TW458839B - Composition for increasing activity of a no-clean flux - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45 883 3 A7 _____B7____ 五、發明說明（1 )

發明背I 1. 發明範疇 本發明係關於一種用於坪接之助熔劑組合物，例如用於 將-丰哮體晶片或晶片載體組件焊接至印刷電路板上。 2. 相關技藝之説明 助熔劑在用來將電子組件安裝至印刷電路卡與印刷電路 板（以下此二者通稱爲印刷電路板或？(：85)上的程序中扮演 重要妁角色。例如：一種直接將半導體積體電路裝置（以下 %爲半料晶片或就稱爲晶片）安裝至peB上的方法，就是 例如在晶片載電路表面的接觸墊上形成烊料區（如焊球）。此 等焊料區亦可在PCB上對應之接觸墊上形成。之後，將助 溶劑塗覆於晶片上之焊料區及；或塗覆於ρ(：Β上對應之接觸 誓及，或對應之焊料區，崎去可能已經在這些烊料區或接 觸整上生成的氧化物層，並藉由焊料區來增加接觸塾的潤 濕性。其後’令晶片載電路表面面對pCB，使晶片上的焊 料區與PCB上對應之接觸整或洋料區接觸，然後加熱所得 之，且口件以溶化（並藉此返泥（refl〇w))晶片及/或pCB上的焊 料L 部和再破固後，便得到晶片與pa之間的焊料 連接部位= Λ、似上迅方式，一種將承載半導體晶片之組件（如一種有 機组件或-種陶究組件）（以下稱爲晶片載體組件或就稱爲组 件）安裝至PCB上的方法，便步及在组件之非承載晶片表面 的接觸塾上形成（如筛選）焊料區。此等焊料區亦可在pcB上 對應之接觸聲形成。之後將助这劑塗覆於組件上之焊料區 -4 ' I紙張尺度適用中國國豕標準（Cns)a4規格(2】。X视公爱_ ----— -------- ---I - ---I — — f I 訂·-------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製

6i3 I A7 ________B7__ 五、發明說明（2 ) 及/或PCB上對應之接觸墊及/或對應之焊料區。其後，令纽 件之非取載晶片表面面對PCB，使组件上焊料區與上對 應之接觸墊或焊料區接觸，加熱所得組合件以熔化（並籍此 返流）晶片及/或PCB上的坪料區。待冷都和再凝固後，便得 到組件與PCB之間的焊料連接部位。 如果所提之組件有電導針從組件之非承载晶片的表面延 伸出去’那麼要將該組件安裝至pCB上則係籍由例如：一 開始先將組件置於印刷電路板最上（亦即承載電路之）表面的 上万，ϋ將組件電導針***延伸通過pCB厚度之對應鍍銅 通孔（PTHs)。之後，將PCB和组件放在一輸送機上，其運送 P C B和組件通過助熔劑波流或助熔劑噴霧器（其可將液體助 熔劑貧全至PCB底面及pths内）上方3此助熔劑係如燈芯般 進入PTHs内，如此助熔劑便塗覆於pTHs壁及延伸至pTHs内 的針一者。其後，該輸送機運送該pcB和组件通過焊料波 说上方’其可將液體焊料噴塗至pCB底面及PTHs内。此液 體择料亦如燈芯般進入PTHs内，充滿pTHs，並且在冷卻與 再凝固後，可將針包封在PTHS内。 上述晶片安裝與組件安裝之程序中最重要的一點就是助 炫劑的逛擇。亦即，如上所述，助熔劑係用來除去任何可 能在焊料區、接觸墊、針或pTHs上生成之氧化物層，並藉 由焊料區來增加如接觸墊的潤濕性2常用助熔劑的問題就 是經降解的助熔劑成分，其會損及已焊接連接部位的底注 (underfill)黏合性。該底注黏合性係由—種低黏度液體黏合 劑來提供，其係塗覆於已焊接連接部位（如位於晶片與晶片 -5- 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝-----I--訂--------1線Γ, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458839 A7 -----------B7 五、發明說明（3 ) 載體^間者），以亦.戈宓X 士、 无爲底々而有較大強度。在大部分例子中 ，另一個問題是煤垃p“ 亍接私序元成庋，使用該常用的助熔劑會 造成離子殘餘物”在悍料區、接㈣、針或ΡΤΗ…此 綱_很麻煩，因爲它⑼導致電路_及短路 -因此，右有此等離子殘餘物生成，必須在焊接程序完成 後除去之，例如用水清洗。 '上所龙在晶片與PCB之間或在無針组件與PCB之間所 形成〜¥接連接邶位的高度相當小（如4密爾），因此在晶片 或…、針且件與其PCB之間的間隔也相對地小。這點很重要 囚爲這表’F在焊接程序完成之後，即使有可能，但要清 除任何殘留在焊料區及/或接觸墊上的離予殘餘物是非常困 難的3除此之外，在有針组件的例子中，雖然已經用水清 除對應之離子殘餘物，某仍須在之後處理所產生污水具有 的環境危害。 叙知注蒽的是，從事於開發助熔劑和安裝晶片及組件至 PCBs之焊接叙序者已發現免清潔助溶劑，其在對應之焊接 程序結束後’基本上不會在焊料區、接觸蟄、針或PTHs上 留下離子殘餘物3如！；,3.專利案號5,53Μ；38所説明，一種 免清潔助溶劑包含作爲主要活性成分之庚二酸 HOOC(CH2)5COOH及兩種有機溶劑，一種有極低蒸發溫度 ’另一種則有極高蒸發溫度。 免清潔助熔劑通常係調配來提供回流期間的完全揮發性 。由於這種需求，助熔劑的活性成分通常係由溶解於非活 性揮發性溶劑中的弱活性揮發性羧酸所組成3這些助熔劑 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458839 A7 ---------B7 _ 五、發明說明（4 ) 只要其表面氧化物厚度保持在最小便很有效。然而，當有 較厚氧化物存在時(例如遇到電鍍焊接的情況)，可能會觀察 到嚴重的不潤濕現象。此外，將典型活化劑（如氣化或溴化 胺類或醇類）如至麟劑，會造成可能無法容受的殘餘物一 發明摘述 藉由本發明，提供一種具有可增強二羧酸焊料濕潤性質 之_ m化劑的組合物，且其在典型返流過程中可完全揮發。 因此，當使用板鍍（plated)焊料時，不潤濕現象則減少到可 接受的程度’同時還保有助溶劑的低殘餘性質。 更特足T I，將範園在約2 %至約4 %之低濃度醋酸添加 至含一羧鉍（如己二酸、庚二酸或癸二酸）的助熔劑溶劑系統 中。醋酸因本身處於溶劑系統中，故没有明顯的助熔特徵 。冰醋酸可作爲一種助熔劑，但通常會在焊料點周圍觀察 到大量的鉛殘餘物。此等殘餘物會損及電性質。然而，當 醋酸係添加至一種含二羧酸之助熔劑中時’其作用爲一種 可生成較高分子量羧酸鉛和錫鹽的前驅物。此結果就是随 較深度氧化物而達到更完全的反應，而且，隨溫度在返流 過程期間上升，醋酸根離子即被較高分予量之物種取代。 較佳具體實例之詳細説明 本發明關於一種助熔劑組合物，其在用來將電子元件安 裝至PCBs之傳統焊接加工完成後，基本上不會留下離子殘 餘物。因此，在這些烊接程序完成後，不須用例如水來清 除此等離子殘餘物，也因此無須處理被離子殘餘物污染的 水所具有的環境危害。 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（cNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------- 叙--------訂--------丨線， {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 —-------_ 五、發明說明（5 ) 本發明亦關於該助熔劑在用來將電子元件（如晶片、晶片 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 載體組件、電阻器、電容器等）安裝至PCBS之焊接程序方面 的應用= 雖然醋酸本身·在以低濃度添加至含较長鏈二羧酸之溶劑 系統時沒有明顯的助熔特徵，它卻會得到有更深度氧化物 的更完全反應，而且，隨溫度在返流期間上升，醋酸根離 子會被較尚分子量的物種取代。通常，組合物中的醋酸量 爲約2重量/。。然而，如果醋酸小於約重量％，醋酸的 量可從2 %增加至鬲達4重量％的任何量。 値得注息的疋，本助熔劑組合物包含一種作爲活性成分 ’亦即作爲主要助溶劑的幾酸。應注意的是，室溫下幾酸 (如庚一酸、己二酸、癸二酸）爲固體，且具有約152Qc、約 I05°C、及約丨34。(：的熔化溫度。除此之外，本發明之助熔 劑组合物包含兩種有機溶劑，其中第一種有極低蒸發溫度 (例如82.4°C) ’而其中第二種有極高蒸發溫度（例如丨7〇〇c) °本助；t谷劑組合物亦可包含相當小量的水，較佳爲去離子 水。在羧酸當中，則偏好庚二酸（H〇〇c(c：H2)5CO〇H)。要 經蒉部智慧財產局員工消費合作社印製 注意的是：庚二酸、第二種有機溶劑和水都可溶於第一種 有機溶劑中。 第一種溶劑較佳爲異丙醇，其蒸發溫度爲”^匚。適用之 異丙醇的替代品包括正丙醇和苯甲醇3 第二種溶劑較佳爲丙二醇單丁基醚（亦記爲N- 丁基丙二醇 醚）’其蒸發溫度約1 70。C。遥用之其他例子爲二醇單丁基 醚，包括：丙二醇單丙基醚和二乙二醇單甲基醚。若使用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 庚一鲮作爲羧酸，第一種有機溶劑在焊接程序期間蒸發後 ’直到第二種溶劑在焊接程序期間蒸發，庚二酸（及水（若存 在））^貝_上係溶解於第二種溶劑中s 本k明动落劑紐合物中的叛酸相銲量範圍爲约Η,。至約9 重量。。如果本發明助熔劑組合物係用於如將一半導體晶 片知接至PCB上，則羧酸相對量較佳爲4 5重量％。羧酸相 對量小於约1重量％是不理想的，因爲這會造成不足及/或 不充分的助熔作用，亦即不足及/或未充分除去氧化物層， 以及焊科表面張力降低的不足^羧酸相對量大於約9重量％ 疋不理想的，因爲這會在傳統焊接程序完成後造成所不希 望的大量殘餘物。 第一種落劑（如異丙醇）佔有機溶劑全體的約75重量。/。，而 第二種有機溶劑則佔約25 %。 本發明助溶劑组合物中的水（若用到）相對量範圍爲〇 %至 約2重量％ 3水（若存在）之目的是要增強帶正電離子的低溫 遷移率，以便藉由庚二酸來加速助熔作用的引發。水相對 量大於約2重量。/。是不理想的，因爲這大幅增加了應用本發 明助I劑組合物會造成離子殘餘物的可能性s 在^I、醋酸及任何水以上述相對量存在之後，有機溶 劑則佔了本發明組合物的剩餘部分，有機溶劑包含重量比 約3比1的第一種有機溶劑和第二種有機溶劑3 以實例説明 <，本發明助炼劑组合物之一具體實例（其適 用於將半導體晶片焊接至PCB上）可容易地經由將4.5克庚二 酸' 2.0克醋酸、25.0克丙二醇單丁基醚及1 〇克去離子水溶 -9- 本紙張尺度適用中國國豕仏準·（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------------4^*-------訂·-------— (請先閱讀背面之-;i意事項再填寫本頁) 45 883 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明（7 ) 解於7 5. 〇克異丙醇中而形成3 史在將一半導體晶片安裝至pCB (例如在所謂的倒裝晶片配 置）中，晶片載電路表面上的接觸墊係備有焊料區（如焊球) 。此士焊料區具有含例如97原子％鉛（抑）與3原子。。錫（“) 的组合物。値得注意的是，此等焊料區有相當高的熔化溫 度’且不會在下述之焊接程序期間熔化。 在將晶片焊接至PCB之前，PCB載電路表面上的接觸整係 備有相當小的焊料區（如相當小的焊球）。這些相當小的焊料 區可容易地經由一轉印器傳送並沈積於接觸墊上。和用於 晶片之焊料區相反，PCB之焊料區具有含例如37原子％扑 與63原子。’。Sn的組合物。這些焊料區有1 8 3 °C的熔化溫度， 且在下述焊接程序期間會溶化3 在將晶片焊接至PCB之前，先將本發明助熔劑組合物塗覆 於晶片之焊料區、及/或pCB上之接觸墊、及/或晶片之接觸 塾上s這利用如注射器或刷子便可輕易完成。 在本發明助熔劑組合物已塗覆於相關的焊料區及/或接觸 整之後，將晶片相對PCB放置，如此晶片之焊料區可接觸 到P C B t焊料區。因此，這些結合的焊料區實質上從晶片 接觸墊擴展至PCB接觸誓。 晶片與PCB的焊料區彼此接觸後，則在如烘箱中加熱該晶 片PCB組合件3在此加熱程序期間，烘箱溫度一開始上升 到約183°C，接著上升到約25(rC。之後，降低烘箱溫度到 約1 83 °C，然後再降到室溫。於是，PCB之焊料區發生熔化 並在晶片焊料區周園流動，造成PCB與晶片之間連續的冶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4洗格（210 X 297公釐） — — — — - — — [III— 0 I I-----Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 么 5 8 8 3 9 A7 ___B7___ ~ ~ ^ ~—— 五、發明說明（8 ) 金與電子連接部位3雖然要清潔這些連绩遠垃却 ，、逆每部乜可能極 其困難，或許根本就不可能，但根本沒有渣岑从， ^ β部的必要，因 爲在本烊接程序完成後’基本上並沒有離子殘餘物殘& 在上述焊接程序完成時’ PCB與晶片之間的連續焊^連接 部位最好是利用傳統技術而包封在例如環氧樹脂内。 如果所欲安裝至PCB上之電子元件爲例如—種承载至少— 種半導體晶片的（無針）晶片載體组件，則可藉由例如將焊料 區篩選至组件之非承載晶片表面的接觸墊而輕鬆安裝此等 組件。亦可將此等焊料區蒒選至PCB上對應之接觸整。然 後利用如注射器或刷子將本發明助熔劑組合物塗覆於該焊 料區及/或組件接觸勢及/或PCB接觸墊。其後，將组件相^ PCB放置，如此组件接觸墊上之焊料區接觸到pcB接觸軌 上之焊料區。因此，這些結合的焊料區實質上從組件接二 墊擴展至PCB接觸墊。之後，在組件焊料區與pCB弹料 區彼此接觸之後’在如烘箱中加熱該組件/PCjg組合件，以 便熔化該组件焊料區及/或PCB焊料區。 和上述相反的是，如果所欲安裝至PCB上的電子元件是一 種例如承載至少一種半導體晶片之有針晶片載體組件，則 此组件可輕易安裝如下：一開始先將本發明助熔劑组合物 塗覆於組件針及/或PCB中的對應pTHs壁上3這可輕易地在 組件針***PTHs之前、在組件針被***pTHs的同時 '或在 組件針被***PTHs之後完成（利用任何—種傳統技術）。最 好’這疋在組件針已經***pTHs之後，藉由例如將該組件/ i CB組合件放在一輸送機上（其運送該組合件通過助熔劑波 1 11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公楚i {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------丨— ---' A7 45 BB3 9 ____—_B7___ 五、發明說明（9 ) 或助熔劑噴霧器）來完成&此助熔劑波流或助熔劑噴霧器 可將本發明助嫁:劑組合物噴塗至PCB底面及PTHS内。所嘴 出的助容背彳係如燈芯般進入PTHs内，因此本發明助熔劑組 合物係塗覆於PT’Hs壁和組件針二者上，其後，該輸送機較 佳係運送該組件/PCB組合件通過焊料波流上方，其可將本 發明助熔劑组合物噴塗至PCB底面及PTHs内。此液體焊料 亦如燈芯般進入P T H s内，充滿P T H s，且在冷卻與再凝固後 ，可將針包封在PTHs内。 如果所欲安裝至PCB上之電子元件是例如一種具有引線而 非針的分立無源電子元件，例如電阻器或電容器，則利用 幾乎和有針晶片載體組件所用之相同程序即可安裝這種電 子元件3唯一的不同之處在於該分立無源電子元件的引線 並非置於PTHs内部。反之，這些引線係鄰近pths放置，例 如：這些引線係置於接觸環繞PTHs之接合區位置。因此 ，當元件/_PCB組合件通過助嫁·劑波流或助熔劑噴霧器上方 時，本發明助熔劑組合物係如燈芯般進入PTHs内、到環 繞PTHs之接合區上及引線的底部。同樣地，當元件/PCB組 合件通過助熔劑波流上方時，液態焊料係如燈芯般進入 PTHs内、到環繞PTHs之接合區上及引線的底部。 雖然已經參考較佳具體實例來特別説明本發明，熟諳此 技藝者仍暸解可在其中形式和细節方面做出各種變化而不 達背本發明的精神與範疇3 -12- 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（2Wx 297公爱） ----I----I--裳-------f 訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. d 5 8¾ 3 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印說 AS H8 g_ 六、申請專利範圍 丨.-種用於焊接之免清潔助熔劑组合物，其包含： —種二羧酸； —種有機溶劑；及 痕度靶圍在約2 %至约4重量％之醋酸s ~ i申μ專利範園第1項 < 免清潔助溶劑組合物，其中該二 羧酸係選自下列各物：己二酸、庚二酸、癸二酸及其混 合物3 1如申凊專利範圍第2項之免清潔助熔劑組合物，其中該二 幾酸是庚二酸a 4. 如申請專利範圍第2項之免清潔助熔劑組合物，其中該二 羧酸佔組合物的約1 %至約9重量％。 5. 如申明專利範圍第4項之免清潔助熔劑組合物，其中該二 羧酸佔組合物的約4.5重量％，且該醋酸佔組合物的約2 重量于〇 〇 6. 如申请專利範圍第3項之免清潔助熔劑組合物，其中該庚 二酸佔組合物的約1 %至約9重量％。 7. 如申請專利範圍第6項之免清潔助熔劑组合物，其中該二 酸佔组合物的約4，5重量％，且該醋酸佔组合物的約2 重量％ 〇 8. 如申請專利範圍第1項之免清潔助熔劑組合物，其中該有 機溶劑包含一第一種溶劑，其係選自下列各物：異丙醇 、正丙醇和苯甲醇；及一第二種有機溶劑，其係選自下 列各物：丙二醇單丁基醚、丙二醇單丙基醚和二乙二醇 單曱基酸。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（C1\'S)A4規格（210 X 297公髮） -------------------ί 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 458839 § Π8 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第8項之免清潔助溶劑组合物，其中該第 一種有機溶劑佔組合物的約75重量％，且該第二有機溶 劑佔组合物的約2 5重量％。 1 0.如申請專利範圍第8項之免清潔助培劑组合物，其中該第 一種有機溶劑是異丙醇，且第二種有機溶劑是丙二醇單 丁基醚。 11.如申請專利範圍第1項之免清潔助熔劑組合物，其進一步 包含從0 %至約2重量％的水量。 -------------,取.-------訂--------•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智.1財產局員工消費合作社印製 本紙張又度適用中國1家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）