专利名称：焊剂的制作方法
焊剂发明背景 发明领域本发明涉及焊剂、特别是直接芯片连接(DCA)焊剂领域。在本发明中特别感兴趣 的是适用于如下工艺的类型的焊剂其中将待经焊剂处理的制品在设置和焊接之前浸入焊 剂储存器中。这些对于“叠层封装”(PoP)电子组件等是平常的。相关技术说明焊接工艺是公知的。这些包括从手工焊接方法到机器焊接方法的范围。将焊剂 (flux material)与焊料(soldering material) 一起使用是公知的。焊剂满足许多功能。 通常，焊剂的主要功能是确保第一元件例如支撑基底如印刷线路板(PCB)的导电材料以穿 越焊料互连的良好导电作用与第二元件如电子元件适当地互连。单独使用焊料(solder) 将不会形成互连。为了形成成功的互连，有必要应用焊剂(fluxing material)。已经使用了许多不 同的替代物。已知例如在焊料中包括固体焊剂。通常，这类焊料然后将以金属线或其它此 类固体形式提供，该形式将引入穿过焊料的焊剂芯。随着加热时焊料熔化，焊剂被活化，并 且如果所述焊接工艺符合可接受的标准，则形成由此产生的互连。还已知使用焊膏。焊膏通常是焊料颗粒在焊剂介质中的均勻稳定的悬浮体。回流焊接被用于PCB的自动化制造中，其中电子元件被表面安装在已通过如丝网 印刷或模版印刷或分配等方法预先施加焊膏的PCB上。然后使得PCB经受足够高的温度， 以导致焊料液化并在PCB上就地连接所述元件。热量可以通过例如红外线、加热式输送带 或对流装置提供。考虑到现代电子器件例如移动电话日益要求的电路小型化和复杂性，已涌现了例 如能通过拾取-浸渍工艺(pick-and-dip process)应用的焊接工艺。例如采用粘性液体 形式的焊剂。关于此点，粘性液体是可以通过拾取-浸渍工艺施加的、但其足够粘从而于适 当位置保留在被浸渍的元件上用于后续焊接的粘性液体。拾取-浸渍工艺典型地用于已预先施加有焊料的元件。许多电子元件用在板上 (on-board)的充足焊料制造，以使得元件随后被焊接至基底。基底可以是线路板或甚至其 它电子元件。希望将粘性焊剂直接施加至已被制造具有在适当位置上的焊料的元件。粘性焊剂 可以例如被施加至焊球阵列(ball grid array, BGA)或凸点专用集成电路(ASIC)。典型地，粘性焊剂的这种施加通过浸入储存器中来实现。储存器典型地将是非常 浅的，并且浸渍将只浸没预先施加的焊料至期望的深度。一旦粘性焊剂被施加，元件可以在回流之前被设置在基底如PCB上。通常，粘性焊 剂提供原始强度(green strength)(焊接前将元件保持在适当位置)。此类粘性焊剂一般 是基本上无色的，或可以具有由组合物的组分赋予的轻微颜色。例如如果使用松香，当观察 相对大量的组合物时，它可以赋予淡黄色至橙色。在施加至焊料上的小量的情况下，焊剂是基本上无色的，并且一般不被看见。过去，所用的大部分焊料组合物为锡-铅型的，其被证实在大多数常见应用中是 有用的。本发明的焊剂可以与此类焊料组合物一起使用。铅在焊料组合物中的使用已经受到监督，并且由于环境和健康原因变得不令人满 意。因此，已经尝试从焊料组合物中消除对铅的需要。此类无铅焊料组合物典型地包含 锡、铜和银(典型地95. 5重量％的锡、4重量％的银和0. 5重量％的铜)。铋也可以在大 约1. 0重量％至4. 5重量％的范围内与锡、锑和银一起使用。涉及无铅合金的专利包括美 国专利 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 ；欧洲专利文献 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;英国专利 文献GB-A-2158, 459 ；日本专利文献JP-A-5050286和JP-A-8230598 ；和国际专利公开 W0-A-94/2563,它们各自公开的内容由此明确通过弓丨入并入本文。对于在拾取-放置工艺(pick-and-place process)中实现元件的可靠连接有特 定的要求。在这方面，焊剂的正确施加是一个关键考虑因素。如果未施加充足的焊剂(例 如用量不足或焊剂的覆盖率不足)，在每一焊料点可能不能实现有效的焊接。这最终可能导 致产生不正确的互连/电路。在本领域中一般认为，提供实现许多功能的焊剂是所期望的。特别期望的是焊剂 提供良好的表面活化。在这方面，已知在焊剂内包含活化剂组分，其将起到从金属表面除去 被氧化的物质的作用，由此允许更好的焊接成金属互连和最终的金属(PCB)至金属(电子 元件)互连。添加活化剂以分解并除去存在于待进行焊接的部分中的任何氧化物膜，并且该活 化剂通常为有机化合物，包括卤化物、典型地胺氢卤化物、如二乙胺盐酸盐，或不含卤化物 的弱有机酸。特别地，期望使用在75至250°C范围内的温度下熔融的羧酸，如欧洲专利公开0 620 077 A中所述。特别重要的是更可靠地施加焊剂至元件，特别是其上具有预先施加的焊料的那些 元件。这也将意味着降低的组装电子器件的废品率(rejection rate)。发明_既述本发明提供了焊剂组合物，其包含⑴含有溶剂的载体媒介物(carrier vehicle)；(ii)用于活化焊接用金属表面的活化剂组分；(iii)用于控制焊剂流变学的胶凝组分；和(iv)颜色赋予组分，其具有适当的颜色以助于对施加有焊剂的元件上的所述焊剂进行光学检查。颜色赋予组分可为任何适当的类型，包括染料或着色剂。颜色可由物质的荧光性 质所致。一个标准在于所提供的颜色赋予剂显示适度的在所述焊剂中的溶解度。适当的颜 色赋予组分如染料可以选自单偶氮、偶氮、三芳基甲烷、咕吨、磺酞、吖啶、喹啉、吖嗪、噁嗪、 蒽醌和靛蓝(indigold)染料，如美国专利6，241，385中所述。期望地，在利用红光源的检测工艺中，颜色赋予剂将包含蓝色、绿色或紫色染 料，更期望地蓝色染料。此类物质可以选自Orasol NavyBlue , Janus Green 、甲基紫、 专利蓝、Victoria blue R 、结晶紫、Irgalith Blue TNC 、Irgalith Magenta TCB 、 Erythrosinextra bluish 、氯酚蓝、溴酚蓝、Savinyl blue B 、Orasol blueBLN 、 Rhoduline violet、氯化频哪氰醇、溴化频哪氰醇、碘化频哪氰醇、Solophenyl Brilliant Blue BL 、Nile blue A 、Gallocyanin 、Gallamine Blue 、天青石蓝、亚甲基蓝、 ThinoninToluidine Blue O、亚甲基绿和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、茜素红(Chinalizarin)、Oil Blue N、Solvay Purple 和其组合，如美国 专利6, 241, 385中所述。期望地，在利用红光源的检测工艺中，颜色赋予剂将包含蓝色、绿色或紫色染料， 其可以选自一种或多种基于蒽醌的化合物，例如具有下式的那些
权利要求
1.一种焊剂组合物，其包含 (i)含有溶剂的载体媒介物；( )用于活化焊接用金属表面的活化剂组分；(iii)用于控制焊剂流变学的胶凝组分；和(iv)颜色赋予组分，其具有适当的颜色以助于对施加有焊剂的元件上的所述焊剂进行 光学检查。
2.一种焊剂组合物，其包含 (i)含有溶剂的载体媒介物；( )用于活化焊接用金属表面的活化剂组分；和(iii)颜色赋予组分，其具有适当的颜色以助于对施加有焊剂的元件上的所述焊剂进 行光学检查。
3.根据权利要求1或2所述的焊剂组合物，其中所述颜色赋予组分包括蒽醌基颜色赋 予组分或荧光颜色赋予组分中的至少一种。
4.根据权利要求1-3所述的焊剂组合物，其中所述蒽醌基颜色赋予组分为具有下式的其中R相同或不同，并且选自C1-C2tl烷基、C3-C2tl环烷基、C5-C2tl芳基、C6-C2tl烷基芳基、 C6-C20芳基烷基和其组合。
5.根据全要求4所述的焊剂组合物，其中R包括3-N-环己基-2，4，6-三甲基苯磺酰胺。
6.根据权利要求1-3所述的焊剂组合物，其中所述荧光颜色赋予组分具有下式其中R相同或不同，并且选自氢、C「C2(1烷基、C3-C2tl环烷基和其组合；和 其中Z为噻吩环。
7.根据权利要求6所述的焊剂组合物，其中R为氢、甲基、丁基或叔丁基之一。
8.根据权利要求1和3-7所述的焊剂组合物，其中胶凝剂选自改性或未改性氢化蓖麻 油中的至少一种。
9.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中高沸点溶剂包括至少一种聚乙二醇醚。化合物O HNvR
10.根据权利要求9所述的焊剂组合物，其中所述聚乙二醇醚具有式 CH3CH2O (CH2CH2O) 2CH2CH30
11.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中所述活化剂组分包括羧酸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中所述活化剂组分包括在加热 时释放卤化氢的卤化化合物。
13.根据权利要求12所述的焊剂组合物，其中所述在加热时释放卤化氢的卤化化合物 可选自反式_2，3- 二溴-2- 丁烯-1，4- 二醇、内消旋-2，3- 二溴琥珀酸、三-(2，3- 二溴丙 基)_异氰脲酸酯和其组合。
14.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中所述活化剂组分包括松香。
15.根据权利要求14所述的焊剂组合物，其中所述松香组分为至少一种选自歧化松 香、氢化松香、脱氢松香或未改性松香中的物质。
16.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其包含以所述组合物总量的30重 量％至70重量％的量存在的活化剂组分。
17.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其包含以所述组合物总量的40重 量％至60重量％的量存在的活化剂组分。
18.根据权利要求1和3-17所述的焊剂组合物，其中所述胶凝组分以所述组合物总量 的0. 1重量％至10重量％的量存在。
19.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中所述组合物为适于拾取和浸 渍施加至待焊接的部分上的粘性焊剂。
20.根据权利要求19所述的焊剂组合物，其中所述待焊接的部分包括一系列焊球如焊 球阵列。
21.根据前述权利要求中任一项所述的焊剂组合物，其中所述颜色赋予组分以所述组 合物总量的0. 1重量％至10重量％的量存在。
22.—种组件，其包括基底以及通过焊料和相关焊剂连接至所述基底的表面安装的电 子元件，其中所述焊剂为根据权利要求1-21中任一项所述的组合物。
23.根据权利要求22所述的组件，其中所述电子元件包括焊球阵列。
24.根据权利要求22或23所述的组件，其中所述电子元件被拾取、浸入焊剂组合物中， 然后被设置于所述基底上。
25.一种将焊剂施加至具有预先施加的焊料的元件上的方法，该方法包括以下步骤(i)用根据权利要求1-21中任一项所述的焊剂组合物处理所施加的焊料。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述处理步骤包括拾取电子元件并将预先施加 的焊料的至少一部分浸入所述焊剂组合物中。
27.一种检查元件在组件运转中存在充足焊剂的方法，该方法包括以下步骤(i)照射具有施加的根据权利要求1-21中任一项所述的焊剂组合物的元件；和( )光学检查焊剂的存在；和(iii)排除不存在充足焊剂的元件。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该方法还包括确定是否存在充足焊剂的步骤。
29.根据权利要求27或观所述的方法，其中所述照射光是波长在613-653nm之间的红光。
30.根据权利要求四所述的方法，其中所述照射光是主波长为633nm的红光。
31.根据权利要求27或观所述的方法，其中所述照射光是波长在425-625nm之间的紫 外线。
全文摘要
一种焊剂组合物，其包含(i)含有溶剂的载体媒介物；(ii)用于活化焊接用金属表面的活化剂组分；(iii)颜色赋予组分，其具有适当的颜色以助于对施加有焊剂的元件上的所述焊剂进行光学检查；和任选地(iv)用于控制焊剂流变学的胶凝组分。利用颜色赋予组分以指示期望量的焊剂的存在。可以排除具有对于可靠焊接而言不充足的焊剂的元件。
文档编号B23K35/36GK102083583SQ200880106252
公开日2011年6月1日 申请日期2008年7月16日 优先权日2007年7月23日
发明者F·T·劳伦斯 申请人:汉高有限公司