專利名稱：纖焊膏焊劑體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于活化的焊劑體系和對集成電路(IC)裝置進行助焊處理的方法。特別是，本發(fā)明涉及在焊接操作過程中，以甲基琥珀酸為助焊處理的活化劑、以咪唑化合物為助焊處理的促進劑。
背景技術(shù)：
釬焊膏是焊劑組合物與粉末狀焊料金屬合金的混合物，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)。在室溫下，釬焊膏的可塑性足以使其適應(yīng)任意形狀。同時，它的粘性足以使其粘附于任何與它接觸的表面。這些性質(zhì)使得釬焊膏能有效地用于在電子元件如球柵陣列封裝上、或在附著BGA的電路板上進行表面安裝焊接和形成焊料凸點。
一般來說，表面安裝焊接處理包括將電子元件或基片的電接觸器、少量的釬焊膏和可被焊料潤濕的焊盤互相鄰近地置于印刷電路板上。隨后將其加熱直至焊料軟熔，在可被焊料潤濕的焊盤和電子元件的電接觸器之間形成電連接。一旦焊料發(fā)生軟熔，它會在電子元件和印刷電路板之間形成電連接和機械連接。相對于其它互連方法，這一處理方法有眾多優(yōu)點。首先，可以同時將大量元件相互連接。其次，該處理具有高度可重復性、成本較低、容易應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。
表面安裝焊接處理一般首先進行將釬焊膏模版印刷或網(wǎng)板印刷到印刷電路板的可被焊料潤濕的焊盤上。一旦釬焊膏置于可被焊料潤濕的焊盤上，將要焊接的電子元件定位、置于印刷電路板上的適當位置，電子元件的電接觸器與釬焊膏相接觸。在軟熔過程中，釬焊膏使電子元件保持在適當位置上。
在軟熔過程中，將釬焊膏加熱到這樣的溫度1)使得焊劑將焊接所涉及的全部表面(例如基片、焊墊、焊料凸點和焊料合金粉末)上的氧化物清除，2)足以熔化該焊料粉末，從而使其結(jié)合為單一的液體。軟熔的焊料接觸到焊墊和/或基片，一旦冷卻，焊料會凝固形成完整的導電焊點。
為了形成完全熔化的、堅固的焊點，焊料必須足以“潤濕”焊墊和/或基片。潤濕很大程度上取決于焊料與焊接表面的冶金反應(yīng)、以及釬焊膏焊劑的效力。無論何時熔融焊料與清潔的無氧化物的表面相接觸，潤濕都是更有效的。因此，焊料粉末熔化的溫度和釬焊膏保持在高于助焊反應(yīng)發(fā)生溫度下的持續(xù)時間是保證良好潤濕和獲得堅固焊點的重要因素。然而，如果在軟熔過程中，焊劑不足以從連接的金屬中清除出氧化物，該氧化物將延遲或阻礙焊料的結(jié)合，而發(fā)生“焊料成球”和不完全熔化。術(shù)語“焊料成球”指的是在軟熔過程中加熱時，釬焊膏形成小焊料球而不形成單一焊縫的不良趨向。此外，焊縫會不完全熔化，并且薄弱而易受氣孔影響。不堅持于特定理論，目前認為形成氣孔背后的機理是在焊料金屬中過量的焊劑或其蒸汽發(fā)生滯留。在軟熔周期中，焊劑成分或軟熔外形會阻止焊劑和/或其蒸汽泄漏，從而在冷卻時導致在焊縫中形成內(nèi)部氣孔。
總之，該焊劑組合物具有多種進行這類焊接操作所必需的性能。例如，釬焊膏焊劑必須具有適當?shù)恼扯?、流變學性能、粘性和坍落度，以便懸浮金屬焊料粉末、進行印刷、以及在未凝固時(即在軟熔之前和軟熔過程中)固定電子元件。焊劑必須還能在適當?shù)臏囟认聫慕饘俦砻媲宄趸?，在軟熔過程中和軟熔后必須能保持足夠長時間不被氧化。此外，焊劑和/或其殘渣優(yōu)選在焊接之前、過程中或之后不會腐蝕焊料金屬。
盡管已知的釬焊膏焊劑組合物(如適于Sn-Pb焊料的焊劑)在標準軟熔條件下(如約200℃-約220℃、持續(xù)約30秒-約90秒)是有效的，但是在軟熔過程中受到快速或長時間氧化時，已知的焊劑就不適用了。這種苛刻的條件通常是由于在下述條件下軟熔釬焊膏而造成的在氧化性氣氛中、較高峰值溫度(如約230℃以上)、較慢溫度等變率(約1℃/秒-約2℃/秒)、長時間均熱(如高于約160℃持續(xù)約60秒以上)。雖然用任何焊料組合物進行焊接時都有可能產(chǎn)生這些苛刻條件，但是，當軟熔無鉛焊料合金和高Pb/Sn比(如Pb＞37wt％)的焊料合金時，上述的苛刻條件一般必然存在，這兩種焊料合金的液相溫度都顯著高于普遍使用的Sn63Pb37合金(約183℃)。另一種需要加強焊劑防護的情況是軟熔小焊料沉積物(如寬度小于約300μm的沉積物)時，這是因為液態(tài)焊劑防護層很薄、易滲透氧氣。因此，一直需要一種釬焊膏焊劑，它在更高溫度下、更長時間內(nèi)具有改善的清除氧化物能力(即助焊能力)和高抗氧化能力。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種釬焊膏焊劑，它具有適當?shù)恼扯取⒘髯儗W性能、粘性和坍落度，以便懸浮金屬焊料粉末、進行印刷、以及在未凝固時(即在軟熔之前和軟熔過程中)固定電子元件；提供一種釬焊膏焊劑，它能在無鉛焊料合金所必需的高溫下從金屬表面清除氧化物；提供一種釬焊膏焊劑，它能在無鉛焊接所必需的長時間焊接過程中不被氧化；提供一種釬焊膏焊劑，它在焊接之前、過程中或之后不會腐蝕焊料金屬；以及提供一種釬焊膏焊劑，它能在軟熔過程中保護小焊料沉積物(如寬度小于約300μm的沉積物)。
因此，簡要說來，本發(fā)明涉及一種焊劑組合物，其包括基體組分、溶劑組分、包括甲基琥珀酸的活化組分、以及包括咪唑化合物的促進組分，該咪唑化合物選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。
本發(fā)明還涉及一種焊劑組合物，其以重量百分比計包括氫化樹脂約13.0-約23.0％，氫化樹膠木松香約13.0-約23.0％，二醇醚約14.0-約30.0％，羥基封端的聚丁二烯約6.0-約12.0％，石油餾分約3.0-約15.0％，甲基琥珀酸約4.0-約17.0％，2-乙基咪唑約3.0-約10.5％，任選地觸變膠(thixatrope)高達約13％，任選地膦衍生物高達約2.0％，以及任選地三唑衍生物高達約2.5％。
此外，本發(fā)明還涉及一種釬焊膏，其包含分散于焊劑組合物中的金屬焊料粉末。焊劑組合物包括基體組分、溶劑組分、包括甲基琥珀酸的活化組分、包括咪唑化合物的促進組分，該咪唑化合物選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。任選地，該焊劑組合物包含流變組分和抗腐蝕劑組分。
而且，本發(fā)明還涉及一種連接兩個可焊表面的方法。該方法包括在至少一個可焊表面上涂覆釬焊膏的沉積物，該釬焊膏包含金屬焊料粉末和焊劑組合物，該焊劑組合物包括基體組分、溶劑組分、包括甲基琥珀酸的活化組分、以及包括咪唑化合物的促進組分，該咪唑化合物選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。對至少一個可焊表面加熱以便使該釬焊膏軟熔，從而使熔融焊料潤濕兩個可焊表面，隨后將熔融焊料冷卻以便使其凝固，從而連接這兩個可焊表面。
本發(fā)明還涉及一種電子元件組件，其包括具有多個可被焊料潤濕的焊盤的電子元件、具有與該電子元件上可被焊料潤濕的焊盤相對應(yīng)的電接觸器的基片、以及處于該可被焊料潤濕的焊盤與該電接觸器之間的釬焊膏。該釬焊膏包含金屬焊料粉末和焊劑組合物，該焊劑組合物包括基體組分、溶劑組分、包括甲基琥珀酸的活化組分、以及包括咪唑化合物的促進組分，該咪唑化合物選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。該焊劑組合物任選地包含流變組分和抗腐蝕劑組分。
本發(fā)明還涉及一種制備焊劑組合物的方法，包括將包括甲基琥珀酸的活化組分與包括2-乙基咪唑的促進組分相混合。
通過下面的內(nèi)容，本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它特點和優(yōu)勢將更加清楚。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種含有甲基琥珀酸(也稱作甲基丁二酸)的焊劑。甲基琥珀酸的IUPAC名稱為2-甲基-1，4-丁二酸。甲基琥珀酸的化學式為HO2CCH(CH3)CH2CO2H。出乎意料地，焊劑中包含甲基琥珀酸帶來了多種益處，例如在更高溫度、更長持續(xù)時間中，助焊能力提高、抗氧化性提高、以及抗降解性能提高。
任何適當類型的焊料操作的焊劑中都可以含有甲基琥珀酸。但是，它特別適用于作為與粉末狀焊料合金相混合的焊劑組合物的一部分，以制成釬焊膏。因此，下述內(nèi)容涉及甲基琥珀酸在釬焊膏中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的粘性焊劑組合物包括基體組分、溶劑組分和活化組分。任選地，該焊劑組合物可以包括促進劑組分、流變組分和/或抗腐蝕劑組分。
基體組分本發(fā)明所述焊劑一般歸類為油溶性類型，其中，該基體組分是熱塑性或熱固性的樹脂。優(yōu)選地，該基體組分包括熱塑性樹脂如松香、改性松香、松香-改性樹脂和合成樹脂。松香、改性松香和松香-改性樹脂的實例包括木松香、松香、妥爾油松香、歧化松香、氫化松香、聚合松香、氫化樹脂、氫化樹膠木松香和聚BD R45HTLO樹脂(ElfAtochem，Philadelphia，PA)。合成樹脂的實例包括含羧基樹脂如聚酯樹脂、丙烯酸樹脂和苯乙烯馬來樹脂、環(huán)氧樹脂、可熔性酚醛樹脂或線型酚醛樹脂和KE604(Arakawa Chemicals，日本)和Foral AX(Hercules公司，Wilmington，德國)。基體組分可以包括一種或多種上述熱塑性樹脂。基體組分優(yōu)選占焊劑的約5-約95wt％，更優(yōu)選為約20-約50wt％。該基體組分能避免焊料在高溫下被氧化、提供抗氧氣的防護屏障、并且從表面和焊料清除氧氣從而活化焊接表面。
溶劑組分本發(fā)明所述焊劑包括溶劑組分。溶劑用于溶解該基體組分和其它焊劑組分、分散不溶的焊劑組分、以及覆蓋該焊料金屬合金粉末。如果溶劑是易揮發(fā)的，它還能在焊劑涂覆到基片后促進快速凝固。在軟熔過程中，溶劑蒸發(fā)、留下其它反應(yīng)的和/或未反應(yīng)的焊劑組分。
溶劑的實例包括酮如丙酮和甲基乙基酮；醇類如甲醇、乙醇、異丙醇、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、1-甲氧基-2-丙醇、卡必醇和丁基卡必醇；這些醇類的酯；芳族溶劑如甲苯和二甲苯；二醇醚如二縮三丙二醇正丁基醚和四甘醇二甲基醚；萜烯如松油和萜品醇；石油餾分和羥基封端的聚丁二烯。上述溶劑可以單獨使用或組合使用。
溶劑組分優(yōu)選占焊劑的約5-約95wt％，更優(yōu)選約20-約70wt％。如果溶劑組分的濃度低于焊劑組合物的約20wt％，焊劑的粘度一般會高得足以阻止印刷、并對釬焊膏的可涂覆性產(chǎn)生負面影響。另一方面，如果溶劑組分的濃度超過約70wt％，焊劑傾向于缺乏活性成分(如基體組分和活化組分)，這會導致在軟熔過程中助焊不充分和焊料合金熔化不完全。
活化組分本發(fā)明所述焊劑包括含有甲基琥珀酸的活化組分。活化組分優(yōu)選基本上由甲基琥珀酸組成?；罨M分優(yōu)選占焊劑的約1-約30wt％，更優(yōu)選為約2-約20wt％。甲基琥珀酸可從大量供應(yīng)商處獲得，包括SGA Specialties Group，LLC Annandale，NJ和5-Star Group，Lewingston，PA。
盡管認為并非必需，但活化組分可以包含附加化合物，該化合物一般包括胺的氫鹵酸鹽和胺的有機酸鹽、膦酸、磷酸酯、氨基酸、烷鏈醇胺、有機酸及其組合。如果使用附加化含物的話，該附加化合物優(yōu)選包括有機酸，更優(yōu)選包括含有羥基和/或雙鍵的羧酸(如一元、二元和多元羧酸)。一元羧酸的實例包括脂族一元羧酸如己酸、庚酸、癸酸、壬酸、月桂酸、十六烷酸和硬脂酸。一元羧酸還包括芳族一元羧酸如苯甲酸、水揚酸、茴香酸、對氨基苯磺酸(sulfanylic acid)。二元羧酸的實例包括脂族二元羧酸如乙二酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、順丁烯二酸和衣康酸，和芳族二元羧酸如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸和萘二甲酸。三元羧酸的實例包括丙三羧酸、烏頭酸和檸檬酸。認為可以含有羧酸是因為，與含鹵化物的活化劑如胺氫鹵酸鹽(如電子工業(yè)常用的鹽酸胺和溴氫酸胺)相比，羧酸是弱電離物質(zhì)。而且，由于不含鹵化物，它們不會如上所述腐蝕焊料金屬，而含有鹵化物時則會腐蝕焊料金屬。如果要加入羧酸，優(yōu)選加入二元羧酸化合物，因為它們能獲得焊接性能、最小量殘留離子雜質(zhì)和高表面絕緣性的良好結(jié)合。
對基體組分和活化組分材料的選擇在一定程度上取決于所使用的焊料金屬的熔點。基體組分與活化組分的反應(yīng)開始溫度優(yōu)選低于該焊料金屬的熔點。例如，Sn63Pb37焊料合金的軟熔溫度為約183℃，因此可以選用熔點為約130-約180℃的活化組分。熔點較低的活化組分會在軟熔過程中過早地與熱塑性樹脂發(fā)生反應(yīng)，而熔點較高的活化組分使得焊料無法充分潤濕，從而產(chǎn)生熔化不充分的焊點。
促進組分本發(fā)明所述焊劑包含促進組分以促進甲基琥珀酸(和任何其它活化組分)與基體組分之間的反應(yīng)。換句話說，促進組分能降低助焊化學反應(yīng)開始(即活化組分與基體組分之間的交互作用)的溫度。促進組分優(yōu)選包括咪唑化合物或衍生物，其實例包括2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑。該促進組分更優(yōu)選基本上由2-乙基咪唑組成。促進組分優(yōu)選占焊劑的約0.5-約15wt％，更優(yōu)選為約3-約11wt％。咪唑化合物如2-乙基咪唑在市面有售，有多種供應(yīng)來源包括BASF。
任選地，促進組分可以含有其它化合物如銨鹽和叔胺。銨鹽的實例包括三乙基芐基氯化銨、三甲基芐基氯化銨和四甲基氯化銨。叔胺的實例包括芐基二甲胺、三丁基胺和三(二甲基氨基)甲基苯酚。
甲基琥珀酸和2-乙基咪唑的相對量優(yōu)選為能產(chǎn)生具有過度酸性的焊劑組合物。甲基琥珀酸與2-乙基咪唑的重量比優(yōu)選為約6.7-約9.3，更優(yōu)選為約8-約11。
流變組分為了增強釬焊膏的可印性，該焊劑優(yōu)選包括流變組分。一般來說，釬焊膏的流變性質(zhì)是這樣的靜止時其為膠狀或半固體，而受到剪力時則如液體一般流動。這使得當使用橡皮輥施加壓力時釬焊膏能貫穿模版，并且當模版從基片表面移開時能保持模版的圖案。這些性能優(yōu)選通過使用流變組分中的觸變劑而獲得。觸變劑的實例包括氫化蓖麻油、基于蓖麻油的觸變膠如可從Reox Inc.獲得的THIXATROL ST和可從Siid-Chemie Rheologicals獲得的RHEOCIN、聚酰胺和聚乙烯蠟。流變組分可以含有一種或多種上述材料，流變組分的濃度優(yōu)選為焊劑的約0.5-約15wt％，更優(yōu)選為焊劑的約1-約11wt％。
抗腐蝕劑組分本發(fā)明所述焊劑還可以包含抗腐蝕劑組分，從而在使用過程中和/或在隨后的該制造工藝連帶的周期性加熱過程中減弱或避免軟熔的焊點被腐蝕。抗腐蝕劑的實例包括膦衍生物如三苯基膦和三唑衍生物如羥基苯并三唑。該抗腐蝕劑組分可以包含一種或多種上述物質(zhì)，優(yōu)選占焊劑的約0.1-約5wt％，更優(yōu)選占焊劑的約0.5-約3wt％。
本發(fā)明所述焊劑的一個實施方案如下表所示。

焊劑的制備本發(fā)明所述焊劑組合物可以用任何適當方法制備。一般來說，將多種組分(即溶劑、基體、活化、促進、流變和抗腐蝕劑組分)相混合，加熱至足夠的溫度(如約80℃-約150℃，優(yōu)選約100℃-130℃)保持足夠的時間(如約60-約180分鐘)，直至獲得均一、勻質(zhì)的溶液。
盡管不必需，但優(yōu)選以能限制和/或消除所述組分和/或其它組分(特別是基體組分)之間的化學反應(yīng)的方式向焊劑組合物中加入活化組分和/或促進組分。例如，不堅持于特定理論，目前認為甲基琥珀酸和2-乙基咪唑發(fā)生反應(yīng)，生成能大大提高焊劑效力的2-乙基咪唑甲基琥珀酸鹽。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在軟熔之前(如在焊劑制備和儲存過程中)使這種反應(yīng)最小化，可以使軟熔過程中的焊劑效力達到最大。因此，在接近焊劑制備工藝結(jié)束時，優(yōu)選將該組分中的至少一種添加到焊劑中。更優(yōu)選的是，在接近該制備工藝結(jié)束時，加入甲基琥珀酸和2-乙基咪唑。特別是，當制備焊劑冷卻到環(huán)境溫度時，優(yōu)選在溫度降至低于約40℃之后加入甲基琥珀酸和2-乙基咪唑。除了提高焊劑的效力，發(fā)現(xiàn)在軟熔之前使該反應(yīng)最小化還有益于釬焊膏的穩(wěn)定性和貯藏有效期。
焊料合金本發(fā)明所述焊劑可以與任何電接觸器焊料合金如常規(guī)含鉛焊料(如Sn63Pb73和Sn62Pb36Ag2)一起使用。但是，它特別適用于基本不含鉛的熔焊料合金，基本不含鉛的熔焊料合金通常稱為無鉛焊料合金，一般含鉛量低于約0.3wt％。無鉛焊料合金傾向于具有比含鉛焊料合金更高的液相溫度和/或更長的軟熔持續(xù)時間。無鉛焊料合金的實例包括Au80Sn20、Sn96.2Ag2.5Cu0.8Sb0.5、Sn65Ag25Sb10、Sn96.5Ag3.5、Sn95.5Ag3.8Cu0.7、Sn96.5Ag3Cu0.5、Sn95.5Ag4Cu0.5、Sn93.6Ag4.7Cu1.7、Sn42Bi58、Sn90Bi9.5Cu0.5、Sn99.3Cu0.7、Sn99Cu1、Sn97Cu3、Sn87.1In10.5Ag2Sb0.4、Sn77.2In20Ag2.8、Sn63.6In8.8Zn27.6、Sn97Sb3和Sn95Sb5。上述優(yōu)選的含有甲基琥珀酸的焊劑組合物特別適于印刷和助焊Sn95.5Ag4Cu0.5和Sn96.5Ag3Cu0.5合金。
制備釬焊膏時該焊料合金是粉末形態(tài)。該合金粉粒的粒徑優(yōu)選為依據(jù)泰勒標準篩制(Tyler Standard Screen Scale)約100-約400目(即顆粒能夠通過約150μm孔的篩，而不能通過約38μm孔的篩)。焊料粉末可以采用適當?shù)墓に嚢ǘ栊詺怏w霧化和離心噴霧來制備。
釬焊膏釬焊膏優(yōu)選通過將冷卻的焊劑組合物與金屬合金粉末以常規(guī)方式混合而制成?；旌戏椒ú⒎顷P(guān)鍵因素，但應(yīng)當保證金屬和焊劑均勻分散。例如，可以使用攪拌器和轉(zhuǎn)動葉片混合器。焊料粉末與焊劑的比例選擇為能使所得混合物具有適于印刷的稠度。一般來說，焊料粉末與焊劑的重量比范圍是約80∶20-約95∶5，優(yōu)選約85∶15-約90∶10。
通常希望配制出的釬焊膏具有特定粘度。在測定釬焊膏的粘度之前，優(yōu)選放置幾小時以獲得“靜止”粘度。如果需要的話，釬焊膏的粘度可以在使用之前和/或使用過程中進行調(diào)整。例如，如果粘度太高，可以補充加入溶劑，或者如果粘度太低，則可以補充加入焊料合金粉末。再次測定粘度之前，優(yōu)選再次放置該釬焊膏。
印刷和軟熔如上所述，通過模版印刷和/或網(wǎng)板印刷將釬焊膏涂覆到印刷電路板上的選定區(qū)域。將電子元件鑲嵌到所涂覆的釬焊膏上，在爐中將該組件加熱以熔化或軟熔該焊料合金，從而將電子元件粘著到電路板上。加熱時電路板的表面最高溫度優(yōu)選低于250℃，最適合的是比釬焊膏中存在的焊料合金的液相溫度高50℃。
據(jù)信在軟熔過程中，甲基琥珀酸與2-乙基咪唑發(fā)生反應(yīng)，形成鹽即2-乙基咪唑甲基琥珀酸鹽，該鹽在軟熔過程中和軟熔之后，能活化熱塑性樹脂以便從金屬焊料合金和基片表面清除氧氣、并且通過形成密封該熔融金屬的液體來保護該連接金屬不接觸大氣中的氧氣、并且避免氧氣接觸該焊點。優(yōu)選至少約50％的可用甲基琥珀酸與2-乙基咪唑發(fā)生反應(yīng)生成活化劑鹽。更優(yōu)選的是至少約70％的可用甲基琥珀酸與2-乙基咪唑發(fā)生反應(yīng)生成活化劑鹽。軟熔之后，優(yōu)選的焊劑組合物留下軟的殘留物，而且允許使用電路管腳測試(circuit pintesting)對焊點進行測試。
實施例使用焊球測試對本發(fā)明所述含甲基琥珀酸的無鉛釬焊膏與不含甲基琥珀酸的無鉛釬焊膏的助焊效力進行比較。焊球測試需要將直徑為約6.5mm的釬焊膏沉積物放置于在爐中加熱至約225-250℃的氧化鋁板上。氧化鋁不會被焊料合金潤濕，因此在加熱過程中，經(jīng)過充分助焊的釬焊膏沉積物會形成一個圓形有光澤的球，其直徑約2mm。焊劑的性能較差會導致在較大熔融球周圍的氧化鋁表面上產(chǎn)生被氧化的金屬粉末。
具體來說，對含有約87-89wt％Sn95.5Ag4Cu0.5合金粉末和約11-13wt％根據(jù)上述焊劑成分表制成的焊劑的釬焊膏進行測試。再制備對比例釬焊膏，它與測試釬焊膏大致相同，只是不用甲基琥珀酸而代之以苯基琥珀酸。
對測試釬焊膏和對比例釬焊膏進行多種軟熔測試。例如用約0.7℃/秒的恒定溫度等變率使沉積物軟熔至溫度為約230℃，隨后冷卻(爐的允許偏差為±5℃)。沉積物在約217℃以上的溫度停留約60秒。Sn95.5Ag4Cu0.5合金的低共熔溫度為約217℃。高于合金低共熔溫度幾度(＜約5℃)合金會變?yōu)楦酄睿⑦_到比液相溫度高幾度(即合金完全熔化)。對釬焊膏沉積物進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)含甲基琥珀酸的釬焊膏完全熔化，而對比例鉛焊膏則未完全熔化。
另一項測試中，僅將釬焊膏加熱至約229℃，即僅高于低共熔溫度約12℃。即使在這樣的低溫下，含甲基琥珀酸的沉積物也形成了完全熔化的焊球。
所作的另一比較中，一種用于Sn95.5Ag4Cu0.5合金的典型工業(yè)軟熔操作需要將要焊接的表面加熱到約237℃-約245℃之間，這提高了焊料被空氣氧化的可能性。工業(yè)加熱速度為約1-2℃/s，這種條件不如測試過程所使用的0.5-0.7℃/s苛刻。而且，軟熔操作通常包括均熱，其中在等變上升(如在60℃和/或180℃下保持約10-30秒)過程中將印刷的基片保持在某溫度下，而且處于高于液相溫度的時間為約30-40秒至約100秒。增加軟熔的持續(xù)時間需要焊劑組合物抵抗大氣中的氧氣通過液態(tài)焊劑滲入的能力更強。即使在如此苛刻的氧化條件下，含有甲基琥珀酸的釬焊膏也能軟熔并形成完全熔融的焊點。
應(yīng)當理解上述內(nèi)容僅僅是說明性的而非限制性的。通過上述內(nèi)容，許多實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是顯而易見的。因此本發(fā)明的范圍并不僅僅決定于上述內(nèi)容，而也應(yīng)當由權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求享有權(quán)利的等效語的全部范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種焊劑組合物，其包括基體組分；溶劑組分；包括甲基琥珀酸的活化組分；以及包括咪唑化合物或衍生物的促進組分。
2.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述促進組分選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述活化組分基本上由甲基琥珀酸組成，所述促進組分基本上由2-乙基咪唑組成。
4.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述基體組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，溶劑組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，活化組分占焊劑組合物的約1-約30wt％，促進組分占焊劑組合物的約0.5-約15wt％。
5.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述基體組分占焊劑組合物的約20-約50wt％，溶劑組分占焊劑組合物的約20-約70wt％，活化組分占焊劑組合物的約2-約20wt％，促進組分占焊劑組合物的約3-約11wt％。
6.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述基體組分包括選自下列的熱塑性樹脂木松香、松香、妥爾油松香、歧化松香、氫化松香、聚合松香、氫化樹脂、氫化樹膠木松香、含羧基樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯馬來樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及其混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的焊劑組合物，其中所述基體組分基本上由氫化樹脂和氫化樹膠木松香組成。
8.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其中所述溶劑組分選自酮、醇、醇的酯、芳族溶劑、二醇醚、萜烯、石油餾分、羥基封端的聚丁二烯及其混合物。
9.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其包括選自下列的流變組分氫化蓖麻油、基于蓖麻油的觸變膠、聚酰胺、聚乙烯蠟及其混合物。
10.如權(quán)利要求9所述的焊劑組合物，其中所述流變組分占焊劑組合物的約0.5-約15wt％。
11.如權(quán)利要求9所述的焊劑組合物，其中所述流變組分占焊劑組合物的約1-約11wt％。
12.如權(quán)利要求1所述的焊劑組合物，其包括選自下列的抗腐蝕劑組分膦衍生物、三唑衍生物及其混合物。
13.如權(quán)利要求12所述的焊劑組合物，其中所述抗腐蝕劑組分占焊劑組合物的約0.1-約5wt％。
14.如權(quán)利要求12所述的焊劑組合物，其中所述抗腐蝕劑組分占焊劑組合物的約0.5-約3wt％。
15.一種焊劑組合物，其以重量百分比計包括氫化樹脂約13.0-約23.0％，氫化樹膠木松香約13.0-約23.0％，二醇醚約14.0-約30.0％，羥基封端的聚丁二烯約6.0-約12.0％，石油餾分約3.0-約15.0％，甲基琥珀酸約4.0-約17.0％，2-乙基咪唑約3.0-約10.5％，任選地觸變膠高達約13％，任選地膦衍生物高達約2.0％，以及任選地三唑衍生物高達約2.5％。
16.一種釬焊膏，其包含分散于焊劑組合物中的金屬焊料粉末，該焊劑組合物包括基體組分；溶劑組分；包括甲基琥珀酸的活化組分；包括咪唑化合物或衍生物的促進組分；任選地包含的流變組分；以及任選地包含的抗腐蝕劑組分。
17.如權(quán)利要求16所述的釬焊膏，其中金屬焊料粉末與焊劑組合物的重量比范圍是約80∶20-約95∶5。
18.如權(quán)利要求16所述的釬焊膏，其中金屬焊料粉末與焊劑組合物的重量比范圍是約85∶15-約90∶10。
19.如權(quán)利要求16所述的釬焊膏，其中所述金屬焊料粉末是無鉛焊料合金粉末，所述合金粉末的熔點為約70℃-約400℃。
20.如權(quán)利要求16所述的釬焊膏，其中所述促進劑選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑及其混合物。
21.如權(quán)利要求16所述的釬焊膏，其中所述活化組分基本上由甲基琥珀酸組成，所述促進組分基本上由2-乙基咪唑組成。
22.如權(quán)利要求17所述的釬焊膏，其中所述基體組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，溶劑組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，活化組分占焊劑組合物的約1-約30wt％，促進組分占焊劑組合物的約0.5-約15wt％，流變組分占焊劑組合物的焊劑重量百分比的約0.5-約15wt％，抗腐蝕劑組分占焊劑組合物的約0.1-約5wt％。
23.如權(quán)利要求17所述的釬焊膏，其中所述基體組分占焊劑組合物的約20-約50wt％，溶劑組分占焊劑組合物的約20-約70wt％，活化組分占焊劑組合物的約2-約20wt％，促進組分占焊劑組合物的約3-約11wt％，流變組分占焊劑組合物的約1-約11wt％，抗腐蝕劑組分占焊劑組合物的約0.5-約3wt％。
24.如權(quán)利要求17所述的釬焊膏，其中所述基體組分包括選自下列的熱塑性樹脂木松香、松香、妥爾油松香、歧化松香、氫化松香、聚合松香、氫化樹脂、氫化樹膠木松香、含羧基樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯馬來樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及其混合物；所述溶劑組分選自酮、醇、醇的酯、芳族溶劑、二醇醚、萜烯、石油餾分、羥基封端的聚丁二烯及其混合物；所述流變組分選自氫化蓖麻油、基于蓖麻油的觸變膠、聚酰胺、聚乙烯蠟及其混合物；所述抗腐蝕劑組分選自膦衍生物、三唑衍生物及其混合物。
25.一種連接兩個可焊表面的方法，所述方法包括在至少一個可焊表面上涂覆釬焊膏的沉積物，該釬焊膏包含金屬焊料粉末和焊劑組合物，該焊劑組合物包括基體組分、溶劑組分、包括甲基琥珀酸的活化組分、以及包括咪唑化合物或衍生物的促進組分；對至少一個可焊表面加熱以便使該釬焊膏軟熔，從而使熔融焊料潤濕兩個可焊表面；以及將熔融焊料冷卻以便使其凝固，從而連接這兩個可焊表面。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述促進組分選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中通過網(wǎng)板印刷或模版印刷來涂覆釬焊膏。
28.一種電子元件組件，其包括(a)具有多個可被焊料潤濕的焊盤的電子元件；(b)具有與該電子元件上可被焊料潤濕的焊盤相對應(yīng)的電接觸器的基片；以及(c)處于該可被焊料潤濕的焊盤與該電接觸器之間的釬焊膏，該釬焊膏包含金屬焊料粉末和焊劑組合物，該焊劑組合物包括(i)基體組分；(ii)溶劑組分；(iii)包括甲基琥珀酸的活化組分；(iv)包括咪唑化合物或衍生物的促進組分；(v)任選地包括的流變組分；以及(vi)任選地包括的抗腐蝕劑組分。
29.如權(quán)利要求28所述的電子元件組件，其中所述促進組分選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。
30.一種制備焊劑組合物的方法，包括將包括甲基琥珀酸的活化組分與包括咪唑化合物或衍生物的促進組分相混合。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述促進組分選自2-甲基-4-乙基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑及其混合物。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述促進組分為2-乙基咪唑。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中將基體組分、溶劑組分、任選地流變組分和任選地抗腐蝕劑組分與活化組分和促進組分相混合。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述基體組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，溶劑組分占焊劑組合物的約5-約95wt％，活化組分占焊劑組合物的約1-約30wt％，促進組分占焊劑組合物的約0.5-約15wt％，流變組分占焊劑組合物的焊劑重量百分比的約0.5-約15wt％，抗腐蝕劑組分占焊劑組合物的約0.1-約5wt％。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中在約80℃-約150℃溫度下，將所述基體組分、溶劑組分、流變組分和抗腐蝕劑組分相混合約1-約3小時。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，在與活化組分和促進組分相混合之前，將所述基體組分、溶劑組分、流變組分和抗腐蝕劑組分的加熱的混合物冷卻至低于約40℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊劑和釬焊膏，其包括甲基琥珀酸作為活化組分、咪唑化合物作為促進組分。該咪唑組合物選自2－甲基－4－乙基咪唑、2－甲基咪唑和2－乙基咪唑及其混合物。本發(fā)明還涉及一種制備上述焊劑的方法和使用該釬焊膏進行焊接的方法。本發(fā)明還涉及一種使用該釬焊膏連接的電子元件組件。
文檔編號B23K35/26GK1671506SQ03818220
公開日2005年9月21日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者B·阿扎多, A·D·普里塞, L·J·塞奎伊拉, L·霍澤 申請人:弗萊氏金屬公司