專利名稱：可固化助焊劑組合物和焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可固化助焊劑(flux)組合物，包括作為起始成分的每分子具有至少兩個(gè)環(huán)氧乙烷(oxirane)基團(tuán)的樹脂組分；羧酸；式I代表的助焊試劑，其中R1，R2，R3和R4獨(dú)立地選自氫、取代的C1,烷基、未取代的C1,烷基、取代的C7,芳烷基和未取代的C7,芳烷基；并且R1，R2，R3和R4中的O到3個(gè)是氫；以及任選的固化劑。本發(fā)明還涉及一種使用可固化助焊劑組合物焊接電接觸點(diǎn)(contact)的方法。
背景技術(shù)：
助焊劑是用于制造電氣裝置的重要工具，包括裝配電子元件(例如半導(dǎo)體芯片)到基材上(例如印制電路板、印刷電路卡、有機(jī)基材、硅轉(zhuǎn)接板、其它半導(dǎo)體芯片)。倒裝芯片法是一種用于裝配電子元件到基材上的日益重要的方法。在用于將半導(dǎo)體芯片裝配到基材上的倒裝芯片法的一個(gè)實(shí)例中，在位于該半導(dǎo)體芯片上的接觸點(diǎn)(例如觸板、觸針)上提供焊料(例如作為焊球)。換言之，在位于基材上相應(yīng)的接觸點(diǎn)(例如觸板、鍍銅通孔)上提供焊料。將助焊劑用于焊料，以清除可能存在于焊料表面上、或者存在于半導(dǎo)體芯片或基材的觸點(diǎn)表面上的氧化物層。在回流期間，助焊劑也起到通過焊料提供增加的觸點(diǎn)潤濕性(wetting)的作用。隨后，使半導(dǎo)體芯片上的焊料或觸點(diǎn)與基材上相應(yīng)的觸點(diǎn)或焊料物理接觸。隨后將半導(dǎo)體芯片和/或基材上的焊料加熱至回流。冷卻時(shí)，在半導(dǎo)體芯片與基材之間形成互連。典型地，隨后將這些互連包封(例如用環(huán)氧樹脂)以提高半導(dǎo)體芯片/基材組件的可靠性。即，封裝樹脂有助于減小可能由半導(dǎo)體芯片和基材的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)變(strain)。對用于上述工藝的助焊劑的實(shí)際選擇非常重要。很多常規(guī)的助焊劑的使用，導(dǎo)致形成了不希望的離子殘?jiān)?，其可能降低設(shè)備產(chǎn)品的可靠性。因此，該不希望的離子殘?jiān)仨殢脑O(shè)備清除。然而，在形成焊接互連后半導(dǎo)體芯片和基材(例如印制電路板)之間的距離非常小的事實(shí)妨礙了對該設(shè)備的清潔。這使得清除在焊接過程中形成的任何不希望的離子殘?jiān)墓に囅喈?dāng)復(fù)雜。通常，采用可固化有機(jī)材料(典型地含有有機(jī)或者無機(jī)填料)來填充半導(dǎo)體芯片與基材之間的縫隙，并用來加強(qiáng)半導(dǎo)體芯片和基材之間電互連的焊接接頭。這些底部填充(underfill)材料依賴于毛細(xì)作用填充該縫隙。半導(dǎo)體芯片和基材之間的縫隙必須完全填充，以給電器元件產(chǎn)品提供最大的可靠性。然而，當(dāng)將可固化的有機(jī)材料應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片與基材間的縫隙周圍時(shí)，可能會(huì)在縫隙中心區(qū)留下空隙。隨著電器元件的尺寸縮小(即，縫隙的高度變小)，毛細(xì)管作用的限制作用導(dǎo)致非填充中心區(qū)擴(kuò)大。為處理這個(gè)問題，一些人在基材中對應(yīng)于接近縫隙區(qū)域中心的位置設(shè)置孔。隨后通過該孔將底部填充材料供應(yīng)到縫隙及周圍。然而，這種方法要求設(shè)計(jì)設(shè)備來提供一個(gè)無電路區(qū)域，以便于定位中心孔。關(guān)于底部填充問題的另一方法已經(jīng)開始被稱為“無流動(dòng)(no flow)”工藝，其中在焊接之前，將底部填充材料預(yù)先施加到半導(dǎo)體芯片和/或基材上。隨后，這種材料在焊接時(shí)占據(jù)半導(dǎo)體芯片和基材之間的縫隙，以形成互連的組件并固化(典型地通過加熱)。在該無流動(dòng)工藝中，已知使用一種能提供助焊和包封功能的底部填充材料。該材料減少將半導(dǎo)體芯片封裝到基材上所需要步驟的數(shù)量。即，這些材料將助焊和底部填充步驟合二為一，并且不需要清潔步驟。Pennlsl等在美國專利No. 5，128, 746中公開了一種該無流動(dòng)底部填充材料。Pennlsl等公開了一種含有用于回流焊接電器元件和基材的助焊劑的熱可固化粘合劑，包括當(dāng)加熱到焊接溫度時(shí)從電器元件或者基材清除氧化物層并且至少部分固化的粘合劑，所述粘合劑基本上由熱固性樹脂，含量足以從所述元件或所述基材上清除所述氧化物層的助焊劑，以及當(dāng)熱可固化粘合劑受熱時(shí)與熱固性樹脂反應(yīng)并使之固化的固化劑組成。Chen等在美國專利No. 7，303, 944中公開了另一種無流動(dòng)底部填充方法。Chen等公開的方法包括在基材 表面上的觸板上施加含有松香化合物的酸酐加成物作為助焊劑的底部填充材料；放置具有活性表面的微電子器件，并在活性表面的多個(gè)觸板上設(shè)置有多個(gè)焊料塊(solder bump)，相對與基材；該多個(gè)焊料塊設(shè)置在無流動(dòng)底部填充材料中；用助焊劑從焊料塊除去金屬氧化物；通過加熱到高于焊料熔點(diǎn)的溫度來回流焊料；并固化底部填充材料。很多常規(guī)的無流動(dòng)底部填充材料(像那些著名的)都建立在環(huán)氧化學(xué)上，并依賴于羧酸或者酸酐提供助焊作用。同時(shí)，周期性地采用有機(jī)醇類作為加速劑，只要它們與酸酐起反應(yīng)形成羧酸助焊試劑。然而，在焊接和封裝過程中羧酸有揮發(fā)傾向。這是不希望的，因?yàn)樗茉诎雽?dǎo)體芯片和基材之間的縫隙中產(chǎn)生孔隙，降低產(chǎn)品設(shè)備的可靠性。因此，仍然需要有利于在電器元件內(nèi)制造可靠焊接和包封互連(即，半導(dǎo)體芯片和印制電路板之間的互連)的可固化助焊劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可固化助焊劑組合物，包括作為起始成分的每分子具有至少兩個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán)的樹脂組分；羧酸；式I代表的助焊試劑
權(quán)利要求
1.一種可固化助焊劑組合物，所述可固化助焊劑組合物包括作為起始組分的 每分子具有至少兩個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán)的樹脂組分；羧酸；式I所示的助焊試劑
2.如權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物，其中的羧酸選自由C8_2(l的脂族單羧酸、C2_20 的脂族二羧酸、C6_20的芳香羧酸及其混合物組成的組。
3.如權(quán)利要求2的可固化助焊劑組合物，其中羧酸選自由辛酸、壬酸、i^一烷酸、十二烷酸、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、亞油酸、α -亞麻酸、二十酸、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、安息香酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、苯連三酸、苯偏三酸、苯均三酸、苯偏四甲酸、苯連四甲酸、苯均四酸、苯六甲酸、甲苯甲酸、二甲苯甲酸、二甲基苯甲酸、均三甲苯酸的、苯連四甲酸、肉桂酸、水楊酸、安息香酸、萘甲酸、酚酞啉、雙酚酸及其混合物組成的組。
4.如權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物，其中助焊劑組合物表現(xiàn)出1:1至20 :1的助焊試劑的胺基氮與羧酸的酸成分(-C00H)當(dāng)量比。
5.如權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物，其中在取代的C1,烷基和取代的C7,芳基烷基中的取代基選自-OH、-OR5、-COR5-、-COR5、-C (O) R5、-CHO, -COOR5, -OC (0) OR5、-S (0) (0) R5、-S(0)R5、-S(O) (O)NR52' -OC(O)NR62' -C(O)NR62' _CN、-N(R6)和-NO2 中的至少一個(gè)；其中 R5選自C1J烷基、C3_28環(huán)烷基、C6_15芳基、C7_28芳基烷基和C7_28烷基芳基；且其中R6選自氫、 CV28烷基、C3_28環(huán)烷基、C6_15芳基、C7_28芳基烷基和C7_28烷基芳基。
6.如權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物,其中R1、R2、R3和R4中的I至3個(gè)為氫。
7.如權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物，其中R1、! 2、! 3和R4獨(dú)立地選自氫、-CH2CH(OH) R9和-CH2CH(OH) CH2-O-R9 ;其中R9選自氫、C1^28烷基、C3_28環(huán)烷基、C6_15芳基、C7_28芳烷基和 C7_28烷基芳基。
8.如權(quán)利要求4的助焊劑組合物，其中R1與R2的I個(gè)為氫；且其中R3與R4的I個(gè)為氫。
9.如權(quán)利要求1的助焊劑組合物，進(jìn)一步包括焊粉。
10.一種形成包封的金屬連接的方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求1的可固化助焊劑組合物；提供多個(gè)第一電接觸點(diǎn)；提供多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)；提供焊料；將可固化助焊劑組合物施加到多個(gè)第一電接觸點(diǎn)和多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)中的至少一種；將多個(gè)第一電接觸點(diǎn)置于靠近多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)處；將焊料加熱至其回流溫度以上形成熔融焊料，并將熔融焊料暴露于多個(gè)第一電接觸點(diǎn)和多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)；用熔融焊料替換來自多個(gè)第一電接觸點(diǎn)和多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)的可固化助焊劑組合物，并在多個(gè)第一電接觸點(diǎn)和多個(gè)相應(yīng)的第二電接觸點(diǎn)之間形成多個(gè)電互連；以及，固 化可固化熱固性樹脂組合物，包封多個(gè)電互連。
全文摘要
可固化助焊劑組合物和焊接方法。提供一種可固化助焊劑組合物，包括作為起始成分的每分子具有至少兩個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán)的樹脂組分；羧酸；式I代表的助焊試劑，其中R1，R2，R3和R4獨(dú)立地選自氫、取代的C1-80烷基、未取代的C1-80烷基、取代的C7-80芳烷基和未取代的C7-80芳烷基；并且R1，R2，R3和R4中的0到3個(gè)是氫；以及任選的固化劑。還提供一種使用可固化助焊劑組合物焊接電接觸點(diǎn)的方法。
文檔編號B23K1/00GK103042320SQ20121050438
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者M·K·賈倫杰, K·S·侯, A·V·多博, M·R·溫克爾, 劉向前, D·D·弗萊明 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司