热固性焊膏制造技术

本发明专利技术目的在于提供一种热固性助焊剂，其适于半导体元件和电子部件的焊接粘结并且实现焊接粘结具有高的粘结强度和高温下高的耐热强度，和提供一种膏，其包含所述助焊剂和非铅型焊料，对于该热固性助焊剂，使用了环氧树脂、固化剂和至少一种松香衍生物，该松香衍生物具有对环氧树脂为反应性的官能团并选自马来酸改性松香、富马酸改性松香和丙烯酸改性松香。该助焊剂可在与非铅型焊料合金粉末混合并捏合的同时以焊膏的形式使用。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热固性助焊剂，其适于半导体器件的电子部件的焊接粘结，并涉及一种应用该助焊剂的焊膏。相关领域的说明在半导体器件的装配中，将半导体元件在规定部位装配于引线框架或树脂衬底上的装配步骤，是影响元件长期可靠性的重要步骤之一。传统上作为装配方法，已经应用焊接装配法，其使用一种低熔点的合金(焊料)，和树脂装配法，其使用主要包含一种热固性树脂如环氧树脂的树脂膏。特别是，在需要具备热释放性能的半导体元件如功率元件的情况下，应用焊接装配法，其使用主要包含90％或更多的铅的高温焊料。然而，在近些年中，随着对全球环境问题关注的不断提高，非铅型焊料已经被引起注意。对于电子设备来说，使用铅型焊料的产品的生产以及它们的进出口成为了法律调节的对象，从而需要紧急对策。在这样的形势下，作为用于电子设备的非铅型高温焊料材料，Zn-Al-Mg型焊料(参见日本专利申请特开No.11-172354)，Zn-Al-Ge型焊料(参见日本专利申请特开No.11-172353)等已被提出。然而，任何组合物在加工性能方面都不能令人满意并且这些组合物包含易被氧化的元素，使得它们在可湿性方面较差且不适合实际应用。另一方面，Sn-Cu型焊料曾被推测可能作为一种非铅型高温焊料材料。该Sn-Cu型焊料在氧化方面没问题并且在可湿性方面表现优异，然而，它们在脆性上存在问题，由此不适于实际应用。如此，目前没有可用的非铅型焊料材料作为高温焊料。为了解决上面提到的问题，已经讨论过是否可能使用一种导电粘结剂作为高温焊料的替代材料。另一方面，不仅作为焊接装配材料，而且作为替代焊料的粘结材料，导电粘结剂已被尝试用于一般电子设备衬底的装配(参见日本专利申请特开No.2000-290617)。导电粘结剂是通过将导电填料如银、金、铜、镍、碳或类似的物质与粘结剂如环氧树脂、酚树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂或类似物质按规定比例混合并将它们捏合而制备的。然而，为了通过导电粘结剂获得与通过传统焊接得到的同样高的导电性，那些含有镍或碳作为导电填料的导电粘结剂是不能令人满意的，目前不得不使用那些含有如银、金或类似的贵金属粉末作为导电填料的导电粘结剂。然而，与一般的焊料材料(主要含锡)的成本相比，银和金的成本非常高，并且这已成为除技术问题外该导电粘结剂使用的一个障碍。另外，使用导电粘结剂作为功率元件的装配材料存在的另一个问题是导热性不足。然而，焊接还是最好的用于粘结半导体器件或电子部件的方法。众所周知，将助焊剂用于焊接。助焊剂的主要功能是净化焊接粘结部位以防止金属氧化，并且提高焊料的可湿性。由于这些功能，传统的助焊剂是使焊接容易进行的一种助剂，在焊接之后，其对焊接部位的粘结不起任何作用，因此，粘结强度仅仅取决于焊料金属的熔融粘结。在使用普通的熔点为250℃或更低的非铅型焊料材料的焊接粘结中，耐热强度和粘结强度并不必然是足够的。特别是对于半导体元件，在装配半导体元件或双重装配型承载有部件的衬底的第二次装配或随后的装配之后的线路粘结中，当被加热到250℃或更高温度时，焊料材料可能再次熔融，从而导致不期望的后果，即半导体元件或电子部件的粘结部位分离或脱落。因此，在进行半导体元件或电子部件的焊接粘结的情况下，需要加强该元件或电子部件的粘结强度。为了加强在上述焊接时电子部件的粘结，已公开了通过将热固性树脂加入到松香型助焊剂中所得的用于热固性焊料的助焊剂(参见日本专利申请特开No.2001-219294)。由于在焊接时助焊剂中热固性树脂的固化以及焊接粘结和热固性树脂粘结的结合，这种助焊剂能够牢固地加强电子部件。然而，这项技术仅仅是基于将传统松香加入热固性树脂中，该树脂不与热固性树脂反应，只是简单地与其混合并存在于热固性树脂中，因此耐热强度不够，使得在对于非铅型焊料而言为高温的情况下进行焊接时，粘结部件分离，从而导致电子设备的可靠性下降。专利技术简述在考虑上述问题的基础上完成了本专利技术，本专利技术目的在于提供一种热固性助焊剂，该助焊剂适于半导体元件和电子部件的焊接粘结，并能够在焊接的同时牢固地将电子部件粘结到装配部件的衬底上，并长时间保持稳定粘结，还提供一种使用该热固性助焊剂的非铅型焊膏。本专利技术的第一方面提供一种热固性助焊剂，其包含作为不可缺少的组分的环氧树脂、固化剂和松香衍生物，该松香衍生物具有对环氧树脂为反应性的官能团并且其是选自马来酸改性松香、富马酸改性松香和丙烯酸改性松香的至少一种化合物。本专利技术的第二方面提供一种焊膏，其包含热固性助焊剂和非铅型焊料合金粉末，该热固性助焊剂包括作为不可缺少的组分的环氧树脂、固化剂和松香衍生物，该松香衍生物具有对环氧树脂为反应性的官能团并且其是选自马来酸改性松香、富马酸改性松香和丙烯酸改性松香的至少一种化合物。本专利技术的详细说明按照本专利技术的一个实施方案，热固性助焊剂包含作为不可缺少的组分的包含环氧树脂和固化剂的热固性树脂成分和具有助焊剂功能的松香衍生物，使得能够提供优异的焊接性能，并且由于环氧树脂在助焊剂中起到粘结剂的作用同时在焊接时会固化，因此可牢固地固定元件或部件。此外，由于在本实施方案中松香衍生物具有两个或更多个对环氧树脂为反应性的羧基，因此，其能够直接与环氧树脂反应并相应地提高焊接后焊接部件的耐热强度和粘结强度。因此，松香衍生物能够防止元件或部件分离或脱落，并且能够提高在半导体元件装配之后的线路粘结步骤或双重装配型承载有部件的衬底的第二次或随后的焊接步骤中的焊接粘结的可靠性。作为适于应用本专利技术实施方案的助焊剂进行焊接粘结的半导体元件，可以例举功率元件，例如智能功率器件、功率IC和功率晶体管，其他的独立半导体元件，和IC。作为适于应用本专利技术实施方案的助焊剂进行焊接粘结的电子部件，可以例举直接装配在承载有部件的衬底上的表面装配型小型电子部件，例如焊料碰撞粘结型半导体组件如叩焊晶片、CSP等；和芯片部件如电阻器、线圈、电容器和晶体管。在使用根据本实施方案的助焊剂的焊接粘结的情况下，该助焊剂可通过将其施涂于焊接部位而单独使用，然而更优选将焊料按这样的方式使用将助焊剂与焊料合金粉末混合并捏合且以焊膏的形式使用。在将焊膏施涂于焊接粘结部位后，将半导体元件或电子部件装配到该部位并进行焊接粘结。在将本实施方案的助焊剂与焊料分开单独施涂于焊接粘结部位以进行焊接的情况下，适于使用焊料球或焊料预涂布电极的回流或预成型焊料以焊接粘结。在仅仅将助焊剂施涂于焊接粘结部位来进行焊接的情况下，由于在焊料周围环氧树脂的固化，助焊剂在焊接和固定方面的功能可同时完成。在以包含与助焊剂捏合的焊料合金粉末的膏形式使用助焊剂进行元件或部件的焊接粘结的情况下，在加热时，膏中的助焊剂进入待粘结的衬底与元件或部件之间的间隙中，并且在焊接完成时，环氧树脂固化物质固定了元件或部件。下文将详细描述本专利技术实施方案的各组分。作为应用于本专利技术实施方案中的环氧树脂，可以在无任何特殊限制的条件下使用在每个分子中具有两个或更多个环氧基的环氧树脂。实际例子是双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、萘酚型酚醛清漆环氧树脂、双酚A的酚醛清漆型环氧树脂、萘二酚型环氧树脂、脂环族型环氧树脂、由三或四(羟苯基)烷烃衍生的环氧化合物、双羟基联苯基型环氧树脂、苯酚芳烷基树脂的环氧化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热固性助焊剂，其包含环氧树脂、固化剂和至少一种松香衍生物，该松香衍生物具有对环氧树脂为反应性的官能团并选自马来酸改性松香、富马酸改性松香和丙烯酸改性松香。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本一高，忠内仁弘，小松出，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]