焊剂配方及相应的焊接方法组成比例

公开一种新的焊剂配方及相应的将电子元件焊接到印刷电路板的方法。该新的焊剂配方包括庚二酸和两种有机溶剂。值得注意，在电子元件装、配到印刷电路板上所用的焊接工艺完成后，该新的焊剂配方基本上不留下离子残渣。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊剂的配方及相应的焊接方法，如将半导体芯片或芯片载体组件焊接到印刷电路板的方法。在将电子元件装配到印刷电路卡和印刷电路板(下文通称印刷电路板或PCB)所用的工艺过程中，焊剂起着一种重要作用。例如，一种半导体集成电路器件(下文称半导体芯片，或简称芯片)直接装配到PCB上的方法，例如是在带有电路的芯片表面上的接触焊盘上形成焊料层，或焊料球。在PCB上的对应接触焊盘上也形成此种焊料层。然后将焊剂涂到芯片上的焊层上和/或涂到PCB上的对应接触焊盘和/或对相的焊层上，以除掉可能在焊层和接触焊盘上已形成的氧化层并达到接触焊盘被焊层完全浸润。然后，让含电路的芯片表面面对PCB，使芯片上的焊球与PCB上的对应接触焊盘或焊球接触，加热所得组合物，以便熔化因而回流芯片和/或PCB上的焊球。在冷却再固化后，一般用封装材料如环氧树脂灌封所得的芯片和PCB之间焊料连接点，以缓解可能由PCB和芯片间的热膨胀系数(CTE)之差所引起的应变。按一种类似于上述的方式，将一承载半导体芯片(下文称芯片载体组件或只称组件)的组件，如有机组件或陶瓷组件装配到PCB上的方法包括在组件不含芯片的表面的接触焊盘上形成如网印焊料层。将焊剂涂到组件上的焊料层上，和/或涂到PCB上的对相接触焊盘和/或对相焊料层上。然后，将组件的不含芯片的表面面对PCB，使组件上的焊球与PCB上的对应接触焊盘和焊球接解，加热所得组合体，以便熔化并回流芯片和PCB上的焊料层。一般，组件和PCB间的热膨胀系数(CTE)之差的幅度是比较小的，所以所得的组件与PCB间的焊点无需用封装材料灌封。如果合用的组件具有从组件的不含芯片的表面伸出的导电针脚，例如首先将组件放在印刷电路板的顶表面(含电路)，将导电针脚插入对应的镀铜的通孔(PTH)，穿过PCB的厚度。然后，将PCB和组件放到传送带上，让PCB和组件通过焊剂射流或焊剂喷洒器，使液体焊剂喷射到PCB的底表面上和通孔内。焊剂被吸到通孔内，就这样将焊剂涂到通孔的内壁和伸入通孔内的针脚。然后，传送带使PCB和组件通过焊料射流，使液体焊料喷射到PCB的底表和通孔之内。液体焊料也被吸到通孔内，填入通孔，当冷却、固化后，将针脚包封在通孔内。上述的芯片装配和组件装配工艺过程的最重要环节之一是焊剂的选取。即，如上所述，焊剂的作用在于除掉可能在焊料层、接触焊盘上，针脚上或通孔内形成的任何氧化层，并增加接触焊盘被焊球的浸润。在大多数的情况下，在焊接工艺完成时，使用普通的现有的焊剂导致离子残渣留在焊区、接触焊盘、针脚或通孔上。这类离子残渣是有害的，因为这些残渣会引发电路的锈蚀和短路。所以，倘若形成，必须除掉这类离子残渣，如在完成焊接工艺后，用水清洗。在芯片和PCB之间或在无脚组件和PCB之间所形成的焊料连接，如上所述，其高度较小，如4密耳，因而芯片或无脚组件与其PCB之间的间隔是应相的小。这是值得注意的，因为这暗示着，在完成焊接工艺后，从焊区和/或接触焊盘上清洗掉任何离子残渣，若非不可能，也是很困难的。此外，在插脚组件的情况下，当相当的离子残渣容易用水清洗时，人们必须应付由所得的污染的水所造成的对环境的公害。值得注意，从事开发将芯片和组件装配到PCB上的焊剂和焊接工艺的技术人员曾设想，至今进展甚微，在完成相应的焊接工艺时，在焊区、接触焊盘、针脚或通孔上基本不留离子残渣的焊剂。本专利技术包括一种新的焊剂配方，在将电子元件，诸如芯片和芯片载体组件装配到PCB上所用的常规焊接工艺完成时，基本上不留离子残渣。值得注意，该配方包括庚二酸(HOOC(CM2)5CO6H)作为主要活性组分，即作为主要焊剂。此外，该配方包括两种有机溶剂第一种有机溶剂的挥发温度较低，如82.4℃，最好是异丙醇(异丙基醇类)。第二种有机溶剂的挥发温度较高，如约170℃，最好是丙二醇单丁基醚(亦称N—丁基丙烯甘醇酰)。虽然不是必要的，但配方最好还包括比较少量的水，最好是去离子水。本专利技术还包括新焊剂配方在把诸如芯片、芯片载体组件、电阻、电容等电子元件装配到PCB上所用的焊接工艺中的应用。参照唯一的未按比例绘制附图，称为附图说明图1，描述本专利技术，为方便起见，绘出根据本专利技术的包括按俗称的倒扣结构将一半导体芯中装配到PCB上的工艺步骤。本专利技术包括一种新的焊剂配方，在将电子元件装配到PCB上所用的常规焊接工艺完成后，基本上不留离子残渣。因而，在焊接工艺完成时，无需用水清洗这类离子残渣，也就无需应付由离子残渣所污染的水所造成的对环境之公害。本专利技术还包括新焊剂配方在把芯片、芯片载体组件、电阻、电容等电子元件装置到PCB上所用的焊接工艺中的应用。值得注意，新焊剂配方包括庚二酸(HOOC(CH2)5COOH)作为主要的活化组分，即作为主要焊剂。(应该指出，在室温下庚二酸是固体，其熔化温度大约是105℃)此外，该新的焊剂配方还包括两种有机溶剂，第一种溶剂挥发温度比较低，如82.4℃，而第二种溶剂挥发温度比较高，如170℃。虽然不是必不可少的，新焊剂配方最好还包括比较少量的水，最好是去离子水。应予指出，庚二酸、第二有机溶剂和水是溶于第一有机溶剂的。第一有机溶剂最好是异丙醇(异丙基醇类其挥发温度为82.4℃。合用的异丙醇的替代物包括n—丙烯和苄基醇。如上所述庚二酸、第二有机溶剂(下面描述)。和水(若有的话)是溶于第一有机溶剂的。第二种有机溶剂最好是丙二醇单丁基醚(亦称N—丁基丙烯甘醇醚)，其挥发温度大约170℃。丙二醇单丁基醚的合用替代物包括丙二醇单丙基醚和二甘醇单乙基醚，应予指出，当在下述的焊接工艺过程中第一种有机溶剂挥发时，则庚二酸(及水，若有的话)基本上溶于第二有机溶剂，直至在焊接工艺中第二有机溶剂挥发掉。本专利技术的焊剂配方中的庚二酸的相对量大约在1wt％～6wt％的范围。若本专利技术的焊剂配方是比如用于半导体芯与PCB的焊接，则庚二酸的相对量最好是4.5wt％。庚二酸小于1wt％的相对量是不好的，因为这可以导致不充分的和/或不适当的焊剂作用，即除掉氧化层不充分和/或不适当和焊料表面张力减小得不充分。庚二酸的相对量大于6wt％也是不好的，因为这可导致，在常规焊接工艺完成后留下大量的有害的残渣。第一有机溶剂，如异丙醇，在本专利技术中的相对量在大约25wt％～75wt％的范围。若本专利技术的焊剂配方是，比如用于半导体对PCB的焊接中，则第一有机溶剂的相对量最好是70.9wt％。第一有机溶剂的相对量小于25wt％是不好的，因为相应的焊剂配方可能不是单相系，使用这些配方可能导致庚二酸的不良的非均匀分布。第一有机溶剂的相对量大于75wt％也是不好的，因为庚二酸的相应浓度已低得不可接受，因而相应的焊剂反应不充分。第二种有机溶液，如丙二醇单丁基醚在本专利技术的焊剂配方中相对量大约在10wt％～35wt％的范围。若本专利技术的焊剂配方是，比如用于半导体芯对PCB的焊接，则第二有机溶剂的相对量最好是23.6wt％。第二有机溶剂的相对量小于10wt％是不好的，因为庚二酸有从溶液中脱溶的趋势，导致庚二酸不良的非均匀分布。第二有机溶剂的相对量大于35wt％也不好，因为庚二酸的相应浓度已低得不可接受，而相应的焊剂反应也不充分。水，若用的话，在本专利技术的焊剂配方中的相对量在大约0％～2wt％的范围。水的作用，若用的话，在于提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊剂配方，包括 庚二酸；以及 第一和第二有机溶剂，所说的第二有机溶剂比第一有机溶剂的挥发温度高，所说的庚二酸和所说的第二有机溶剂溶于所说的第一有机溶剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊莱昂阿尔德，苏珊汉奇尔卡道尼，哈利詹姆斯高登，伊萨塞义德穆哈穆德，克莱门阿丁杜奥科罗，詹姆斯斯帕利克，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]