[发明专利]用于半导体器件应用的免清洗低残留焊锡膏

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体器件的芯片焊接或者回流焊接的免清洗低残留焊锡膏。这种焊锡膏具有均匀的稠度，不存在膏体分离的趋向。最终的剩余残留物是清洁的和水晶状的，适宜于在没有预先用溶剂清洁以去除焊剂残渣下实施进一步的加工步骤。

背景技术

焊锡膏是一种通过将焊锡粉混入焊剂中而制备的焊接材料，焊剂也称为媒介物。焊锡膏例如通过使用模板的丝网印刷术而涂敷到印刷电路板上，或者通过注射器的分配(dispensing)，使得在每个将要进行焊接的区域沉积合适的少量膏体而涂敷焊锡膏至任何金属喷涂的表面上，随后在炉中进行加热以使膏体熔化并进行焊接。这种焊接技术通常被称作回流焊接。包括红外线加热、激光加热、热空气加热以及热板加热的各种加热方式都可以在回流炉中采用。焊锡膏必须具有适合于丝网印刷或分配的一定的流变性质。

焊锡膏的焊剂或者媒介物包含至少一种活化剂，其可以从焊接表面和焊锡粉去除氧化层，以使焊接效果更好。焊剂还包括可以调节膏体流变性质的成分。传统焊剂的主要成分是浓度为40-70重量％的松香和松香衍生物，以及浓度为20-50重量％的溶剂的组合，其每一种都是以焊剂的总重量计。

这些传统焊剂的一个缺点是，事实上大量的松香和焊剂的其它固体成分作为焊剂残渣留在产生的焊接点上或在其附近。回流过程中，在焊锡合金表面上的松香、焊剂的其它成分和金属氧化物之间会发生很多的化学反应。反应产物的不挥发部分和原料的惰性成分仍然作为残渣留在工件上。商业上的免清洗焊锡膏含有6-7个重量％的残渣。

这些残渣如果残留量很大，则将会导致焊接区域的形貌变差，并损害由焊锡膏焊接的电子零件的针脚的接触效果。此外，焊剂残渣可以由于其吸收的湿气而导致工件电路之间的绝缘电阻下降，也可能会因为焊剂残渣所形成的腐蚀产物而导致电路破坏或断路。因此，想要用于需要高可靠性的电子设备的工件必须在回流焊接后进行采用清洁剂的洗涤，以去除残留在焊接区域的焊剂残渣。

经常地，电子设备不得不被密封起来以防止潮湿，进而提高可靠性。密封是通过对整个工件进行树脂成型而完成的。在这种情形下，工件必须用清洁剂洗涤，以在树脂涂布或成形型之前去除任何焊剂残渣。以氟化和氯化溶剂为基础的清洁剂已经被成功地应用于溶解焊剂残渣中的松香。然而，在树脂成型之前必需的清洁工件的步骤带来了额外昂贵的生产环节。而且，这些溶剂的使用现在正受到限制，因为它们的蒸气会导致大气中的臭氧被消耗。

因此，低焊剂残渣的焊锡膏，即所谓的免清洗焊锡膏已经在过去得到了发展。例如US 5176759中公开了具有最小焊剂残渣残留的焊锡膏，其包括焊锡粉和在掺混物中的焊剂。这种焊剂包含5-40重量％的包含松香或者松香衍生物的媒介物成分、活化剂、触变剂以及60-95重量％的溶剂。溶剂主要包括(超过重量的50％)烷基中含1-4个碳原子的2-烷基-1，3-己二醇。在溶剂中使用的2-烷基-1，3-己二醇的粘度较低，其典型数值范围是在20℃时323cps。在此专利中，留下的残渣可目测观察到，并且被指定为1-4的四个等级中的一个。没有给出残留焊剂的百分比。使用这种类型的焊锡膏进行回流焊接后，减少的焊剂残渣残留不会导致需要高可靠性的普通电子设备的实质性问题。然而，对于现在需要超高可靠性的电子设备来讲，该焊锡膏残渣的降低还是不能使我们完全满意。

US 6887319B2揭示了一种不含任何松香的无残渣焊锡膏。这种无残渣焊锡膏在回流焊接之后只留下极少或者干脆没有焊剂残渣，并包含与无松香的膏状焊剂混合的焊锡粉。除至少一种液体溶剂外，该焊剂包含至少一种固体溶剂和至少一种高粘稠溶剂，其总量为30-90质量％，所有的溶剂在回流焊接温度下蒸发。这种焊剂可以还包含0.5-12％的触变剂，比如脂肪酸酰胺，以及选自有机酸及其胺盐的1-15％的活化剂，触变剂和活化剂在溶剂蒸发时在溶剂存在下蒸发。这种焊锡膏就回流焊接之后的残渣剩余量而言令人满意，但是其仍然在均匀性、防止膏体分离的稳定性以及湿润要求上不能令人满意。

因此，对具有好的湿润性、高的稳定性和在回流焊接后焊剂残留至多2％的均匀低残留焊锡膏依然有着持续的需要。即使需要进行成型处理，所述焊剂残渣也应该符合其它的处理步骤，从而避免通过洗涤来去除焊剂残渣的必要。

发明内容

在不同的实施方案中，本发明提供了一种低残渣的焊锡膏。回流焊接后剩余的焊剂残渣是清洁、坚硬且水晶状的，适于在没有预先将残渣洗掉下进一步进行其它加工步骤。该焊锡膏可以承受高达390℃的回流峰值温度。剩余的残渣可承受至多185℃的成型温度。