用可辐射固化的或可热固化的助焊剂在基底上形成焊料凸点的方法和组合物与流程

本发明一般涉及助焊剂组合物和使用该组合物的方法，和更具体地，一些实施方式涉及使用可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的助焊剂形成焊料凸点(solder bump)或接头(joint)的方法。

背景技术：

集成电路(IC)包括由导电材料连接在一起以形成功能电路的各种元件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)。在许多商业实施中，IC包括在其上形成焊料凸点的铜垫，使得IC可以稍后被安装在印刷电路板(PCB)上。

回流焊接是熟知的、常规的工艺，其中焊膏(例如，焊料粉末和助熔剂(flux)的混合物)暂时地连接电子器件比如IC至PCB上其相应的接触垫。然后以受控的方式加热整个组件以熔化连接电子器件的焊料。在此之后，组件被冷却并且焊料固化，产生将电子器件固定至电路板的永久性焊料接头。通常通过使组件穿过回流炉或其他受控的热源来完成加热。回流焊接是电连接和物理连接电子元件至电路板的常用方法，并且用于表面安装和通孔安装组件。

助焊剂是在回流和其他焊接应用中促进焊料接头或焊料凸点形成的液体或半液体材料。助焊剂对于焊接应用可起到许多目的，但是通常以其改善液体焊料的湿润特性的事实为人所知。助焊剂可以与金属垫或焊料凸点一起使用，用于将电子器件安装至印刷电路板，比如在回流应用中。

但是，在焊料接头形成和电子元件连接(无论是通过直接加热或回流)之后，助熔剂成为保留在电子产品上的无用的化学品。已经开发了去除剩余的助熔剂残留物的方法，并且一些人已经应用处理以将残留物固化为固体以强化焊料。本领域描述的可固化的助焊剂的后一种方法为被热固化的环氧树脂助熔剂。但是，热固化已经不太理想，因为其通常耗费比期望的更长的时间量，并且在回流操作之后固化助熔剂的后热处理是耗费时间的和昂贵的。

可UV固化的材料已经被用于涂料、油墨、电子涂料(electronic coating)、粘合剂、保形涂料和阻焊剂(solder mask)。但是，这种材料不用作与助焊剂结合以形成多功能材料的功能材料。一些人已经使用松香分子作为助焊剂材料。参见Blomker等人的US 2012/0082954 A1，和Zhang等人的US 2011/0172440 A1。

技术实现要素：

本公开内容描述了使用可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的(即，可辐射固化的和可热固化的)助焊剂在基底上形成焊料凸点或接头的新技术。更具体地，通过提供助焊剂与可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的材料的组合以形成焊料凸点，并且同时在焊料凸点周围形成作为半导体元件和电子器件中的支撑涂层(brace coating)的保护膜，可以实施公开的技术的实施方式以减少加工步骤。因此，本文公开的助焊剂包括材料，在一些实施方式中该材料可以与一种材料一起用于一个步骤中以1)用作形成焊料凸点的助焊剂和2)在助焊剂完全固化之后用作保护膜。

在各种实施方式中，助焊剂可包括可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的材料(可热固化和可辐射固化的材料的混合物)，其在助焊剂固化之前帮助形成焊料凸点或接头；并且通过施加辐射或热是可固化的以形成固体材料。在一种实例实施方式中，可辐射固化或可热固化的材料包括有机酸或改性有机酸，该有机酸或改性有机酸包括一种或多种可UV固化或可热固化的官能团，其中一种或多种官能团中的至少一种选自下述：环氧基团、乙烯醚基团、丙烯酸酯基团、或甲基丙烯酸酯基团。

在另一种实例实施方式中，可辐射固化或可热固化的材料包括松香或改性松香，该松香或改性松香包括一种或多种可UV固化或可热固化的官能团，其中一种或多种官能团中的至少一种选自下述：环氧基团、乙烯醚基团、丙烯酸酯基团、或甲基丙烯酸酯基团。在该实施方式的实施中，松香可以是可UV固化的。在该实施方式的进一步实施中，松香可进一步包括与官能团在同一分子上的一种或多种有机酸基团。

在进一步的实例实施方式中，可辐射固化或可热固化的材料包括可UV固化的单体，该可UV固化的单体包括下述官能团中的一种或多种：环氧基团、丙烯酸酯基团、甲基丙烯酸酯基团、和乙烯醚基团。

在又进一步的实例实施方式中，可辐射固化或可热固化的材料包括可UV固化的单体和一种或多种粘合促进剂。在另外的实施方式中，助焊剂可以包括或可以不包括溶剂。

从以下详细描述，结合附图——其通过举例方式图解了根据本发明的实施方式的特征——本发明的其他特征和方面将变得显而易见。该概述不旨在限制本发明的范围，其仅由所附权利要求限定。

附图说明

根据各种实施方式中的一个或多个参考以下附图详细地描述了本发明。仅出于图解的目的提供附图并且仅描绘了本发明的典型或实例实施方式。提供这些附图以有利于读者理解本发明并且不应当被认为限制本发明的宽度、范围或适用性。应当注意，为了图解的清楚和容易，这些附图不必按比例绘制。

图1A是图解使用可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的助焊剂形成焊料凸点或接头的示例性方法的操作流程图。

图1B图解了在图1A的方法的各种操作之后的实例电子器件或电子元件，比如半导体元件。

附图不旨在穷尽或限制本发明为公开的精确形式。应理解，本发明可以结合改进和改变被实践，并且本发明仅由权利要求和其等价形式限制。

具体实施方式

本文公开的方法和组合物涉及可辐射固化的(例如，通过UV、可见光或电子束UV)、可热固化的、或可双固化的助焊剂组合物，和加工这种组合物的方法。助焊剂组合物可用于形成焊料接头或焊料凸点，并且其可以在形成焊料接头或焊料凸点之后通过暴露于热、暴露于辐射(例如，UV光、可见光或电子束)、或暴露于二者固化。

固化的助焊剂可用于加强的焊料凸点或接头，或在半导体元件的情况下用于保护基底比如印刷电路板，电子器件或硅(或其他半导体材料)。因此，通过提供助焊剂与可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的材料的组合以形成焊料凸点，并且同时在焊料凸点周围形成作为半导体元件和电子器件中的支撑涂层的保护膜，实施方式可减少加工步骤。因此，在各种实施方式中，本文公开的助焊剂包括材料，其可以与一种材料结合用于一个步骤中以1)用作形成焊料凸点的助焊剂和2)在助焊剂完全固化之后用作保护膜。

另外，本公开内容中可辐射固化的助焊剂或可双固化的助焊剂的使用提供了另外的益处，该另外的益处可能不总是仅通过可热固化的助焊剂实现。首先，助焊剂中可辐射固化的材料允许在焊料凸点已经形成之后固化。其次，可辐射固化的材料可以允许比可热固化的材料更快的固化。此外，可辐射固化的助焊剂可用于其中基底不能经受高温的情况中。

方法

各种实施方式中的方法可以如图1A所显示完成，图1A是图解使用可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的助焊剂形成焊料凸点或接头的示例性方法100的操作流程图。将结合图1B描述方法100，图1B图解了在方法100的各种操作之后的实例电子器件或电子元件比如半导体元件。在将芯片——比如倒扣焊芯片——结合至印刷电路板(PCB)的凸点的实例应用方面描述了这些步骤。但是，在阅读该说明书之后，本领域普通技术人员将认识到该方法如何应用至其他应用，比如焊球网格阵列(BGA)的制造。

在开始方法100之前，可以提供具有一个或多个导电垫120的基底110。例如，可以提供具有用于凸点结合的镀金属的或其他导电垫的芯片。在操作102处，可辐射固化的、可热固化的、或可双固化的助焊剂130的层被施加至基底上(例如，通过模版印刷或本领域已知的其他涂布技术)，使得至少导电垫120被涂布。在各种实施方式中，具有垫120的整个基底被涂布。如以下将进一步描述，助熔剂130的组合物可包括多种混合化学品，该多种混合化学品使得助焊剂130可辐射固化(例如，通过施加UV光)、可热固化(通过施加热)、或可辐射固化和可热固化二者。

接下来，在操作104处，焊球140被置于涂布助熔剂的导电垫120上。在各种实施方式中，球体可以被手动地或使用本领域已知的自动设备放置。然后，在操作106处，加热组件(例如，通过回流工艺)以连接焊球至金属垫，从而形成焊料凸点或接头150。在其中助焊剂包括可热固化的材料(即，可热固化的或可双固化的)的实施方式中，在焊料熔化并且在镀金属垫上形成焊料凸点之后，助熔剂将被至少部分地固化。在其中助熔剂仅为可热固化的实施方式中，助熔剂130可以被硬化为固体膜，使得可以不需要后热固化。在该方案中，可以跳过操作108。

在凸点或接头形成之后，在可辐射固化或可双固化的助焊剂的情况下，通过施加辐射在操作108处可固化的助熔剂被固化为固体膜160。在各种实施方式中，助熔剂可以通过辐射——诸如例如UV或可见光或电子束——被固化。在可双固化的助熔剂的情况下是毫无意义的，在操作106处(例如，回流)形成焊料凸点之后，可热固化的化学品可以固化，从而使得助熔剂形成混合的固体或半固体材料，其中可辐射固化的材料陷入其内部。在这种方案中，在操作108处的辐射固化完成固化(凝固)过程。在其中助焊剂仅为可热固化的或可双固化的实施方式中，基底可以在操作108被后烘烤，用于进一步固化。

在此之后，固化的焊料膜可加强焊料凸点或接头，或在半导体元件的情况下保护基底比如印刷电路板、电子器件或硅(或其他半导体材料)。

助焊剂组合物

在各种实施方式中，助焊剂组合物包括选择以帮助形成焊料凸点或接头，并且可以通过照射、加热、或二者的组合固化成固体材料的化学品。例如，在一种实施方式中，助焊剂是可UV固化的，并且助熔剂可用作球体附连工艺的芯片规模封装的晶片施加涂层。在该实施方式中，助焊剂可部分地以晶圆片级在凸点下(under fill)填充晶圆片级芯片规模封装(WLCSP)模具。在另外的实施方式中，当焊料凸点或接头形成时，可UV固化的、可热固化的、或可UV固化的和可热固化的热助焊剂可以作为保护材料用在基底上的任何地方。在进一步的实施方式中，通过照射或加热保护材料可以固化任何剩余的助焊剂。在优选的实施方式中，可UV固化的助熔剂可包括阴离子或自由基可UV固化的材料以及相同材料的助焊剂。在另外的实施方式中，助焊剂可包括可通过加热部分固化并且然后通过UV光、可见光、电子束、或其他辐射源固化的化学品。

在施加期间，可辐射固化或可热固化的化学品可提供另外的功能：清洁和去除焊料上的金属氧化物，和降低在回流焊接工艺期间焊料金属或基底金属上的氧化。

以下概括了可用于助焊剂组合物的化学品组合物的具体实施方式。

在第一实施方式中，组合物包括松香或可UV固化的松香。松香可以是以下如结构1图解的具有丙烯酸化酸(acrylated acid)的基础结构的任何分子，和其衍生物。

结构1：丙烯酸松香(Acrylated rosin)

可UV固化的松香可以是具有一种或多种可UV固化官能性——比如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、乙烯醚或环氧官能性——的松香分子。可在实施方式中实施的可UV固化的松香结构的实例以下如结构2-7所图解。

结构2：双官能松香丙烯酸酯

结构3：三官能丙烯酸酯

结构4：非酸性官能松香聚环氧试剂

结构5：非酸性官能松香聚环氧试剂

结构6：包括两种不同聚丙烯酸(polyalicylic)结构单元的单体

结构7：包括疏水的松香酸的阴离子乳化剂

在第二实施方式中，组合物可包括可UV固化的酸或可热固化的酸，其可以是例如二酸。可以在实施方式中实施的可UV固化的酸的实例结构以下如结构8-12所图解。

结构8：马来酸

结构9：富马酸

结构10：双官能单体，其中m＝1至15，q＝1至3，s＝3-q

结构11：环氧丙烯酸酯

结构12：丙烯酸缩水甘油酯

在第三实施方式中，组合物可包括丙烯酸化酸比如2-羧基丙烯酸乙酯(CH₂＝CHCO₂(CH₂)₂CO₂H)。在第四实施方式中，组合物可包括增效剂和可UV固化的胺增效剂，诸如例如，2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯(H₂C＝CHCO₂CH₂CH₂N(CH₃)₂)、2-(二乙胺基)丙烯酸乙酯(CH₂＝CHCOOCH₂CH₂N(C₂H₅)₂)、和三乙醇胺((HOCH₂CH₂)₃N)。

在第五实施方式中，可UV固化的助熔剂还可包含热固化剂比如酸酐。在该实施方式中，助熔剂至少部分地被热固化。可以在实施方式中实施的酸酐的实例以下如结构13-26所图解。

结构13：马来酸酐和其衍生物

结构14：柠康酸酐

结构15：3，4，5，6-四氢苯酐

结构16：琥珀酸酐和其衍生物

结构17：顺乌头酸酐

结构18：苯基琥珀酸酐

结构19：邻苯二甲酸酸酐和其衍生物

结构20：4，4′-氧双邻苯二甲酸酸酐(4，4′-Oxydiphthalic anhydride)

结构21：二环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐

结构22：苯均四酸二酐

结构23：1，4，5，8-萘四羧酸二酐

结构24：二苯酮-3，3′，4，4′-四羧酸二酐

结构25：3，3′，4，4′-联苯四羧酸二酐

结构26：苯均四酸二酐

在第六实施方式中，其中助熔剂是可辐射固化的，助熔剂可包括至少一种或多种光引发剂化学品。在该实施方式的具体实施中，助熔剂可包括一种或多种自由基光引发剂和/或一种或多种阳离子光引发剂以作为双固化UV聚合机制引发自由基聚合反应或阳离子聚合反应或引发两种反应。可以在实施方式中实施的阳离子光引发剂的实例以下如结构27-30所图解。可以在实施方式中实施的自由基光引发剂的实例以下如结构31-34所图解。

结构27：双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁烷磺酸盐

结构28：双(4-叔丁基苯基)碘鎓对甲苯磺酸盐

结构29：Boc-甲氧基苯基二苯基锍鎓三氟甲磺酸盐(Boc-methoxyphenyldiphenylsulfonium triflate)

结构30：二苯基碘鎓六氟磷酸盐

结构31：2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮

结构32：4′-羟苯乙酮

结构33：1-羟基环己基苯基甲酮

结构34：4′-苯氧基苯乙酮

在第七实施方式中，助熔剂可包括粘合促进剂或可UV固化的粘合促进剂。可以在实施方式中实施的粘合促进剂的实例以下如结构35-36所图解。

结构35：3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯

结构36：(3-缩水甘油基丙氧基)三甲氧基硅烷

在第八实施方式中，助熔剂可包括可UV固化的单体和低聚物，比如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧树脂或乙烯醚。例如，助熔剂可包括可UV固化的材料，比如丙烯酸酯、丙烯酸酯聚氨酯、或丙烯酸酯环氧树脂。作为另一实例，助熔剂还可包括用于阳离子可固化的材料中的环氧树脂。可以在实施方式中实施的可UV固化的单体和低聚物的实例以下如结构37-48所图解。

结构37：双酚-A-环氧树脂

结构38：3，4-环氧环己基甲基3，4-环氧环己烷羧酸酯(3，4-Epoxycyclohexyl methyl 3，4-epoxycyclohexane carboxylate)

结构39：新戊二醇缩水甘油醚

结构40：三羟甲基丙烷三缩水甘油醚

结构41：2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯

结构42：丙烯酸异冰片酯

结构43：季戊四醇三丙烯酸酯

结构44：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯

结构45：1，6-己二醇乙氧基化二丙烯酸酯

结构46：双酚A乙氧基化二丙烯酸酯

结构47：1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯

结构48：三(乙二醇)二乙烯醚

虽然以上描述了本发明的各种实施方式，但是应理解，它们仅通过实例的方式呈现，并且不是限制性的。同样地，多个附图可描绘本发明的实例结构或其他构造，作出这些附图是为了帮助理解本发明可包括的特征和功能。本发明不局限于图解的实例结构或构造，但是使用各种可选的结构和构造可实施期望的特征。事实上，如何实施可选的功能、逻辑或物理分区和构造以实施本发明的期望的特征对本领域技术人员是显而易见的。而且，除了本文描绘的那些以外的大量不同构成模块名称可被应用至多个分区。另外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，本文呈现的步骤的顺序不应规定以相同的顺序实施各种实施方式以执行陈述的功能，除非本文另有规定。

虽然以上根据各种示例性实施方式和实施描述了本发明，但是应理解，在一种或多种单个实施方式中描述的各种特征、方面和功能描述不限于与它们一起描述的具体的实施方式的适用性，但是相反可以单独或以各种组合应用至本发明的一种或多种其他实施方式，不论这种实施方式是否被描述和不论这种特征是否作为描述的实施方式的一部分呈现。因此，本发明的宽度和范围不应被任何上述示例性实施方式所限制。

在该文件中使用的术语和短语，和其变型，除非另有明文规定，应被理解为开放式的，与限制性的相反。如前面的实例：术语“包括”应被解读为“包括，但不限于”等等；术语“实例”用于提供讨论的项目的示例性情况，并不是其穷尽的或限制性的列表；术语“一(a)”或“一(an)”应被解读为“至少一种”、“一种或多种”等等；和形容词比如“常规的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”和类似含义的术语不应被解释为将描述的术语限制于给定的时间段或给定的时间可用的术语，而应被解读为涵盖现在或将来任何时间可用的或已知的常规、传统的、正常的、或标准的技术。同样地，在该文件提到本领域普通技术人员显而易见或已知的技术的地方，这种技术涵盖现在或将来任何时间技术人员显而易见或已知的那些。

在一些情况下扩展词语或短语比如“一种或多种”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的存在不应被解读为在其中可能缺失这种扩展短语的情形下意指或需要较窄的情况。术语“模块”的使用不暗示描述或要求保护的作为模块的一部分的元件或功能都被配置在共同的封装中。事实上，模块的各种组件的任何或全部，不论是控制逻辑还是其他元件，可以与单个封装结合或分别维持，并且可进一步分布在多个分组或封装或跨越多个位置。

另外，根据示例性方框图、流程图和其他图解描述了本文阐释的各种实施方式。如对本领域普通技术人员显而易见的是，在阅读该文件之后，可以实施图解的实施方式和其各种变型，而不限制于图解的实例。例如，方框图和其所附的描述不应解释为规定具体结构或构造。