專利名稱：焊劑的制作方法
焊劑發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及焊劑、特別是直接芯片連接(DCA)焊劑領(lǐng)域。在本發(fā)明中特別感興趣 的是適用于如下工藝的類型的焊劑其中將待經(jīng)焊劑處理的制品在設(shè)置和焊接之前浸入焊 劑儲存器中。這些對于“疊層封裝”(PoP)電子組件等是平常的。相關(guān)技術(shù)說明焊接工藝是公知的。這些包括從手工焊接方法到機器焊接方法的范圍。將焊劑 (flux material)與焊料(soldering material) 一起使用是公知的。焊劑滿足許多功能。 通常，焊劑的主要功能是確保第一元件例如支撐基底如印刷線路板(PCB)的導電材料以穿 越焊料互連的良好導電作用與第二元件如電子元件適當?shù)鼗ミB。單獨使用焊料(solder) 將不會形成互連。為了形成成功的互連，有必要應用焊劑(fluxing material)。已經(jīng)使用了許多不 同的替代物。已知例如在焊料中包括固體焊劑。通常，這類焊料然后將以金屬線或其它此 類固體形式提供，該形式將引入穿過焊料的焊劑芯。隨著加熱時焊料熔化，焊劑被活化，并 且如果所述焊接工藝符合可接受的標準，則形成由此產(chǎn)生的互連。還已知使用焊膏。焊膏通常是焊料顆粒在焊劑介質(zhì)中的均勻穩(wěn)定的懸浮體?；亓骱附颖挥糜赑CB的自動化制造中，其中電子元件被表面安裝在已通過如絲網(wǎng) 印刷或模版印刷或分配等方法預先施加焊膏的PCB上。然后使得PCB經(jīng)受足夠高的溫度， 以導致焊料液化并在PCB上就地連接所述元件。熱量可以通過例如紅外線、加熱式輸送帶 或?qū)α餮b置提供?？紤]到現(xiàn)代電子器件例如移動電話日益要求的電路小型化和復雜性，已涌現(xiàn)了例 如能通過拾取-浸漬工藝(pick-and-dip process)應用的焊接工藝。例如采用粘性液體 形式的焊劑。關(guān)于此點，粘性液體是可以通過拾取-浸漬工藝施加的、但其足夠粘從而于適 當位置保留在被浸漬的元件上用于后續(xù)焊接的粘性液體。拾取-浸漬工藝典型地用于已預先施加有焊料的元件。許多電子元件用在板上 (on-board)的充足焊料制造，以使得元件隨后被焊接至基底?；卓梢允蔷€路板或甚至其 它電子元件。希望將粘性焊劑直接施加至已被制造具有在適當位置上的焊料的元件。粘性焊劑 可以例如被施加至焊球陣列(ball grid array, BGA)或凸點專用集成電路(ASIC)。典型地，粘性焊劑的這種施加通過浸入儲存器中來實現(xiàn)。儲存器典型地將是非常 淺的，并且浸漬將只浸沒預先施加的焊料至期望的深度。一旦粘性焊劑被施加，元件可以在回流之前被設(shè)置在基底如PCB上。通常，粘性焊 劑提供原始強度(green strength)(焊接前將元件保持在適當位置)。此類粘性焊劑一般 是基本上無色的，或可以具有由組合物的組分賦予的輕微顏色。例如如果使用松香，當觀察 相對大量的組合物時，它可以賦予淡黃色至橙色。在施加至焊料上的小量的情況下，焊劑是基本上無色的，并且一般不被看見。過去，所用的大部分焊料組合物為錫-鉛型的，其被證實在大多數(shù)常見應用中是 有用的。本發(fā)明的焊劑可以與此類焊料組合物一起使用。鉛在焊料組合物中的使用已經(jīng)受到監(jiān)督，并且由于環(huán)境和健康原因變得不令人滿 意。因此，已經(jīng)嘗試從焊料組合物中消除對鉛的需要。此類無鉛焊料組合物典型地包含 錫、銅和銀(典型地95. 5重量％的錫、4重量％的銀和0. 5重量％的銅)。鉍也可以在大 約1. 0重量％至4. 5重量％的范圍內(nèi)與錫、銻和銀一起使用。涉及無鉛合金的專利包括美 國專利 1，437，641,3, 607，253,4, 042，725,4, 170，472,4, 667，871,4, 670，217,4, 695，428、
4，758，407,4，778，733,4，806，309,4,879，096,4，929，423、5，094，813,5,102，748、5，147，471,5,242，658,5，256，370,5，316，205,5，320，272、5，328，660,5，344’ 607、5，352，407,5，390，080,5，393，489,5，405，577,5，411，703、5，414，303,5,429:’ 689、5，435，968,5，439，639,5，452，842,5，455，004,5,527，628、5，538，686,5,569;,433、5，580，520,5,658，528,5,698，160,5,718，868,5，730，932、5，733，501,5,755;,896、5，762，866,5，817，194,5,837，191,5,843，371,5，851，482、5，863，493,5，874;,043、5，918，795 和 6，231，691 ；歐洲專利文獻 EP-A—0251611、EP-A-0336575、EP-A-0 629
463、EP-A-O 629 464、EP-A-0629 465, EP-A-O 629 466 和 ΕΡ-Α-0 629 467;英國專利 文獻GB-A-2158, 459 ；日本專利文獻JP-A-5050286和JP-A-8230598 ；和國際專利公開 W0-A-94/2563,它們各自公開的內(nèi)容由此明確通過弓丨入并入本文。對于在拾取-放置工藝(pick-and-place process)中實現(xiàn)元件的可靠連接有特 定的要求。在這方面，焊劑的正確施加是一個關(guān)鍵考慮因素。如果未施加充足的焊劑(例 如用量不足或焊劑的覆蓋率不足)，在每一焊料點可能不能實現(xiàn)有效的焊接。這最終可能導 致產(chǎn)生不正確的互連/電路。在本領(lǐng)域中一般認為，提供實現(xiàn)許多功能的焊劑是所期望的。特別期望的是焊劑 提供良好的表面活化。在這方面，已知在焊劑內(nèi)包含活化劑組分，其將起到從金屬表面除去 被氧化的物質(zhì)的作用，由此允許更好的焊接成金屬互連和最終的金屬(PCB)至金屬(電子 元件)互連。添加活化劑以分解并除去存在于待進行焊接的部分中的任何氧化物膜，并且該活 化劑通常為有機化合物，包括鹵化物、典型地胺氫鹵化物、如二乙胺鹽酸鹽，或不含鹵化物 的弱有機酸。特別地，期望使用在75至250°C范圍內(nèi)的溫度下熔融的羧酸，如歐洲專利公開0 620 077 A中所述。特別重要的是更可靠地施加焊劑至元件，特別是其上具有預先施加的焊料的那些 元件。這也將意味著降低的組裝電子器件的廢品率(rejection rate)。發(fā)明_既述本發(fā)明提供了焊劑組合物，其包含⑴含有溶劑的載體媒介物(carrier vehicle)；(ii)用于活化焊接用金屬表面的活化劑組分；(iii)用于控制焊劑流變學的膠凝組分；和(iv)顏色賦予組分，其具有適當?shù)念伾灾趯κ┘佑泻竸┑脑系乃龊竸┻M行光學檢查。顏色賦予組分可為任何適當?shù)念愋停ㄈ玖匣蛑珓?。顏色可由物質(zhì)的熒光性 質(zhì)所致。一個標準在于所提供的顏色賦予劑顯示適度的在所述焊劑中的溶解度。適當?shù)念?色賦予組分如染料可以選自單偶氮、偶氮、三芳基甲烷、咕噸、磺酞、吖啶、喹啉、吖嗪、噁嗪、 蒽醌和靛藍(indigold)染料，如美國專利6，241，385中所述。期望地，在利用紅光源的檢測工藝中，顏色賦予劑將包含藍色、綠色或紫色染 料，更期望地藍色染料。此類物質(zhì)可以選自O(shè)rasol NavyBlue , Janus Green 、甲基紫、 專利藍、Victoria blue R 、結(jié)晶紫、Irgalith Blue TNC 、Irgalith Magenta TCB 、 Erythrosinextra bluish 、氯酚藍、溴酚藍、Savinyl blue B 、Orasol blueBLN 、 Rhoduline violet、氯化頻哪氰醇、溴化頻哪氰醇、碘化頻哪氰醇、Solophenyl Brilliant Blue BL 、Nile blue A 、Gallocyanin 、Gallamine Blue 、天青石藍、亞甲基藍、 ThinoninToluidine Blue O、亞甲基綠和Azure A/B/C 、Savinyl Green B ,Savinyl Blue RS、D+C Green 6 、Blue VIF Organol , Celliton BlueExtra ,Alizarin Blue S ,Nitro Fast Green GSB、茜素紅(Chinalizarin)、Oil Blue N、Solvay Purple 和其組合，如美國 專利6, 241, 385中所述。期望地，在利用紅光源的檢測工藝中，顏色賦予劑將包含藍色、綠色或紫色染料， 其可以選自一種或多種基于蒽醌的化合物，例如具有下式的那些
權(quán)利要求
1.一種焊劑組合物，其包含 (i)含有溶劑的載體媒介物；( )用于活化焊接用金屬表面的活化劑組分；(iii)用于控制焊劑流變學的膠凝組分；和(iv)顏色賦予組分，其具有適當?shù)念伾灾趯κ┘佑泻竸┑脑系乃龊竸┻M行 光學檢查。
2.一種焊劑組合物，其包含 (i)含有溶劑的載體媒介物；( )用于活化焊接用金屬表面的活化劑組分；和(iii)顏色賦予組分，其具有適當?shù)念伾灾趯κ┘佑泻竸┑脑系乃龊竸┻M 行光學檢查。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊劑組合物，其中所述顏色賦予組分包括蒽醌基顏色賦 予組分或熒光顏色賦予組分中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的焊劑組合物，其中所述蒽醌基顏色賦予組分為具有下式的其中R相同或不同，并且選自C1-C2tl烷基、C3-C2tl環(huán)烷基、C5-C2tl芳基、C6-C2tl烷基芳基、 C6-C20芳基烷基和其組合。
5.根據(jù)全要求4所述的焊劑組合物，其中R包括3-N-環(huán)己基-2，4，6-三甲基苯磺酰胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的焊劑組合物，其中所述熒光顏色賦予組分具有下式其中R相同或不同，并且選自氫、C「C2(1烷基、C3-C2tl環(huán)烷基和其組合；和 其中Z為噻吩環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊劑組合物，其中R為氫、甲基、丁基或叔丁基之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和3-7所述的焊劑組合物，其中膠凝劑選自改性或未改性氫化蓖麻 油中的至少一種。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中高沸點溶劑包括至少一種聚乙二醇醚?；衔颫 HNvR
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的焊劑組合物，其中所述聚乙二醇醚具有式 CH3CH2O (CH2CH2O) 2CH2CH30
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中所述活化劑組分包括羧酸。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中所述活化劑組分包括在加熱 時釋放鹵化氫的鹵化化合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的焊劑組合物，其中所述在加熱時釋放鹵化氫的鹵化化合物 可選自反式_2，3- 二溴-2- 丁烯-1，4- 二醇、內(nèi)消旋-2，3- 二溴琥珀酸、三-(2，3- 二溴丙 基)_異氰脲酸酯和其組合。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中所述活化劑組分包括松香。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的焊劑組合物，其中所述松香組分為至少一種選自歧化松 香、氫化松香、脫氫松香或未改性松香中的物質(zhì)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其包含以所述組合物總量的30重 量％至70重量％的量存在的活化劑組分。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其包含以所述組合物總量的40重 量％至60重量％的量存在的活化劑組分。
18.根據(jù)權(quán)利要求1和3-17所述的焊劑組合物，其中所述膠凝組分以所述組合物總量 的0. 1重量％至10重量％的量存在。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中所述組合物為適于拾取和浸 漬施加至待焊接的部分上的粘性焊劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的焊劑組合物，其中所述待焊接的部分包括一系列焊球如焊 球陣列。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的焊劑組合物，其中所述顏色賦予組分以所述組 合物總量的0. 1重量％至10重量％的量存在。
22.—種組件，其包括基底以及通過焊料和相關(guān)焊劑連接至所述基底的表面安裝的電 子元件，其中所述焊劑為根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一項所述的組合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的組件，其中所述電子元件包括焊球陣列。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的組件，其中所述電子元件被拾取、浸入焊劑組合物中， 然后被設(shè)置于所述基底上。
25.一種將焊劑施加至具有預先施加的焊料的元件上的方法，該方法包括以下步驟(i)用根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一項所述的焊劑組合物處理所施加的焊料。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述處理步驟包括拾取電子元件并將預先施加 的焊料的至少一部分浸入所述焊劑組合物中。
27.一種檢查元件在組件運轉(zhuǎn)中存在充足焊劑的方法，該方法包括以下步驟(i)照射具有施加的根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一項所述的焊劑組合物的元件；和( )光學檢查焊劑的存在；和(iii)排除不存在充足焊劑的元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中該方法還包括確定是否存在充足焊劑的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或觀所述的方法，其中所述照射光是波長在613-653nm之間的紅光。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中所述照射光是主波長為633nm的紅光。
31.根據(jù)權(quán)利要求27或觀所述的方法，其中所述照射光是波長在425-625nm之間的紫 外線。
全文摘要
一種焊劑組合物，其包含(i)含有溶劑的載體媒介物；(ii)用于活化焊接用金屬表面的活化劑組分；(iii)顏色賦予組分，其具有適當?shù)念伾灾趯κ┘佑泻竸┑脑系乃龊竸┻M行光學檢查；和任選地(iv)用于控制焊劑流變學的膠凝組分。利用顏色賦予組分以指示期望量的焊劑的存在?？梢耘懦哂袑τ诳煽亢附佣圆怀渥愕暮竸┑脑?。
文檔編號B23K35/36GK102083583SQ200880106252
公開日2011年6月1日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者F·T·勞倫斯 申請人:漢高有限公司