TWI492918B - 可硬化助熔劑組成物及焊接方法 - Google Patents

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Description

可硬化助熔劑組成物及焊接方法
本發明係相關於一種可硬化助熔劑組成物，包括下列作為初始組分：每分子具有至少兩個環氧乙烷基之樹脂組分；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 芳基烷基和未經取代之C7-80 芳基烷基；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫；以及，視需要的，硬化劑。本發明復相關於一種使用該可硬化助熔劑組成物焊接電氣接點的方法。
助熔劑為製造電子裝置之重要工具，包含安裝電子組件(例如，半導體晶片)至基板(例如，印刷電路板，印刷電路卡，有機基板，矽中介片，其他半導體晶片)。
覆晶方法是一種日趨重要之安裝電子組件至基板的方法。在將覆晶方法用於安裝半導體晶片至基板的一個例子中，係在位於半導體晶片上之接點(例如，接觸墊、觸針)提供焊料(例如，如焊球)。或者，係在位於基板上之相應接點(例如，接觸墊、鍍銅之通孔)提供焊料。係將助熔劑施加至焊料以移除可能出現於焊料表面或半導體晶片或基板上之接點表面之氧化層。助熔劑亦於回焊期間用來提供藉由焊料增進接點之濕潤性。之後半導體晶片上之焊料或接點係與基板上之相應接點或焊料產生物理性接觸。之後加熱於半導體晶片上和/或基板上之焊料至回焊。冷卻後，形成半導體晶片與基板間的互連(inter connection)。典型，此互連將隨後被封裝(例如，用環氧樹脂)以強化半導體晶片/基板之組合件可靠度。也就是說，該封裝樹脂幫助釋放可能由半導體晶片與基板間熱膨脹係數不同所產生之應變。
於以上描述製程中助熔劑實際上的選擇相當重要。在常見的多種助熔劑之使用上將產生可能減低產品裝置可靠度非所欲離子殘留物。因此，該等非所欲離子殘留物必須自裝置清出。然而，該等裝置的清洗卻受阻於下述事實：於已焊接之互連形成後，半導體晶片與基板(例如，印刷電路板)間之距離非常小。這在相當大的程度上複雜化用以移除任何產生於焊接製程期間之非所欲離子殘留物的製程。
往常上，可硬化有機材料(一般上含有有機或無機填料)係被用於填充半導體晶片與基板間之間隙和強化電氣互連半導體晶片與基板之焊接接合(solder joint)。這底填充劑材料有賴於毛細作用以填入間隙中。
半導體晶片與基板間之間隙必須完全填充，以提供產品電子組件之最大可靠度。然而，當可硬化有機材料施加至半導體晶片與基板間之間隙的外圍時，於間隙中央區域可能仍留有空泡。隨著電子組件尺寸縮減(即為，間隙高度變得較小)，毛細作用的界限效應造成非填滿中央區域的擴大。
為了解決這個問題，有些人於相當於接近間隙區域中央之基板處提供孔洞。之後底填充劑材料經由此孔洞補充至間隙至外圍。然而，此項嘗試要求裝置設計提供無線路區域以利中央孔洞位置。
另一種底填充劑問題的嘗試來自稱為「無流動」製程，其中，底填充劑材料係於焊接前預施加至半導體晶片與/或基板上。此材料隨後於焊接時佔據半導體晶片與基板間之間隙以產生互連組件並硬化(一般上以加熱方式實施)。
在該等無流動製程中，利用提供助熔與封裝兩功能之底填充劑材料係為已知。該等材料減少了組裝半導體晶片於基板上所須之步驟數目。也就是說，這些材料將助熔與底填充步驟合而為一而且消去了清洗步驟的需求。
Pennisi等人已於美國專利5,128,746號中揭露一種該類無流動底填充劑材料。Pennisi等人，揭露一種用於回焊焊接電子組件與基板之包含助熔劑的可熱硬化黏著劑，其包括能自電子組件或基板上去除氧化物塗層與於加熱至焊接溫度時至少部分硬化之黏著劑，前述黏著劑基本上由熱固性樹脂，含量足夠自組件或基板移除氧化物塗層的助熔劑，以及於可熱硬化黏著劑加熱時與熱固性樹脂作用並硬化之硬化劑所組成。
陳等人於美國專利7,303,944案中揭露另一種無流動底填充嘗試。陳等人，揭露一種方法，包括在置於基板表面上之接觸墊上施加含有松脂化合物之酐加成物作為助熔劑之底填充劑材料；相對於基板，以複數個焊料凸塊係置於無流動底填充劑材料內之方式放置微電子裝置(該微電子裝置具有主動表面，以及置於複數個接觸墊上之複數個焊料凸塊，該複數個接觸墊於主動表面上)；以助熔劑自焊料凸塊移除金屬氧化物；藉由加熱溫度至大於焊料熔點溫度使焊料凸塊回焊；以及硬化底填充劑材料。
許多常見的無流動底填充劑材料(如該等註明者)係建立於環氧基化學且有賴於羧酸與酸酐提供助熔效果。此外，有機醇偶爾作為促進劑，鑒於其與酸酐反應形成羧酸助熔劑。然而，羧酸於焊接與封裝製程期間往往會揮發。此係非所欲者，因為此現象可能在半導體晶片與基板間的間隙產生空泡而減低產品裝置的可靠性。因此，仍有對於促進製造電子組件中之可靠焊接與封裝之互連(例如，於半導體晶片與印刷電路板間的互連)的無流動底填充劑材料的需求。
本發明提供一種可硬化助熔劑組成物，包括下列作為初始組分：每分子具有至少兩個環氧乙烷基之樹脂組分；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 芳基烷基和未經取代之C7-80 芳基烷基；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫；以及，視需要的，硬化劑。
本發明提供一種形成封裝之冶金接合的方法，包括：提供本發明之可硬化助熔劑組成物；提供複數個第一電氣接點；提供複數個相應的第二電氣接點；提供焊料；將該可硬化助熔劑組成物施加至該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點中的至少一者；將該複數個第一電氣接點臨近該複數個相應的第二電氣接點放置；加熱該焊料超過其回焊溫度，以形成熔融焊料並使該熔融焊料暴露該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點；以該熔融焊料自該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點置換該可硬化助熔劑組成物，並於該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點間形成複數個電氣互連；以及，硬化該可硬化熱固樹脂組成物，封裝該複數個電氣互連。
本發明之可硬化助熔劑組成物係設計成促進製造具有焊接和封裝之電氣互連之電子組件。舉例來說，本發明之可硬化助熔劑組成物係較佳經設計以作為半導體裝置製造之無流動底填充劑配方。
在本文與隨附的申請專利範圍中所用之「無流動底填充劑組成物」一詞意指可硬化助熔劑組成物表現焊料助熔活性與潛在硬化以促進焊接互連之封裝。
在本文與隨附的申請專利範圍中關於可硬化底填充劑配方(在單包裝系統中)所用之「儲存安定性」一詞意指於55℃儲存一週後可硬化底填充劑配方之黏度增加少於5%，其中，黏度係由Brookfield DV-I+黏度計於20℃使用設定於100rpm之Brookfield #S00轉軸測定。
在本文與隨附的申請專利範圍中關於可硬化底填充劑配方所用之「儲存安定」一詞意指可硬化底填充劑配方具有儲存安定性。
本發明之可硬化助熔劑組成物包括(基本上組成為)下列作為初始組分：每分子含有至少兩個環氧乙烷基之樹脂組分；式I所示之助熔劑；以及，視需要的，硬化劑。較佳者，該可硬化助熔劑組成物含有少於10wt%加熱至250℃時會揮發之材料，係以熱重分析(thermogravimetric analysis，TGA)自25℃起使用升溫速率10℃/分鐘測定。發生來自底填充劑材料組成物之氣體往往造成半導體晶圓與基板間之間隙有空泡，而導致關於產品組裝裝置之潛在可靠性問題。
本發明可硬化助熔劑組成物所用之樹脂組分，包括每分子含有至少兩個環氧乙烷基之材料。較佳者，所使用樹脂組分係每分子含有至少兩個環氧乙烷基之環氧樹脂，舉例來說，經取代或未經取代之脂肪族、環脂肪族、芳香族和雜環之聚環氧化物。更佳者為該樹脂組分係選自下列之環氧樹脂：雙酚型環氧樹脂(例如，雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂)，芳香族二縮水甘油醚類；芳香族多官能基縮水甘油醚類；脂肪族二縮水甘油醚類和脂肪族多官能基縮水甘油醚類。再更佳者該樹脂組分係為雙酚型環氧樹脂。最佳者樹脂組分係為雙酚A型環氧樹脂。該可硬化助熔劑組成較佳包括10至99wt%(更佳者20至90wt%，再更佳者30至75wt%，最佳者30至50wt%)樹脂組分。
本發明可硬化助熔劑組成物所用之樹脂組分，視需要的復包含每單位分子具有至少三個環氧乙烷基之材料。每單位分子具有至少三個環氧乙烷基之材料係視需要的包含於樹脂組分中以增加硬化之樹脂產物之玻璃轉化溫度和減少配方之膠化時間。
本發明可硬化助熔劑組成物之助熔劑係依據式I所示，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 芳基烷基和未經取代之C7-80 芳基烷基(較佳者，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 芳基烷基和未經取代之C7-30 芳基烷基)；其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫。較佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的1至3者為氫。更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2至3者為氫。再更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2者為氫。最佳者，R1 與R2 中的1者為氫且R3 和R4 中的1者為氫。該依據式I之助熔劑之R1 、R2 、R3 和R4 基係選擇為：提供可硬化助熔劑所欲之流變性質；使助熔劑與用於遞送可硬化助熔劑至待焊表面之所欲溶劑套組相容；以及，使助熔劑與樹脂組分相容或裁製樹脂組分之起始硬化溫度。此外，依據式I之助熔劑之該R1 、R2 、R3 和R4 基團係較佳經選擇以提供助熔劑250℃沸點溫度(更佳者300℃；最佳者325℃)，係由微分掃描式熱卡計自起25℃起以升溫速率10℃/分鐘測定者。
更佳者，用於本發明可硬化助熔劑組成物之助熔劑係依據式I所示；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 芳基烷基和未經取代之C7-80 芳基烷基；其中，該經取代之C1-80 烷基與該經取代之C7-80 芳基烷基之取代基係選自-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 基中至少一者(較佳者係為-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基和-NO2 基中至少一者)；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；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫。該經取代之C1-80 烷基與該經取代之C7-80 芳基烷基可含有該取代基之組合。舉例來說，該經取代之C1-80 烷基與該經取代之C7-80 芳基烷基可：含有多於一個相同類型取代基(例如，兩個-OH基)；含有多於一種類型取代基(例如，一個-OH基與一個-COR5 -基)；含有多於一種類型取代基與多於一個相同類型取代基(例如，兩個-OH基與兩個-COR5 -基)。較佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的1至3者為氫。更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2至3者為氫。再更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2者為氫。最佳者，R1 與R2 中的1者為氫且R3 和R4 中的1者為氫。
再更佳者，用於本發明可硬化助熔劑組成物之助熔劑係依據式I所示；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 芳基烷基和未經取代之C7-30 芳基烷基；其中，該經取代之C1-20 烷基與該經取代之C7-30 芳基烷基之取代基係選自-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 基中至少一者(較佳者係為-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 中至少一者)；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；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫。該經取代之C1-20 烷基與該經取代之C7-30 芳基烷基可含有該取代基之組合。舉例來說，該經取代之C1-20 烷基與該經取代之C7-30 芳基烷基可：含有多於一個相同類型取代基(例如，兩個-OH基)；含有多於一種類型取代基(例如，一個-OH基與一個-COR7 -基)；含有多於一種類型取代基與多於一個相同類型取代基(例如，兩個-OH基與兩個-COR7 -基)。較佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的1至3者為氫。更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2至3者為氫。再更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2者為氫。最佳者，R1 與R2 中的1者為氫且R3 和R4 中的1者為氫。
尚更佳者，本發明助熔劑組成物所用之助熔劑係依據式I所示；其中，R1 、R2 、R3 和R4 係獨立選自氫、-CH2 CH(OH)R9 和-CH2 CH(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(較佳者，其中，R9 係選自C5-10 烷基、C6-16 芳基和C7-15 烷基芳基；更佳者，其中，R9 係選自C8 烷基、C7 烷基芳基、萘基、聯苯基和經取代之C12-16 聯苯基；最佳者，，其中，R9 係選自C8 烷基、C7 烷基芳基和萘基)；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫。較佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的1至3者為氫。更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2至3者為氫。再更佳者，R1 、R2 、R3 和R4 中的2者為氫。最佳者，R1 與R2 中的1者為氫且R3 和R4 中的1者為氫。
尚更佳者，用於本發明可硬化助熔劑組成物之助熔劑係依據式I所示；其中，R1 和R3 係為氫；其中，R2 和R4 係為-CH2 CH(OH)CH2 -O-R9 基；其中，R9 係選自C8 烷基、C7 烷基芳基和C10 萘基。
視需要的，本發明助熔劑組成物所用之助熔劑係為具有選自式IIa、IIb、與IIc之式之二聚體；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；其中第一單體之R1 、R2 、R3 和R4 中之一者與第二單體之R1 、R2 、R3 和R4 中之一者重合接連第一單體與第二單體。
以及，
一種依據式(IIa)之二聚體之例係為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：
本發明所述之可硬化助熔劑組成物，視需要的，復包括硬化劑。常見之硬化劑可與樹脂組分與助熔劑共用，限制條件為硬化劑可硬化樹脂組分。常見之硬化劑包含，舉例來說，多官能基酚類、多官能基醇類、胺類、咪唑化合物、酸酐類、有機磷化合物和其鹵化物。較佳者，任何使用之硬化劑應為潛在硬化劑(即為，於溫度225℃時不會作用而起始樹脂組分之膠化的硬化劑)允許焊料回焊時無干擾且促進單包裝系統之可硬化助熔劑組成物之儲存安定。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的，復包括溶劑。溶劑係視需要的包含於本發明之可硬化助熔劑組成物，以促進樹脂組分和助熔劑遞送至一個或多個待焊表面。較佳者，該可硬化助熔劑組成物含有1至70wt%溶劑(更佳者，1至35wt%溶劑；最佳者，1至20wt%溶劑)。本發明可硬化助熔劑組成物所用之溶劑較佳為選自下列之有機溶劑：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(四氫呋喃、1,4-二氧雜環己烷與四氫呋喃、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；二伸乙二醇；二伸丙二醇；三伸乙二醇；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、萘)。更佳者，本發明可硬化助熔劑組成物所用之溶劑係選自甲基乙基酮；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。最佳者，本發明可硬化助熔劑組成物所用之溶劑係為丙二醇單甲醚。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的，復包括增稠劑。較佳者，該可硬化助熔劑組成物含有0至30wt%增稠劑。用於本發明可硬化助熔劑組成物之增稠劑係可選自非硬化性樹脂材料(即，每分子含有之反應性官能基<2)，像是舉例來說，非硬化性酚醛樹脂。用於可硬化助熔劑組成物之增稠劑較佳表現出高於樹脂組分(於其非硬化形態)所表現者之黏性。當存在時，增稠劑含量可為基於可硬化助熔劑組成物總重量之0.1至35wt%。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括搖變減黏性試劑。較佳者，該可硬化助熔劑組成物含有1至30wt%搖變減黏性試劑。用於本發明可硬化助熔劑組成物之搖變減黏性試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(castor wax)、蜂蠟、棕櫚蠟)、有機搖變減黏性試劑(例如，聚乙二醇、聚環氧乙烷、甲基纖維素、乙基纖維素、羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、二甘油單油酸酯、二甘油月桂酸酯、十甘油油酸酯、二甘油單月桂酸酯，山梨醇月桂酸脂)、無機搖變減黏性試劑(例如，矽石粉末、高領土粉末)。較佳地，所用之搖變減黏性試劑係選自聚乙二醇和脂肪酸醯胺。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括無機填料係選自礬土、氫氧化鋁、矽酸鋁、堇青石(cordierite)、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、燻矽石、玻璃粉末、石英粉末與玻璃微粒球。本發明之所示之可硬化助熔劑組成物較佳含有0至70wt%(更佳者，0至35wt%，再更佳者，0至20wt%；最佳者，0.1至20wt%)無機填料。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括抗氧化劑。當存在時，本發明可硬化助熔劑組成物較佳含有0.01至30wt%(更佳者，0.01至20wt%)抗氧化劑。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括反應性稀釋劑。較佳者，該視需要的應性稀釋劑表現之黏度應低於樹脂組分(於其非硬化形態)所表現之黏度。反應性稀釋劑可較佳的選自單官能基環氧化物(例如，C6-28 烷基縮水甘油醚類；C6-28 脂肪酸縮水甘油酯類；C6-28 烷基酚基縮水甘油醚類)與特定多官能基環氧化物(例如，三羥甲基丙烷基三縮水甘油醚；二縮水甘油基苯胺)。當存在反應性稀釋劑時，其之可用量<50wt%(以樹脂組分之重量為基準)。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括常見之釋氣劑。釋氣劑被認為可增加焊料回焊時待焊表面之潤濕性。當存在釋氣劑時，基於可硬化助熔劑組成物之總重量計，釋氣劑可用量為<1wt%。
本發明之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括常見之消泡劑。消泡劑被認為可增加於焊料回焊時待焊表面之潤濕性與減少可硬化助熔劑組成物於硬化時之將氣體納入之缺陷。當存在消泡劑時，其之用量為<1wt%之可硬化助熔劑組成物。
本發明所述之可硬化助熔劑組成物，視需要的，復包括常見之黏著促進劑。常見之黏著促進劑包含矽烷(例如縮水甘油基丙基三甲氧基矽烷；γ-胺基丙基三乙氧基矽烷；三甲氧基矽基丙基化之異氰脲酯；β-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷；縮水甘油基丙基二乙氧基甲基矽烷；β-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷；γ-縮水甘油基丙基三乙氧基矽烷；γ-氫硫基丙基三甲氧基矽烷；N-β-(胺乙基)-γ-胺丙基三甲基矽烷；雙(三甲氧基矽基丙基)胺；和，γ-脲基丙基三乙氧基矽烷。若存在，黏著促進劑可用量為<2wt%之可硬化助熔劑組成物。
本發明所述之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括常見之阻燃劑。常見之阻燃劑包含溴化合物(例如，十溴聯苯醚、四溴雙酚A、四溴鄰苯二甲酸酐、三溴酚)；磷化合物(例如，磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯)；金屬氫氧化物(例如，氫氧化美、氫氧化鋁)；紅磷與其改質物；銻化合物(例如，三氧化二銻、五氧化二銻)；以及，三化合物(例如，三聚氰胺、氰脲酸、三聚氰胺氰脲酸鹽)。若存在，基於阻燃劑可用量為0.01至35wt%(較佳者0.01至10wt%)之可硬化助熔劑組成物。
本發明所述之可硬化助熔劑組成物，視需要的復包括選自消光劑、染色劑、分散安定劑、螫合劑、熱塑性粒子、截UV劑、整平劑和還原劑之額外添加劑。
本發明之可硬化助熔劑組成物可呈含有所有組成份之單包裝系統方式提供。替換性的，該可硬化助熔劑組成物可呈雙包裝系統方式提供；其中，樹脂組分於第一部份提供而助熔劑和視需要的硬化劑則由第二部份提供；而其中，第一部份與第二部分係於使用前組合。
本發明之可硬化助熔劑組成物可用於，舉例來說，電子組件，電子模組和印刷電路板之生產。該可硬化助熔劑組成物可由常見之技術(包含，舉例而言，液體噴霧技術、液體發泡技術、拾浸技術與波浪技術或其他可用於將液體或半固體分散至矽晶粒或基板之其他常見技術)施加至待焊表面。
本發明之可硬化助熔劑組成物視需要的復包括焊料粉末；其中，可硬化助熔劑組成物係為焊料糊。較佳者，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(較佳者其中焊料粉末係選自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)之合金。
該焊料糊較佳包括：與50至99wt%焊料粉末組合之1至50wt%(更佳者，5至30wt%，最佳者，5至15wt%)之助熔劑與樹脂組分。該焊料糊可藉由常見技術複合(compounded)，舉例來說。以進行此操作之常見儀器捏合與混合焊料粉末與助熔劑。
該焊料糊可被用於，舉例來說，電子組件、電子模組與印刷電路板之製造。該焊料糊可藉由常見之技術(包含，舉例來說，利用焊料印刷機或絲網印刷機透過常見之焊罩進行印刷)施加至待焊表面。
用於本發明可硬化助熔劑組成物之式I所示之助熔劑係可由所屬技藝領域中具通常知識者了解之常見合成技術製備。
本發明中之形成複數個封裝電接點的方法可視需要的為覆晶焊接過程之一部分，其中半導體晶片係安裝於印刷電路版之上，其中該半導體晶片包括複數個第一電氣接點以及其中該印刷電路板包括複數個相應的第二電氣接點。在上述覆晶方法中，本發明之可硬化助熔劑組成物施加至複數個第一電氣接點和複數個相應的第二電氣接點中之一者或兩者，以利於將該複數個第一電氣接點焊料連結至複數個相應的第二電氣接點而形成電氣互連。較佳地，該覆晶焊接過程復包括硬化步驟，其中樹脂被硬化，封裝在該複數個第一電氣接點和複數個第二電氣接點間之電氣互連。
於進行本發明形成複數個封裝之電接點的方法期間，本發明之可硬化助熔劑組成物係較佳(在有進行或未進行平滑處理下)施加至印刷電路板而覆蓋複數個第一電氣接點上。該焊料係較佳以焊球形式施加至於半導體晶片上之該複數個相應的第二電氣接點。接著，將該有焊料附著之半導體晶片置經可硬化助熔劑組成物處理之印刷電路板上。之後使半導體晶片對準印刷電路板且將焊料加熱至其回焊溫度。於回焊過程中，該可硬化助熔劑組成物作為助熔劑並促進焊料黏著至印刷電路板之該複數個第一電氣接點之黏著性，而於複數個第一電氣接點與複數個相應的第二電氣接點間形成複數個電氣互連。之後將該樹脂組分硬化，以封裝該複數個電氣互連。
於回焊過程中，該焊料熔融且流動，以形成複數個電氣互連。該可硬化助熔劑組成物較佳直至焊料已流動且形成複數個電氣互連前不應膠化，否則印刷電路板與半導體晶片可能無法正確對準。較佳於可硬化助熔劑組成物中之樹脂組分於焊料回焊後完全硬化，以形成封裝之電氣接合。
在下列實施例中將詳細描述本發明之某些具體例
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，在有攪拌子之反應瓶中，加入孟烷二胺(0.1mol)(購自陶氏化學公司之PrimeneTM MD)。之後將反應瓶置於可用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如1表所指出之反應劑A(0.2mol)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℃且持續攪拌反應瓶內容物兩(2)小時。之後將加熱板設定溫度提升至140℃且持續攪拌反應瓶內容物再兩(2)小時。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。額外於此條件下持續攪拌反應瓶內容物兩(2)小時。以提供如1表所指出之助熔劑產物。該實施例1至3之助熔劑產物之沸點溫度係由微分掃描熱量法(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℃之質量損失百分比係由熱重分析法(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質量損失百分比(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：於貝攪拌子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。將反應瓶內容物於室溫攪拌過夜，轉變成固體。之後2-乙基己基環氧丙基醚(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：於貝攪拌子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。將反應瓶內容物於室溫攪拌過夜，轉變成固體。之後1-萘基縮水甘油醚(40.0 g)(購自Momentive Performance)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。之後將反應瓶內容物冷卻至室溫以提供二聚體助熔劑。
實施例8至14：可硬化助熔劑組成物之製備
依據各實施例1至7所製備之助熔劑獨立與環氧氯丙烷與雙酚A(由陶氏化學公司之D.E.R.TM 331TM 提供)之液態環氧樹脂反應產物以1：4之重量比例組合以分別形成實施例8至14之可硬化助熔劑組成物。
實施例15：助熔性能之評估
依據實施例8至14所製備之各可硬化助溶劑組成物之助熔性能係使用以下過程進行評估。在每一項評估中，銅試片係用以作為待焊電氣接點。在每一個銅試片之待焊表面進行預處理：(1)首先以細砂紙(600粒度)進行拋光，(2)之後以5%NH4 過硫酸鹽溶液進行清洗。(3)之後以去離子水潤洗，(4)之後沉浸至1%苯并三唑溶液中30秒，以及(5)以氮氣吹乾。接續著銅試片的預處理，將每一個助熔劑組成物之小液滴各自分配於該等待焊銅試片之一者的表面上。四個直徑0.381mm之無鉛焊料球(95.5wt% Sn/4.0wt% Ag/0.5wt% Cu)係置於每一銅試片之可硬化助熔液液滴中。所用之無鉛焊料之熔化範圍係為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小時。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(45秒至3分鐘，依助熔劑組成物而定)。之後將銅試片自熱源移開且以下列狀況評估(a)原始放置之四個焊珠之熔合程度與緊結程度，(b)所得聚結焊料之尺寸，以評判流動與擴散以及(c)焊料與銅試片之間的黏結。0至4之量尺分數係用於描述助熔劑組成物與羥基硬脂酸對照材料之助熔性能，如下
0=焊料液滴間無熔合且與銅試片間無焊料黏結；1,2=焊料液滴間部份至完全熔合，但與銅試片間無焊料黏結；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黏結；每一個助熔劑組成物之評估結果係提供於表2。

Claims (9)

  1. 一種可硬化助熔劑組成物，包括下列初始組分：每分子具有至少兩個環氧乙烷基之樹脂組分；如式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 芳基烷基和未經取代之C7-80 芳基烷基；且其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的0至3者為氫；其中，該經取代之C1-80 烷基與該經取代之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、-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；且其中，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；以及視需要的，硬化劑。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，其中，R1 、R2 、R3 和R4 中的1至3者為氫。
  3. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，其中，R1 、R2 、R3 和R4 係獨立選自氫、-CH2 CH(OH)R9 和-CH2 CH(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。
  4. 如專利申請範圍第3項所述之可硬化助熔劑組成物，其中，R1 和R2 中的一者為氫；且其中，R3 和R4 中的一者為氫。
  5. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，復包括溶劑；其中，該溶劑係選自烴類、芳香烴類、酮類、醚類、醇類、酯類、醯胺類、二醇類、二醇醚類、二醇類衍生物和石油醚溶劑之有機溶劑。
  6. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，復包括下列之至少一者：增稠劑、搖變減黏性試劑、無機填料、抗氧化劑、反應性稀釋劑、釋氣劑、消泡劑、黏著促進劑和阻燃劑。
  7. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，復包括：選自消光劑、染色劑、分散安定劑、螫合劑、熱塑性粒子，截UV劑、整平劑和還原劑之額外添加劑。
  8. 如專利申請範圍第1項所述之可硬化助熔劑組成物，復包括：焊料粉末。
  9. 一種形成封裝之冶金接合的方法，包括：提供申請專利範圍第1項所述之可硬化助熔劑組 成物；提供複數個第一電氣接點；提供複數個相應的第二電氣接點；提供焊料；將該可硬化助熔劑組成物施加至該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點中的至少一者；將該複數個第一電氣接點臨近該複數個相應的第二電氣接點放置；加熱該焊料超過其回焊溫度，以形成熔融焊料並使該熔融焊料暴露該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點；以該熔融焊料自該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點置換該可硬化助熔劑組成物，並於該複數個第一電氣接點和該複數個相應的第二電氣接點間形成複數個電氣互連；以及硬化該可硬化熱固樹脂組成物，封裝該複數個電氣互連。
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