甲酸、1,2,3,4-苯四甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸、苯六甲酸、甲苯基甲酸、茬甲酸、2,3-二甲基苯甲酸、均三甲基苯甲酸、1,2,3,4-苯四甲酸、肉桂酸、水楊酸、苯甲酸、 萘甲酸、酸式酚酞、雙酚酸及其混合物所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，其中，該助熔劑組成物具有該助熔劑之胺氮與該羧酸之酸含量(-COOH)之當量比為1：1至20：1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，其中，該經取代之C1-80烷基和該經取代之C7-80芳基烷基之取代基係選自-OH基、-OR5基、-COR5-基、-C(O)R5基、-COR5基、-CHO基、-COOR5基、-OC(O)OR5基、-S(O)(O)R5基、-S(O)R5基、-S(O)(O)NR5 2基、-OC(O)NR6 2基、-C(O)NR6 2基、-CN基、-N(R6)-基和-NO2基中之至少一者；其中，R5係選自C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基；以及其中，R6係選自氫、C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，其中，R1、R2、R3和R4係獨立選自氫、-CH2CH(OH)R9和-CH2CH(OH)CH2-O-R9基；其中，R9係選自氫、C1-28烷基、C3-28環烷基、C6-15芳基、C7-28芳基烷基和C7-28烷基芳基。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，其中，R1、R2、R3和R4中的至少一者為氫。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，復包括下列初始成份：0至95 wt%之溶劑；0至30 wt%之增稠劑；0至30 wt%之觸變劑；以及 0至30 wt%之抗氧化劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物，復包括焊料粉末。
  10. 一種將焊料施加至電氣接點之方法，包括：提供電氣接點；提供如申請專利範圍第1項所述之助熔劑組成物；將該助熔劑組成物施加至該電氣接點；提供焊料；將該焊料熔融；以及以該熔融焊料置換該施加至該電氣接點之助熔劑組成物，其中，該熔融焊料與該電氣接點產生物理性接觸且鍵結至該電氣接點。
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