焊料膏组成物及包含其的焊接方法技术

本发明专利技术提供一种焊料膏组成物，其包含：100重量份的金属粉末，及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含溶剂、触变剂和沸点小于该金属粉末的熔点的有机酸。本发明专利技术另提供一种焊接方法，其于一基板及一待焊接物之间提供所述焊料膏组成物，以形成一复合结构；将该复合结构放置于通有一酸性气体的一腔体中；以及熔融该焊料膏组成物的金属粉末，以焊接该基板及该待焊接物。本发明专利技术的焊料膏组成物主要借由低沸点的有机酸破坏金属粉末表面的金属氧化物膜，避免残留的酸性物质持续腐蚀焊点，降低焊点的空孔率，提升焊点的焊接强度。

【技术实现步骤摘要】
焊料膏组成物及包含其的焊接方法
本专利技术有关一种焊料膏组成物，尤指一种应用于印刷电路板工艺的焊料膏组成物以及利用其的焊接方法。
技术介绍
近年来，为了满足消费者对电子装置的「轻、薄、小、高功能」等要求，包含在电子装置中的印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)也随之轻薄化。因此，如何提升焊料膏与印刷电路板上的电子元件之间的结合强度使两者的接触部位缩小，而让电子元件的微间距化得以实现也随之成为研究发展的重点之一。理论上，若欲将两金属焊接在一起，只要使其中一金属达熔点以上形成液态状即可润湿另一金属的表面，两金属再借由彼此之间的金属键而形成一连续的结合层；然而，因空气中含有氧气，大部分金属会与氧气形成一层金属氧化物膜，导致两金属的界面仅能以很弱的凡得瓦力(VanderWaalsforce)键结而无法形成强金属键，造成虚焊现象。为了去除金属氧化物膜，一般而言，焊料膏的成分须包含松香(rosin)及含有四级卤化胺盐的活性剂。松香成分含有松香酸，在低温时腐蚀性不大，但在高温时腐蚀性则会提高；此外，松香酸的羧基(carboxylgroup，-COOH)会与四级卤化胺盐产生高腐蚀性的卤化氢，例如氯化氢或溴化氢，因此能容易地侵蚀金属氧化物膜进而移除之。而所产生的金属卤化盐再跟松香酸反应生成如金属羧酸盐(metalcarboxylate)等助焊剂残渣，而让卤化氢得以再生。在移除金属氧化物的过程会伴随水蒸气的产生，若水蒸气被包在焊点内将形成空孔(void)。另外，若由松香和四级卤化胺盐产生的金属羧酸盐或其他残余有机物等助焊剂残渣未排除到焊点外，亦可能会在焊点内形成空孔、增加界面电阻、降低热传导率、腐蚀焊点、降低焊接强度、降低元件信赖度以及元件寿命等。于现有技术中，已有研究提出降低焊料膏中松香及活性剂的含量甚至不添加前述成分的焊料材料；例如，国际申请案第2015/146999号提出一种披覆的焊料材料，其预先于经清洁的金属粉末的表面上形成一层含碳化物的披覆层，可防止所述金属粉末发生表面氧化，因此焊料膏不添加松香，仍能获得良好的焊接结合性；然而，由于所述焊料材料需进行前处理，使得工艺较复杂、制造成本大幅提升，不利于大规模生产。另外，日本专利技术专利第6281157号提出一种焊料膏，其仅包含金属粉末、特定的触变剂(thixotropicagent)及溶剂；为了去除金属粉末表面的金属氧化物膜，所述焊料膏被限定需与还原气体搭配使用；然而，由于前述焊料膏不包含活性剂，当应用于大面积芯片的焊接工艺时，金属粉末会因发生在焊点最外围的金属氧化物膜已被还原而开始熔融，但因还原气体不易渗透到焊点中心，因此焊点中心的金属氧化物尚未被还原，最后导致焊点中心的焊接强度较差，降低所得的焊接制品的信赖度；此外，若还原气体发生裂解而产生水蒸气时，在焊点内仍会形成空孔。
技术实现思路
有鉴于上述焊料膏组成物存在的技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种焊料膏组成物，其能符合制造成本效益，进而更具商业实施的潜力。本专利技术的另一目的在于提供一种焊料膏组成物，其能降低焊点的空孔率，同时可去除焊点中心的金属氧化物，进而使焊点具有良好的焊接强度。为达成前述目的，本专利技术提供一种焊料膏组成物，其包含：100重量份的金属粉末，以及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含：溶剂、触变剂和有机酸；该有机酸的沸点小于该金属粉末的熔点。本专利技术的焊料膏组成物借由包含在常温时已与金属粉末混合的有机酸，因此无论焊点范围大小，有机酸皆能均匀渗透至焊点各部分，充分破坏金属粉末表面存在的金属氧化物膜，进而避免发生焊接强度不均的问题。不仅如此，本专利技术的焊料膏组成物由于控制所述有机酸的沸点需小于金属粉末的熔点且不须包含沸点大于300℃松香和四级卤化胺盐，因此所述有机酸于焊接工艺后可完全气化而不残留于焊点中，除了不用担心酸性物质残留而引发焊点腐蚀的情况，还可降低焊点的空孔率。较佳的，该焊料膏组成物包含100重量份的该金属粉末，以及6重量份至15重量份的该有机混合物。依据本专利技术，于该有机混合物中，以该溶剂的总重为100重量份，该有机酸的含量为0.005重量份至3重量份。较佳的，该有机酸的含量为0.01重量份至3重量份。依据本专利技术，以所述焊料膏组成物的总重为基准，该有机酸的含量为0.5ppm至4500ppm。较佳的，以所述焊料膏组成物的总重为基准，该有机酸的含量为5ppm至2500ppm。较佳的，该有机酸的沸点为95℃至180℃，但不限于此，当有机酸的沸点小于金属粉末的熔点可实现本专利技术的有益效果。在一些实施态样中，该有机酸的酸度系数(pKa)为1至6.5；较佳的，该有机酸的pKa为3至5；更佳的，该有机酸的pKa为4至5。具体而言，该有机酸可包括单元酸(即在所述分子内具有1个羧基的化合物)、二元酸(即在所述分子内具有2个羧基的化合物)或三元酸(即在所述分子内具有3个羧基的化合物)，但不限于此。当该有机酸具有2个或以上的羧基时，只要至少1个羧基的pKa在前述范围即可。举例而言，所述单元酸可为甲酸(formicacid)、乙酸(aceticacid)、丙酸(propanoicacid)、丁酸(butyricacid)、己酸(hexanoicacid)等，但不限于此；所述二元酸可为草酸(oxalicacid)、反丁烯二酸((E)-butenedioicacid)等，但不限于此；所述三元酸可为柠檬酸(citricacid)，但不限于此。依据本专利技术，所述金属粉末的种类并未有特别限制，只要选用熔点低于欲连接的工件(例如铜基板和作为待焊接物的芯片)的熔点的金属种类即可适用于本专利技术；较佳的，该金属粉末包含锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、铋(Bi)、镍(Ni)、包含任一前述金属元素的合金、或任一组合，但不限于此。在一些实施态样中，以该金属粉末的总重为基准，该金属粉末包含占4.5重量百分比(wt％)至96wt％的锡。举例而言，该金属粉末可为铅锡合金等含铅合金、或锡银铜合金等无铅合金，但不限于此。前述无铅合金指铅的含量为1000ppm以下。较佳的，该金属粉末的熔点为190℃至300℃，但不限于此，当金属粉末的熔点大于有机酸的沸点可实现本专利技术的有益效果。依据本专利技术，本说明书所称的「平均粒径」指以该种类的粒子的累积粒径分布百分比达到50％时所对应的粒径值，即为D50。具体而言，该金属粉末的平均粒径和粉末的外观型态并没有特别限制；较佳的，所述金属粉末的平均粒径为5微米(μm)至75μm；更佳的，所述金属粉末的平均粒径为25μm至45μm。依据本专利技术，该溶剂的种类并无特别限制；较佳的，该溶剂于高温中不会发生裂解，且不会与有机酸产生反应，举例而言，可为醇类溶剂、醚类溶剂、或醇醚类溶剂等中性溶剂。在一些实施态样中，该溶剂的沸点为150℃至330℃，但不限于此。若欲于焊接过程中使所述溶剂挥发殆尽，让所得的焊接制品不需再进行水洗步骤，较佳的，该溶剂的沸点低于该金属粉末的熔点，例如，该溶剂的沸点为150℃至260℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料膏组成物，其特征在于，包含：/n100重量份的金属粉末，以及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含：溶剂、触变剂和有机酸；该有机酸的沸点小于该金属粉末的熔点。/n

【技术特征摘要】
20200109 TW 1091007221.一种焊料膏组成物，其特征在于，包含：
100重量份的金属粉末，以及3重量份至18重量份的有机混合物；其中，该有机混合物包含：溶剂、触变剂和有机酸；该有机酸的沸点小于该金属粉末的熔点。


2.如权利要求1所述的焊料膏组成物，其中，于该有机混合物中，以该溶剂的总重为100重量份，该有机酸的含量为0.005重量份至3重量份。


3.如权利要求1所述的焊料膏组成物，其中，该有机酸的酸度系数为1至6.5。


4.如权利要求1至3中任一项所述的焊料膏组成物，其中，该有机酸包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、或草酸。


5.如权利要求1至3中任一项所述的焊料膏组成物，其中，以该金属粉末的总重为基准，锡的含量为4.5重量百分比至96重量百分比。


6.如权利要求1至3中任一项所述的焊料膏组成物，其中，该溶剂包括醇类溶剂、醚类溶剂或醇醚类溶剂。


7.如权利要求1至3中任一项所述的焊料膏组成物...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶国良，彭荣贵，陈瑜涛，黄文鼎，黄正尚，
申请(专利权)人：广化科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71