[发明专利]焊剂配方及相应的焊接方法

说明书

本发明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／或对应的焊层上，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触，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之间的间隔是应相当的小。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。

具体而言，US专利4，940，498公开了一种由较大重量比的一元醇和较少重量比的水不溶混聚亚烷基二醇二烷基或二芳基醚组成的混合物，作为非腐蚀性焊剂材料的溶剂，以避免当焊接电子元件时(如在生产印刷电路元件中)形成不合适的焊剂残余物。同时，US专利4，940，498披露了将该溶剂混合物用于配制其中非腐蚀性焊剂材料为脂族羧酸的液态焊剂组合物时，获得有利结果，所述脂族羧酸可以为一元酸如丙酸，或优选二元羧酸如草酸、丁二酸、己二酸、癸二酸或苹果酸。但是，US专利4，940，498完全未涉及庚二酸。

本发明人已发现通过将庚二酸与两种有机溶剂混合可获得最有利的结果。此发现基于庚二酸不同于US专利4，940，498中披露的其它二元羧酸：即庚二酸具有较低的熔点(即约105℃)，并且在常规焊接方法涉及的温度下(如温度等于或大于约180℃)不分解。前一性能意味着庚二酸在较低的温度下开始助溶作用，而后一性能意味着这种助溶作用继续至进行焊接时的温度。后一性能同样重要，因为，若庚二酸在低于进行焊接时的温度下分解，则这将导致形成离子残余物。