在基底上固定部件的方法与流程

文档序号:13215087阅读:157来源:国知局
本发明涉及通过使用包含有机二羧酸混合物的焊糊在基底上固定电子部件的方法,其中焊料沉积物的厚度为25至200微米。焊糊,特别是软焊糊的主要用途是在集成开关电路的制造中,例如在半导体工业中。就此而言,将电子部件施加到基底,例如电路板上并借助焊糊以机械、电子和热方式连接到其上。因此,对这类方法和其中使用的焊糊所提出的要求是多样化的,尤其是考虑到自动化工艺。通常,为基底表面配备焊糊,借此建立与该部件的接触。通过加热该焊糊,巩固该机械接触。除机械粘合外,焊糊还可用于建立部件与基底之间的电接触和/或输出在部件运行过程中生成的热。WO02/20211A1描述了用于扩散焊接法的焊剂,其包含由熔融温度不同的高熔点金属和焊料金属制成的至少部分金属化颗粒的混合物。DE19511392A1描述了借助高能辐射,特别是激光辐射施加焊接凸点的方法和装置。US5,672,542涉及借助焊球在基底上施加导电物质的方法和工艺,其中焊球彼此相距最多400微米。所述方法的特殊挑战是除电连接点外还包含在底面上的热连接点的电子部件,例如QFP部件(四列扁平封装),其包含安装在部件侧面上并借此建立部件与基底之间的电接触的所谓引脚形式的电连接点并包含在底面上的用于输出该部件在运行过程中生成的热的热连接点。连接点与基底的接触各自用不同的焊糊实现,一种焊糊用于热连接,一种用于电连接。在这种方法的过程中,热连接点的引入的焊料沉积物在受热过程中可铺展(verl?uft)。在这种情况下,焊粉粒子通常以所谓焊球的形式朝电接触点的方向散出,并可在这些位点造成短路。如果由于部件与基底之间的预定距离(例如经由电连接点)必须使用相应大量的焊糊以实现两面接触,这尤其成问题。因此本发明的目的是提供一种在基底上固定部件,特别是具有电和热连接位点的部件的方法,其中防止焊糊铺展和生成不想要的焊球,从而防止发生电短路或至少将其减至最低,而不会损害该部件与基底的热和机械连接。在本发明的范围内,术语“铺展”应被理解为是指在工艺条件下加热焊糊时用于部件和基底之间的热连接的焊糊熔化(zerlaufen)超出该部件和/或基底的热连接点的边界并生成不想要的焊球,以致发生焊糊和该部件的电连接点之间的接触并由此发生短路。通过本发明的独立权利要求的主题实现该目的。已经令人惊讶地发现,通过使用包含焊料和助焊剂,特别是含有两种不同二羧酸的混合物的助焊剂的焊糊,能够防止焊糊铺展和生成不想要的焊球和因此在该部件的电连接点处的短路。此外,还已发现,部件与基底之间的焊料沉积物的厚度对控制该铺展是至关重要的。因此,本发明的一个主题是一种在基底上固定部件的方法,其包括下列步骤:i)提供具有第一表面的部件,其中为所述部件配备电和热连接点;ii)提供具有第二表面的基底,该第二表面配备有焊料沉积物;iii)经由所述焊料沉积物使所述部件的第一表面与所述基底的第二表面机械接触,其中所述焊料沉积物的厚度为25至200微米;和iv)将所述焊料沉积物加热到超出所述焊料的液相线温度,其中通过包含焊料和助焊剂的焊糊形成所述焊料沉积物,其中所述助焊剂包含彼此不同的二羧酸A和二羧酸B。下面更详细描述的焊料沉积物是该方法的一个基本要件。a)焊料沉积物通过由助焊剂和焊料构成的焊糊形成所述焊料沉积物。下面更详细说明该焊糊的各组分。助焊剂:助焊剂是焊糊的重要成分并主要决定其流变性质。已经令人惊讶地发现,如果使用包含两种不同二羧酸的混合物的助焊剂,可以减少在基底上固定部件的过程中发生短路。已经表明,通过使用包含所述助焊剂的焊糊,能形成部件与基底之间的稳定的机械和热连接而没有电短路,并且已经表明,该焊糊同时具有良好的可加工性和良好的润湿性质。特别配合具有25至200微米的特定沉积物厚度的焊糊,表现出优异的性质。用包含特定碳原子数的二羧酸获得特别好的结果。因此,本发明的方法的一个实施方案是优选的,其中二羧酸A包含5个或更多碳原子,优选6至8个碳原子,特别是6个碳原子。在一个特别优选的实施方案中,二羧酸A是己二酸。此外,已证实有利的是,使用包含比二羧酸A更少的碳原子的二羧酸B作为另外的组分。因此,此外,一个实施方案是优选的,其中二羧酸B包含4个或更少碳原子,特别是2个碳原子。一个实施方案特别优选,其中二羧酸B是草酸。还已经令人惊讶地发现,尤其当二羧酸A和二羧酸B相对于彼此以特定重量比存在时,出现有利的效果。在一个优选实施方案中,二羧酸A与二羧酸B的重量比因此为30:1至5:1,优选25:1至7:1,特别是20:1至10:1。在本发明的方法的一个特别优选的实施方案中,该焊糊包含下列组分:a)5至15重量%的助焊剂,和b)85至95重量%的焊料其中重量数据各自相对于所述焊糊的总重量计,且其中所述助焊剂包含i)7至13重量%二羧酸A,优选己二酸;ii)0.3至2.0重量%二羧酸B,优选草酸;和iii)胺,其优选选自胺组分X和胺组分Y,其中胺组分X是具有叔氨基的二胺;且胺组分Y是二胺或多胺,其中所述氨基的至少2个彼此相隔至少3个碳原子且其包含至少4个碳原子,其中二羧酸的重量数据各自相对于所述助焊剂的总重量计。一个实施方案特别优选,其中助焊剂包含各自相对于所述助焊剂的总重量计7至13重量%,优选8至12重量%的量的二羧酸A。一个实施方案也优选,其中助焊剂包含各自相对于所述助焊剂的总重量计0.3至2.0重量%,优选0.4至1.5重量%,更优选0.45至1.0重量%的量的二羧酸B。下面更详细解释胺组分X和Y。胺组分X胺组分X是包含至少一个叔氨基,优选两个叔氨基的二胺。一个实施方案是优选的,其中胺组分X选自1,2-四甲基乙二胺、1,2-四乙基乙二胺和1,2-四丙基乙二胺,例如1,2-四正丙基乙二胺和1,2-四异丙基乙二胺。特别优选其中各叔氨基包含两个相同取代基的这类二胺。在本发明的范围内,叔胺是指其氮原子带有三个含碳取代基的胺。胺组分Y胺组分Y是二胺或多胺,其中所述氨基的至少2个彼此相隔至少3个碳原子,且其包含至少4个碳原子。胺组分Y是二胺,其中两个氨基彼此相隔至少3个碳原子,且其包含至少4个碳原子。或者,胺组分Y是多胺,其中所述氨基的至少2个彼此相隔至少3个碳原子,且其包含至少4个碳原子。此外,已经令人惊讶地表明,如果胺组分Y包含伯氨基,可以进一步改进焊糊的有利的流变性质。因此,在本发明的一个优选实施方案中,胺组分Y包含至少一个伯氨基。在一个优选实施方案中,胺组分Y选自N-椰油基-1,3-二氨基丙烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷和1,10-二氨基癸烷。在一个进一步优选的实施方案中,所用的胺,即胺组分X或胺组分Y不含叔和/或季碳原子。在另一优选实施方案中,该胺包含至少6个碳原子。在这种情况下,这些碳原子可作为两个氨基之间的连接链存在或可作为氮原子的取代基键合到其上。在一个优选实施方案中,助焊剂中的胺,即胺组分A和/或胺组分B的总量为2重量%或更少,优选1重量%或更少,例如0.1重量%至2.0重量%,各自相对于所述助焊剂的总重量计。优选如下选择助焊剂中的胺的量,以确保焊糊的良好可加工性和要固定的部件和基底的表面的良好润湿。因此,在一个优选实施方案中,该助焊剂包含各自相对于所述助焊剂的总重量计0.1至2.0重量%,优选0.4至1.0重量%的量的胺组分X和/或胺组分Y。在一个进一步优选的实施方案中,该助焊剂进一步包含单胺。除胺组分X和/或胺组分Y外,还存在该单胺。如果该单胺是仲和/或叔单胺,可以获得特别好的结果,尤其是在焊糊的可加工性和铺展行为方面。因此,在一个优选实施方案中,单胺选自仲单胺和叔单胺及其混合物。该单胺特别优选是叔单胺。该助焊剂优选包含各自相对于所述助焊剂的总重量计0.5至5.5重量%,优选1.0至5.0重量%的量的单胺。如果该助焊剂除二羧酸A和B外还含有不同于二羧酸A和B的其它二羧酸,已证实特别有利。因此,一个实施方案是优选的,其中该助焊剂还包含各自相对于所述助焊剂的总重量计0至2重量%的量,优选0.01至1.0重量%的量的不同于二羧酸A和二羧酸B的二羧酸。因此,一个实施方案也优选,其中该助焊剂中所有二羧酸的总量为最多15重量%,优选7至13重量%,特别是8至12重量%,各自相对于所述助焊剂的总重量计。已经表明,可以借助附加添加剂改进所述焊糊的润湿性质和可加工性以及其它性质。因此,用于本发明的方法的焊糊的助焊剂包含优选各自相对于所述助焊剂的总重量计0.05至3.0重量%的量的附加添加剂。所述添加剂优选是改进焊糊的润湿性质的化合物,例如乙氧基化胺树脂、胺树脂、树脂的甲酯、正油基(n-Oleyl)肌氨酸、油基咪唑啉及其混合物。一个实施方案是优选的,其中该助焊剂还进一步包含溶剂,特别是选自下列的溶剂:在25℃下液体的二醇、醇、醚醇和酮,特别是三甲基丙醇、1,2-辛二醇、1,8-辛二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、异冰片基环己酮、二醇醚、2-乙基-1,3-己二醇、正癸醇、2-甲基-2,4-戊二醇、萜品醇和异丙醇及其混合物。在另一个优选实施方案中,该二醇醚选自单-、二-、三-丙二醇甲基醚、单-、二-、三-丙二醇-正丁基醚、单-、二-、三-乙二醇-正丁基醚、乙二醇甲基醚、三乙二醇甲基醚、二乙二醇-二丁基醚、四乙二醇二甲基醚和二乙二醇-单己基醚及其混合物。此外,该助焊剂可包含树脂以赋予所述焊糊对于各个用途所需的稠度。在一个优选实施方案中,该助焊剂还含有树脂,优选选自松香、妥尔油、氢化松香、二聚松香、部分二聚松香及其混合物的树脂。在一个优选实施方案中,该树脂以各自相对于所述助焊剂的总重量计35至50重量%,优选40至48重量%的量存在。如果该助焊剂包含活化焊粉、待连接的部件和基底的表面并由此提供组件的更好连接的活化剂,例如含卤素的化合物,可以进一步改进本发明的方法的结果。因此,一个实施方案是优选的,其中该助焊剂还含有选自苯胺盐酸盐、谷氨酸盐酸盐、二乙醇胺盐酸盐、二乙醇胺氢溴酸盐、三乙醇胺盐酸盐、三乙醇胺氢溴酸盐和反式-2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇及其混合物的含卤素的化合物。已证实特别有利的是,该助焊剂中的含卤素的化合物的量不超过该助焊剂总重量的5重量%。因此,本发明的焊糊的一个实施方案是优选的,其中该助焊剂包含各自相对于所述助焊剂的总重量计0.1至3.0重量%,优选0.5至2.0重量%的量的含卤素的化合物。在一个可选的优选实施方案中,本发明的方法中所用的焊糊基本不含含卤素的化合物。在本发明的范围内,包含各自相对于所述助焊剂的总重量计少于0.1重量%,优选0至0.09重量%,尤其少于0.01重量%或少于0.005重量%的量的含卤素的化合物的糊应被视为基本不含含卤素的化合物。该助焊剂可含有例如增稠剂以改进该焊糊的流变性质和可湿润性。在一个优选实施方案中,该助焊剂还包含一种或多种增稠剂,其优选选自乙基纤维素、氢化蓖麻油、甘油-三-12-羟基硬脂精和改性甘油-三-12-羟基硬脂精。该助焊剂优选含有各自相对于所述助焊剂的总重量计1.0至4.0重量%,优选1.7至3.0重量%的量的增稠剂。下面更详细描述的焊料是本发明的方法中所用的焊糊的另一重要成分。焊料:该焊料和助焊剂一起形成焊料沉积物,借此实现部件与基底的热连接。由于应通过所述连接输出该部件运行过程中生成的热,希望的是该焊料具有良好的热导率,其尽可能与有限的电导率结合。这些性质尤其存在于包含锡作为主要成分的焊料中。因此,一个实施方案是优选的,其中该焊料是锡基焊料。在本发明的范围内,锡基焊料描述包含至少80重量%,优选至少83重量%,特别是85至90重量%锡的焊料,其中重量数据各自相对于所述焊料的总量计。在一个优选实施方案中,该焊料除锡外可包含其它金属,以例如将该焊料的液相线温度调节到有利于各个用途的范围。因此,一个实施方案是优选的,其中该焊料包含各自相对于所述焊料的总重量计0.1至8重量%,优选0.2至6重量%的量的银。在另一优选实施方案中,该焊料包含各自相对于所述焊料的总重量计0.1至1.5重量%,优选0.2至1.0重量%的量的铜。该焊料无铅的实施方案也是优选的。该焊糊尤其适用于本发明的方法,其中将该焊料加热到超出其液相线温度并由此提供部件与基底之间的最佳连接。由于能源技术的观点并考虑到敏感的部件和基底,该焊料的液相线温度因此不应太高。因此,一个实施方案是优选的,其中该焊料具有200至250℃,优选200至230℃的液相线温度。在一个优选实施方案中,该焊料以优选具有根据IPC-TM-6502.2.14-2.2.14.2测得的15至50微米,优选20至45微米的重均粒度的粉末形式存在。在一个优选实施方案中,该粉末中80至90%的粒子具有15至50微米,优选20至45微米的粒度。在本发明的范围内,粒度是指粒子的最大线性尺寸(Ausdehnung)。在一个进一步优选的实施方案中,该焊糊包含各自相对于所述焊糊的总重量计80至97重量%,优选83至95重量%,特别是85至93重量%的量的焊料。B)方法下面更详细解释本发明的方法的各步骤。在本发明的在基底上固定部件的方法的第一步骤中提供部件。本发明的方法尤其适用于在基底上固定包含热和电连接点的部件,其中借助焊料沉积物经部件的第一表面和基底的第二表面发生接触。优选地,该部件的第一表面包含选自铜、银、金、镍、铝、锡、钯以及所述金属中两种或更多种的合金的至少一种金属。该部件优选具有正方形基面。所述基面特别优选为3x3至100x100mm,优选5x5至80x80mm。在一个进一步优选的实施方案中,该部件选自四列扁平封装(QFP),例如具有热分配器的带缓冲垫的四列扁平封装(BQFPH)和带散热器的四列扁平封装(HQFP)。在第二步骤中提供配备有焊料沉积物的基底。借助本发明的方法在其上固定部件的基底包含第二表面,经其与部件发生接触。基底的第二表面优选包含选自镍、铜、金、银、铝、锡和钯以及所述金属中两种或更多种的合金的至少一种材料。该基底优选是金属化基底,即包含至少一个金属表面的基底。在这种情况下,该基底的基体可以由例如陶瓷、纸、环氧树脂或纯铜构成。本发明的方法特别适用于焊料沉积物的施加和部件与焊料沉积物的机械接触以自动化方式进行的方法。为了能实现快速精确的操作,希望的是焊料沉积物的施加快速进行并且没有额外工序。因此,该方法的一个实施方案是优选的,其中借助丝网印刷、刮涂、模版印刷、分配或喷射进行焊料沉积物的施加。由此使得该施加精确,从而也能制造小型集成开关电路。在这种情况下,该焊料沉积物的厚度为25至200微米,优选30至150微米,例如50至150微米或80至150微米。或者,该焊料沉积物的厚度也可以为25至130微米,特别是30至120微米或30至100微米。由此,确保部件与基底的最佳热连接和因此部件的最佳冷却。同样地,在这一厚度范围内可以减少和/或避免所选焊糊的铺展。在本发明的方法的下一步骤中,借助焊料沉积物使部件的第一表面与基底的第二表面机械接触。随后,将焊糊加热到超出所述焊料的液相线温度以借助焊糊形成部件与基底之间的连接。在这种情况下,优选如下加热焊糊以使焊料转变成液相,但不损坏焊糊、部件和/或基底。优选将该焊料加热到超过所述焊料的液相线温度5至60℃,优选10至50℃的温度。该加热优选借助加热板进行,将基底置于加热板上以使与第二表面相对的基底表面与加热板接触。或者,也可以借助经加热的模制件、托架(Bügel)、印模、红外辐射器、激光束或借助蒸汽来加热焊料。根据本发明的方法与基底固定的部件表现出明显降低的短路发生率。因此,本发明的另一主题是固定在基底上并根据本发明的方法可获得或获得的部件。应借助下列实施例更详细描述本发明,但是其中它们不应被理解为限制本发明的概念。实施例:借助抗毛细管(Anti-Capillary)试验(AC试验)在焊料沉积物的各种厚度下评估借助本发明的方法制成的部件。为此,将焊糊施加到QFP部件(例如来自InfineonTechnologiesAG,德国)的热连接点上并用玻璃板覆盖。该QFP部件经相反的表面置于温度为200℃的加热板上,以能够评估该焊糊的行为。实验构造显示在图1中。通过分数评定所得结果,其中分数1代表极好结果,分数2代表良好结果,其中没有由于焊糊与该部件的电接触点的不合意接触所致的短路。在该试验中的分数3表示,焊糊铺展至与该部件的电连接点接触的程度。结果概括在表2中,其中用根据本发明使用的焊糊1和传统对比焊糊2进行各试验。表1显示AC试验中所用的焊糊的配方,其中焊糊1描述根据本发明使用的焊糊,而焊糊2描述仅含一种二羧酸的焊糊。表1焊糊焊糊1焊糊2助焊剂量,重量%量,重量%己二酸10.010.0草酸0.7-双-C8-二烷基胺2.12.1N,N-二烷基脂肪胺2.12.1氢化松香45.345.3三乙醇胺·HBr1.51.5蓖麻油2.72.7三-丙二醇-正丁基醚35.636.3助焊剂(总计)100.0100.0糊量,重量%量,重量%焊料(SnAgCu)89.2589.25助焊剂加至100.0加至100表2焊料沉积物厚度焊糊1(AC试验的结果)焊糊2(AC试验的结果)100微米13120微米13160微米23240微米33从表2中看出,本发明的焊糊在AC试验中表现出极好至良好的结果,而使用传统对比焊糊2时发生焊糊的过度铺展和因此出现在AC试验中的差结果。图2至5显示使用根据本发明所用的焊糊1的AC试验的结果,其中施加如表2中所示的不同厚度的焊料沉积物。如附图中可见,焊料沉积物的厚度为100至160微米的实验的结果表现出极好至良好的试验结果(图2:在100微米的焊糊1上测量;图3:在120微米的焊糊1上测量;图4:在160微米的焊糊1上测量)。尽管该焊糊在160微米的焊料沉积物厚度下(图4)已相当大地铺展开,但在此没有出现与部件的电连接点的不合意接触,从而可以避免短路。相反,在25至200微米的本发明范围外的层厚度导致焊糊与该部件的电连接点的接触和由此所致的短路(图5)。
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