TWI879037B - 助焊劑及電子零件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種助焊劑,係可在使用銦合金片在溫度條件相異下進行連續回焊之際抑制空隙的產生。本發明採用含有松香酯、有機酸(A)、及溶劑(S)的助焊劑。有機酸(A)係包含在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為1質量%以下的二聚物酸(A1)。溶劑(S)係包含在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率為99質量%以上的溶劑(S1)。
Description
本發明係關於助焊劑及電子零件的製造方法。本申請基於2022年8月26日在日本申請的日本特願2022-135236號主張優先權,並將其內容援用於此。
近年來,電子機器要求大容量化、高速化。搭載於如此之電子機器的經高集積化的晶粒(die)係在動作時產生大量的熱。因此,需要藉由在晶粒安裝具備散熱器的蓋體等晶粒,以有效地排除所產生的熱。
相對於此,例如專利文獻1中,為了以更高的效率將因晶粒的動作所引起的熱傳遞至散熱器,提案有將含有聚合物的熱界面材料(Thermal Interface Material:TIM)挾持在晶粒與具備散熱器的蓋體之間。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2010-539706號公報
另外,就TIM而言,提案有增加了銦含量的片(以下,將此稱為銦合金片)。成為銦合金片原料的合金係例如使用含有In 90質量%、Ag 10質量%的合金。
與其他金屬元素相比,銦的硬度較低,相對於晶粒及蓋體之表面,銦合金片具有高追隨性、密著性高。因此,銦合金片從晶粒至具備散熱器的蓋體的熱傳遞效率高。其結果,藉由使用銦合金片,能夠提高因晶粒的動作所引起之熱的排出效率。再者,含Ag的銦合金片係較僅由銦所構成的銦片具有更高的導熱率,因此能夠更提高熱排出效率。
在銦合金片的實裝中,使用在表面塗佈有助焊劑的銦合金片,藉由1次回焊(reflow)將具備散熱器的蓋體與晶粒接合,以獲得半導體封裝。由於銦具有156℃的較低之熔點,因此藉由1次回焊的接合係在較通常接合更低的溫度條件下進行。
在使用以往之焊接用的助焊劑,例如於170℃之條件進行1次回焊之情況下,助焊劑不會潤濕擴散到銦片的表面而積聚在接合面,其結果,有接合面產生大量空隙(void)之情況。由於此空隙導致降低從隔著銦片之晶粒至具備散熱器的蓋體之熱傳遞效率,並降低因晶粒的動作所引起的熱的排出效率。
接著,在1次回焊後,藉由進行2次回焊,將焊料球接合至半導體封裝的背面。該2次回焊係為了使焊料球熔融而在例如250℃之高溫條件下進行。由於2次回焊為高溫,因而活性劑等容易氣化而形成空隙。
使用以往之焊接用助焊劑及銦合金片,如上述,進行1次回焊及2次回焊之兩次回焊的情況下,有載銦合金片之接合面容易產生大量空隙的問題。由於此空隙而降低從隔著銦合金片之晶粒至具備散熱器的蓋體的熱傳遞效率,並降低因晶粒的動作所引起的熱的排出效率。
因此,本發明之目的係提供一種助焊劑,係可在使用銦合金片並在溫度條件相異下進行連續回焊之際抑制空隙的產生。
本發明包含下列態樣。
[1]一種助焊劑,係含有松香酯、有機酸(A)、及溶劑(S),其中,前述有機酸(A)包含在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為1質量%以下的二聚物酸(A1);前述溶劑(S)包含在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率為99質量%以上的溶劑(S1)。
本發明中,所謂「重量減少率」係例如下述般測定者。使用示差熱-熱重量同時測定裝置(Rigaku股份有限公司製,TG-DTA8122),將測定對象樣品10mg置於鋁盤,並從室溫約25℃開始加熱至達到指定溫度為止,以指定的升溫速度進行升溫。然後,從加熱前之對象樣品的質量W0(100質量%)與剛達到指定溫度的質量W1,依據下述計算式算出重量減少率。
重量減少率(%)=100×{W0-W1}/W0
[2]如[1]所述之助焊劑,其中,相對於前述有機酸(A)之總質量,前述二聚物酸(A1)之含量為75質量%以上。
[3]如[1]或[2]所述之助焊劑,其中,相對於前述溶劑(S)之總質量,前述溶劑(S1)之含量為80質量%以上。
[4]如[1]至[3]中任一項所述之助焊劑,其中,前述二聚物酸(A1)係選自由鍵結有碳數18之不飽和脂肪酸的二聚體所構成之群組的至少一種。
[5]如[1]至[4]中任一項所述之助焊劑,其中,前述溶劑(S1)之沸點為200℃以下。
[6]如[1]至[5]中任一項所述之助焊劑,其係更含有唑類。
[7]如[1]至[6]中任一項所述之助焊劑,其中,相對於助焊劑之總質量,前述二聚物酸(A1)之含量為10質量%以上60質量%以下。
[8]如[1]至[7]中任一項所述之助焊劑,其中,相對於助焊劑之總質量,前述松香酯之含量為15質量%以上60質量%以下。
[9]一種包含半導體封裝的電子零件之製造方法,其係具有下列步驟:獲得半導體封裝的步驟(i),該半導體封裝係具備經由熱界面材料(TIM)將晶粒與蓋體貼合的接合體,及將焊料球接合至前述半導體封裝之背面以獲得電子零件的步驟(ii);其中,前述TIM為銦與銀之合金製的片;前述步驟(i)包含加熱操作(1),該加熱操作(1)係將[1]至[8]中任一項所述之助焊劑置於前述TIM與前述晶粒之間或前述TIM與前述蓋體之間的至少一者,並藉由回焊方式使前述晶粒與前述蓋體貼合;前述步驟(ii)包含加熱操作(2),該加熱操作(2)係藉由回焊方式將前述焊料球與前述半導體封裝接合。
[10]如[9]所述之電子零件的製造方法,其中,前述加熱操作(1)之溫度條件為150至250℃,前述加熱操作(2)之溫度條件為200至280℃。
依據本發明,可提供一種助焊劑,係可在使用銦合金片於溫度條件相異下進行連續回焊之際抑制空隙的產生。
10:蓋體
11:金屬化層
11a:貼合面
12:散熱器
20:熱界面材料(TIM)
20a,20b:貼合面、面
40:基板
41:晶粒
42:金屬化層
42a:貼合面、表面
43:接著用樹脂
50:助焊劑
60:積層體
60’:半導體封裝
60a:背面
70:焊料球
100:電子零件
圖1係表示電子零件的製造方法之一實施型態中,蓋體、TIM及晶粒的剖面圖。
圖2係表示電子零件的製造方法之一實施型態中,將助焊劑塗佈於TIM及晶粒之步驟的剖面圖。
圖3係表示電子零件的製造方法之一實施型態中,助焊劑之塗佈後,使用TIM將蓋體固定於基板而獲得接合體的剖面圖。
圖4係表示電子零件的製造方法之一實施型態中,將焊料球接合至半導體封裝的背面而獲得電子零件的剖面圖。
(助焊劑)
本實施型態之助焊劑含有松香酯、有機酸(A)、及溶劑(S)。
有機酸(A)包含在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為質量%以下的二聚物酸(A1)。
溶劑(S)包含在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率為99質量%以上的溶劑(S1)。
本實施型態之助焊劑較佳為使用於為了銦合金片之實裝及焊料球之接合而進行連續的回焊之用途中。
1次回焊中在銦的熔點附近的低溫(例如170℃)條件下進行回焊,並實裝銦合金片。接著,2次回焊中,藉由在焊接合金的熔點附近的高溫(例如250℃)條件下進行回焊,將焊料球接合至基板。
依據本實施型態之助焊劑,1次回焊中溶劑(S1)揮發。其結果,銦合金片熔融之際,不會產生源自溶劑(S1)的空隙。
再者,本實施型態之助焊劑,即使在2次回焊的高溫下,松香酯及二聚物酸(A1)亦難以揮發,因此能夠抑制空隙的產生。
<松香酯>
松香酯係使天然樹脂或天然樹脂經化學修飾者(松香衍生物)與醇反應而獲得的酯樹脂。松香酯除了羧基以外,亦可具有羥基。
前述醇可列舉例如:甘油、新戊四醇等。
可成為松香酯原料的前述「天然樹脂」可列舉例如:松香(gum rosin)、木松香及松油松香等。
本說明書中所謂「天然樹脂」係包含以松香酸作為主成分之松香酸及其異構物的混合物。天然樹脂中的松香酸及松香酸的異構物之總含量,就一例而言,相對於天然樹脂,為40質量%以上80質量%以下。本說明書中所謂「主成分」意指構成化合物的成分中,其化合物中之含量為40質量%以上的成分。
松香酸異構物之代表可列舉:新松香酸、副松香酸、左旋海松酸(levopimaric acid)等。將松香酸之結構示於下。
本發明中,可成為松香酯原料的「天然樹脂經化學修飾者(松香衍生物)」意指包含對於前述「天然樹脂」實施選自由氫化、脫氫化、中和、環氧烷加成、醯胺化、二聚化、多聚化、及Diels-Alder環加成所構成之群組中之1個以上的處理者。
松香衍生物可列舉例如:精製松香、改質松香等。
改質松香可列舉例如:氫化松香、聚合松香、聚合氫化松香、不對稱松香、酸改質松香、酸改質氫化松香、酸酐改質氫化松香、酸改質不對稱松香、酸酐改質不對稱松香、苯酚改質松香及α,β不飽和羧酸改質物(丙烯酸改質松香、順丁烯二酸改質松香、反丁烯二酸改質松香等),以及該聚合松香之精製物、氫化物及不對稱物,以及該α,β不飽和羧酸改質物之精製物、氫化物及不對稱物、松香醇、松香胺、氫化松香醇、松香皂、氫化松香皂、酸改質松香皂等。
松香之中,松香酯係耐熱性高且重量減少率低,因而較佳。
作為松香酯原料的松香,較佳為氫化松香。作為松香酯原料的醇較佳為甘油。松香酯較佳為使氫化松香與甘油反應而成者。
松香酯在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率較佳為15質量%以下,更佳為10質量%以下,又更佳為8質量%以下,特佳為7.5質量%以下。松香酯的重量減少率越低值越佳。松香酯的重量減少率之下限值只要能夠發揮本發明之效果則無特別限定,例如,可為0.1質量%,亦可為測定上0質量%。
松香酯的重量減少率藉由在上述上限值以下,在使用銦合金片連續地進行回焊之際,變得易於抑制空隙的產生。
松香酯的酸價較佳為0.01mgKOH/g以上50mgKOH/g以下,更佳為0.1mgKOH/g以上30mgKOH/g以下,又更佳為0.5mgKOH/g以上20mgKOH/g以下,特佳為2mgKOH/g以上10mgKOH/g以下。
松香酯的酸價藉由在上述範圍內的下限值以上,變得易於提高助焊劑的活性。松香酯的酸價藉由在上述範圍內的上限值以下,變得易於提高焊接熔融性及潤濕性。
酸價意指中和測定對象之樣品1g所具有的羧基所需的氫氧化鉀的毫克數。松香酯的酸價係例如可依據JIS K 0070「化學製品的酸價、皂化價、酯價、碘價、羥基價及不皂化物之試驗方法」的3.1中和滴定方法而測定。
藉由此方法測定的酸價係助焊劑所含有的所有種類之松香酯的酸價之加權平均值。
松香酯的軟化點較佳為85℃以上110℃以下,更佳為90℃以上105℃以下,又更佳為90℃以上100℃以下。
松香酯的軟化點藉由在上述範圍內的下限值以上,變得易於提高松香酯的耐熱性。松香酯的軟化點藉由在上述範圍內的上限值以下,變得易於提高焊接熔融時助焊劑的流動性。
松香酯的軟化點可藉由環球法測定。環球法係列舉例如:JIS K 5902記載的方法。
松香酯可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
相對於助焊劑的總質量(100質量%),前述助焊劑中之松香酯的含量較佳為10質量%以上70質量%以下,更佳為15質量%以上60質量%以下。
<有機酸(A)>
本實施型態之助焊劑中含有的有機酸(A)係含有二聚物酸(A1)。本實施型態之助焊劑中含有的有機酸(A),除了二聚物酸(A1)以外,亦可含有其他有機酸。
≪二聚物酸(A1)≫
二聚物酸(A1)係在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為1質量%以下,較佳為0.8質量%以下,更佳為0.6質量%以下,又更佳為0.4質量%以下,特佳為0.3質量%以下,最佳為0.2質量%以下。
二聚物酸(A1)的重量減少率越低值越佳。二聚物酸(A1)之重量減少率的下限值,只要能夠發揮本發明之效果則無特別限定,例如,可為0.01質量%,亦可為測定上0質量%。
二聚物酸(A1)係以藉由不飽和脂肪酸的二聚化而獲得的二元酸作為主成分。二聚物酸(A1)包含藉由不飽和脂肪酸的二聚化而獲得的二元酸經氫添加而得的氫化二聚物酸。
作為二聚物酸(A1)之原料的不飽和脂肪酸,其碳數較佳為18。作為二聚物酸(A1)之主成分的二元酸,其碳數較佳為36,更佳為選自由鍵結有碳數18之不飽和脂肪酸的二聚體所構成之群組中的至少一種。
作為二聚物酸(A1)之原料的不飽和脂肪酸可列舉例如:油酸、亞麻油酸、牛油酸(Vaccenic acid)、反油酸(elaidic acid)、蘇子油酸(Linolenic acid)、丙烯酸、甲基丙烯酸。
作為二聚物酸(A1)之原料的不飽和脂肪酸較佳為選自由油酸、亞麻油酸、牛油酸及反油酸所構成之群組中的一種以上,更佳為選自由油酸及亞麻油酸所構成之群組中的一種以上。
二聚物酸(A1)可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
二聚物酸(A1)可具有不飽和烴基、脂環式烴基、芳香族烴基等。二聚物酸(A1)的不飽和度可為以下所示之值。於此,在將二聚物酸(A1)之分子內的碳原子數設為m,將氫原子數設為n之情況下,二聚物酸(A1)的不飽和度係由{(2m+2)-n}/2表示的值。作為二聚物酸(A1)之主成分的二元酸具有2個羧基。此二元酸的不飽和度為2以上。
二聚物酸(A1)之不飽和度較佳為2以上20以下,更佳為2以上15以下,又更佳為2以上10以下,特佳為2以上8以下。
在二聚物酸(A1)含有2種以上不飽和度相異的二聚物酸之情況下,將此等之不飽和度經加權平均的不飽和度較佳為2以上10以下,更佳為2以
上8以下,又更佳2以上6以下,特佳為2.5以上4.5以下,最佳為3以上4以下。
二聚物酸(A1)可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
相對於助焊劑的總質量(100質量%),二聚物酸(A1)的含量較佳為5質量%以上70質量%以下,更佳為10質量%以上60質量%以下,又更佳為15質量%以上60質量%以下。
二聚物酸(A1)的含量藉由在前述範圍內,可在使用銦合金片進行連續的回焊之際抑制空隙的產生。再者,二聚物酸(A1)的含量在前述範圍內的下限值以上時,變得易於提高對銦合金片的潤濕性。
相對於二聚物酸(A1)的總質量(100質量%),碳數36之二聚物酸的總含量較佳為70質量%以上100質量%以下,更佳為80質量%以上100質量%以下,又更佳為90質量%以上100質量%以下,特佳為95質量%以上100質量%以下,最佳為98質量%以上100質量%以下,亦可為測定上100質量%。
二聚物酸(A1)包含複數種二聚物酸之情況,可使用液相層析術-傅立葉轉換質譜儀分析各二聚物酸。所作成的離子層析圖中,源自碳數36之各二聚物酸的峰面積相對於源自二聚物酸(A1)所含有的所有分子的峰總面積(100%)之比率,較佳為下述範圍內。
源自不飽和度2之二聚物酸的峰面積較佳為5%以上50%以下,更佳為15%以上40%以下,又更佳為20%以上30%以下。
不飽和度3之二聚物酸的峰面積之比率較佳為10%以上70%以下,更佳為20%以上60%以下,又更佳為30%以上50%以下。
不飽和度4之二聚物酸的峰面積之比率較佳為2%以上30%以下,更佳為3%以上20%以下,又更佳為5%以上15%以下。
不飽和度5之二聚物酸的峰面積之比率較佳為0.1%以上15%以下,更佳為0.5%以上10%以下,又更佳為1%以上5%以下。
不飽和度6之二聚物酸的峰面積之比率較佳為1%以上30%以下,更佳為2%以上20%以下,又更佳為3%以上15%以下。
不飽和度7之二聚物酸的峰面積之比率較佳為2%以上30%以下,更佳為3%以上20%以下,又更佳為5%以上15%以下。
不飽和度8之二聚物酸的峰面積之比率較佳為0.1%以上15%以下,更佳為0.5%以上10%以下,又更佳為1%以上5%以下。
或者是,二聚物酸(A1)包含複數種碳數36之二聚物酸的情況,相對於二聚物酸(A1)的總質量(100質量%),碳數36之二聚物酸的含量較佳為下述範圍內。
不飽和度2之二聚物酸的含量較佳為5質量%以上50質量%以下,更佳為15質量%以上40質量%以下,又更佳為20質量%以上30質量%以下。
不飽和度3之二聚物酸的含量較佳為10質量%以上70質量%以下,更佳為20質量%以上60質量%以下,又更佳為30質量%以上50質量%以下。
不飽和度4之二聚物酸的含量較佳為2質量%以上30質量%以下,更佳為3質量%以上20質量%以下,又更佳為5質量%以上15質量%以下。
不飽和度5之二聚物酸的含量較佳為0.1質量%以上15質量%以下,更佳為0.5質量%以上10質量%以下,又更佳為1質量%以上5質量%以下。
不飽和度6之二聚物酸的含量較佳為1質量%以上30質量%以下,更佳為2質量%以上20質量%以下,又更佳為3質量%以上15質量%以下。
不飽和度7之二聚物酸的含量較佳為2質量%以上30質量%以下,更佳為3質量%以上20質量%以下,又更佳為5質量%以上15質量%以下。
不飽和度8之二聚物酸的含量較佳為0.1質量%以上15質量%以下,更佳為0.5質量%以上10質量%以下,又更佳為1質量%以上5質量%以下。
≪其他有機酸≫
其他有機酸可列舉例如:羧酸、有機磺酸等。羧酸可列舉例如:脂肪族羧酸、芳香族羧酸等。脂肪族羧酸可列舉脂肪族單羧酸、脂肪族二羧酸等。
脂肪族單羧酸可列舉例如:己酸、庚酸、辛酸、壬酸、異辛酸、癸酸、己油酸、月桂酸(十二酸)、十一酸、烏藥酸(Linderic acid)、十三酸、肉荳蔻油酸、十五酸、棕櫚酸、異棕櫚酸、棕櫚油酸、玻尿酸、氫果酸(hydnocarpic acid)、十七酸、異硬脂酸、反油酸、芹子酸、摩洛哥酸、桐酸、塔日酸(tariric acid)、牛油酸、蓖麻油酸、斑鳩菊油酸、蘋婆酸(Sterculic acid)、十九酸、二十酸、硬脂酸、12-羥基硬脂酸、油酸、亞麻油酸、蘇子油酸、十四酸等。
脂肪族二羧酸可列舉例如:草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、二十烷二酸、酒石酸、
2,4-二乙基戊二酸、二乙醇酸、2-甲基壬二酸、4-(甲氧基羰基)-2,4-二甲基十一烷二酸、4,6-雙(甲氧基羰基)-2,4,6-三甲基十三烷二酸及8,9-雙(甲氧基羰基)-8,9-二甲基十六烷二酸等。
芳香族羧酸可列舉例如:水楊酸、二丁基苯胺二乙醇酸、對苯二甲酸、對羥基苯乙酸、苯基琥珀酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、2,3-二羥基苯甲酸、2-喹啉甲酸、3-羥基苯甲酸、對茴香酸(p-anisic acid)、吡啶羧酸(picolinic acid)、二吡啶羧酸、3-羥基吡啶羧酸等。
再者,羧酸可列舉:參(2-羧基乙基)異氰脲酸、1,3-環己烷二羧酸等。
再者,其他有機酸可舉出羥基羧酸。羥基羧酸可列舉例如:2,2-雙(羥基甲基)丙酸、2,2-雙(羥基甲基)丁酸、檸檬酸、異檸檬酸、蘋果酸、酒石酸等,較佳為2,2-雙(羥基甲基)丙酸。
再者,羧酸可列舉其他二聚物酸(惟,排除二聚物酸(A1))。其他二聚物酸(惟,排除二聚物酸(A1))包含氫化二聚物酸(惟,排除二聚物酸(A1))。其他二聚物酸在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為超過1質量%。其他二聚物酸的原料可列舉上述二聚物酸(A1)者。
再者,羧酸可舉出三聚酸。三聚酸係以藉由不飽和脂肪酸之三聚化而獲得的三元酸作為主成分。三聚酸包含氫化三聚酸。三聚酸的原料可列舉上述二聚物酸(A1)者。
有機磺酸可列舉例如:脂肪族磺酸、芳香族磺酸等。脂肪族磺酸可列舉例如:烷磺酸、烷醇磺酸等。
其他有機酸可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
其他有機酸較佳為羧酸,更佳為選自由脂肪族單羧酸及脂肪族二羧酸所構成之群組中的一種以上。
前述助焊劑含有其他有機酸之情況,相對於助焊劑的總質量,其他有機酸的含量較佳為超過0質量%且10質量%以下,更佳為超過0質量%且5質量%以下,又更佳為超過0質量%且1.5質量%以下,特佳為超過0質量%且1質量%以下。
其他有機酸之含量藉由在上述範圍內的上限值以下,在使用銦合金片進行連續的回焊之際,變得易於抑制空隙的產生。
相對於前述有機酸(A)的總質量,二聚物酸(A1)的含量較佳為75質量%以上,更佳為75質量%以上100質量%以下,又更佳為85質量%以上100質量%以下,特佳為90質量%以上100質量%以下。
二聚物酸(A1)之含量藉由在上述範圍內的下限值以上,在使用銦合金片進行連續回焊之際,變得易於抑制空隙的產生。
<溶劑(S)>
本實施型態之助焊劑中含有的溶劑(S)包含溶劑(S1)。溶劑(S),除了溶劑(S1)以外,亦可包含溶劑(S2)。
≪溶劑(S1)≫
溶劑(S1)在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率為99質量%以上。
溶劑(S1)之重量減少率的上限值,只要能夠發揮本發明之效果則無特別限定,例如,可為100質量%。
溶劑(S1)可列舉例如:乙酸3-甲氧基丁酯、2-甲基-2,4-戊二醇(己二醇)、2-丙醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、2,3-二甲基-2,3-丁二醇、2-甲基戊烷-2,4-二醇、1-乙炔基-1-環己醇、1,4-環己烷二醇、乙二醇單丁醚(丁二醇)等,較佳為選自由乙酸3-甲氧基丁酯及2-甲基-2,4-戊二醇(己二醇)所構成之群組中的一種以上。
溶劑(S1)之沸點較佳為200℃以下,更佳為150℃以上200℃以下,又更佳為170℃以上200℃以下。
本說明書中,沸點意指對象液體的飽和蒸氣壓等於1大氣壓(亦即,1013hPa)時其液體的溫度。
溶劑(S1)可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
相對於助焊劑之總質量(100質量%),溶劑(S1)之總含量較佳為10質量%以上90質量%以下,更佳為15質量%以上85質量%以下,又更佳為20質量%以上75質量%以下。
≪溶劑(S2)≫
溶劑(S2)在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率未達99質量%。
溶劑(S2)之重量減少率的下限值,只要能夠發揮本發明之效果則無特別限定,例如,可為10質量%。
溶劑(S2)之沸點較佳為超過200℃且350℃以下,更佳為250℃以上350℃以下,又更佳為250℃以上330℃以下。
溶劑(S2)可列舉例如:醇系溶劑、乙二醇醚系溶劑、松脂醇類等。
醇系溶劑可列舉:1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、異莰基環己醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、1,1,1-參(羥基甲基)己烷、2-乙基-2-羥基甲基-1,3-丙二醇、2,2'-氧基雙(亞甲基)雙(2-乙基-1,3-丙二醇)、2,2-雙(羥基甲基)-1,3-丙二醇、1,2,6-三羥基己烷、1,4-環己烷二甲醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2-己基-1-癸醇辛二醇等。
乙二醇醚系溶劑可列舉:二乙二醇單-2-乙基己醚、乙二醇單苯醚、乙二醇單己醚(己基乙二醇)、二乙二醇單己醚(己基二甘醇)、二乙二醇二丁醚、三乙二醇單丁醚、甲基丙三甘醇、三乙二醇丁基甲醚、四乙二醇、四乙二醇二甲醚、三丙二醇正丁醚等。
松脂醇類可列舉:α-松脂醇、β-松脂醇、γ-松脂醇、松脂醇混合物(亦即,其主成分為α-松脂醇,且含有β-松脂醇或γ-松脂醇的混合物)等。
再者,溶劑可列舉例如:癸二酸二辛酯(DOS)、流動石蠟等。
溶劑(S2)可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
相對於助焊劑的總質量(100質量%),溶劑(S)之總含量較佳為10質量%以上90質量%以下,更佳為20質量%以上75質量%以下。
相對於前述溶劑(S)的總質量,溶劑(S1)之含量較佳為70質量%以上,更佳為70質量%以上100質量%以下,又更佳為80質量%以上100質量%以下,特佳為85質量%以上100質量%以下,最佳為90質量%以上100質量%以下。
溶劑(S1)之含量藉由在上述範圍內的下限值以上,則在使用銦合金片進行連續的回焊之際,變得易於抑制空隙的產生。
<其他成分>
本實施型態中之助焊劑,除了松香酯、有機酸(A)及溶劑(S)以外,因應需要可包含其他成分。其他成分可列舉松香酯以外的其他松香酯、有機酸(A)以外的其他活性劑、觸變減黏劑、金屬減活化劑(metal deactivator)、界面活性劑、矽烷偶合劑、抗氧化劑、著色劑等。
≪其他松香酯≫
其他松香酯可列舉上述天然樹脂、及此天然樹脂經化學修飾而獲得的松香衍生物(惟,排除松香酯)。
本說明書中,所謂「天然樹脂經化學修飾而獲得的松香衍生物(惟,排除松香酯)」係包含對前述「天然樹脂」實施選自由氫化、脫氫化、中和、環氧烷加成、醯胺化、二聚化及多聚化,以及Diels-Alder環加成所構成之群組中的1種以上的處理者。
松香衍生物可列舉例如:精製松香、改質松香等。
改質松香可列舉例如:氫化松香、聚合松香、聚合氫化松香、不對稱松香、酸改質松香、酸改質氫化松香、酸酐改質氫化松香、酸改質不對稱松香、酸酐改質不對稱松香、苯酚改質松香及α,β不飽和羧酸改質物(丙烯酸改質松香、順丁烯二酸改質松香、反丁烯二酸改質松香等)、以及該聚合松香的精製物、氫化物及不對稱物,以及該α,β不飽和羧酸改質物的精製物、氫化物及不對稱物、松香醇、松香胺、氫化松香醇、松香皂、氫化松香皂、酸改質松香皂等。
松香胺係例如:脫氫二乙胺、二氫二乙胺及四氫二乙胺的混合物,也就是所謂的不對稱松香胺。脫氫二乙胺、二氫二乙胺及四氫二乙胺之各結構示於下。
其他松香酯可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
相對於松香的總質量(100質量%),松香酯之含量較佳為70質量%以上100質量%以下,更佳為80質量%以上100質量%以下,又更佳為90質量%以上100質量%以下,特佳為95質量%以上100質量%以下,亦可為100質量%。
松香酯之含量藉由在上述範圍內的下限值以下,在使用銦合金片進行連續的回焊之際,變得易於抑制空隙的產生。
≪其他活性劑≫
其他活性劑可列舉例如:胺、鹵素化合物、有機磷化合物等。
[胺]
胺可列舉例如:唑類、胍類、烷醇胺、烷基胺化合物、胺聚氧化烯加成物等。
唑類可列舉例如:2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-十一基咪唑、2-十七基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-十一基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一基咪唑鎓偏苯三酸酯、1-氰基乙基-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸酯、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三、2,4-二胺基-6-[2’-十一基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三、2,4-二胺基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三異三聚氰酸加成物、2-苯基咪唑異三聚氰酸加成物、2-苯基-4,5-二羥基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥基甲基咪唑、2,3-二氫-1H-吡咯并[1,2-a]苯并咪唑、1-十二基-2-甲基-3-苄基咪唑鎓氯化物、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2,4-二胺基-6-乙烯基-s-三、2,4-二胺基-6-乙烯基-s-三異三聚氰酸加成物、2,4-二胺基-6-甲基丙烯醯基氧基乙基-s-三、環氧-咪唑加成物、2-甲基苯并咪唑、2-辛基苯并咪唑、2-戊基苯并咪唑、2-(1-乙基戊基)苯并咪唑、2-壬基苯并咪唑、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、苯并咪唑、1,2,4-三唑、2-(2’-羥基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羥基-3’-第三丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羥基-3’,5’-二-第三戊基苯基)苯并三唑、2-(2’-羥基-5’-第三辛基苯基)苯并三唑、2,2’-亞甲基雙[6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-第三辛基苯酚]、6-(2-苯并三唑基)-4-第三辛基-6’-第三丁基-4’-甲基-2,2’-亞甲基雙酚、1,2,3-苯并三唑、1-[N,N-雙(2-乙基己基)胺基甲基]苯并三唑、羧基苯并三唑、1-[N,N-雙(2-乙基己基)胺基甲基]甲基苯并三唑、2,2’-[[(甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基]雙乙醇、1-(1’,2’-二羧基乙基)苯并三
唑、1-(2,3-二羧基丙基)苯并三唑、1-[(2-乙基己基胺基)甲基]苯并三唑、2,6-雙[(1H-苯并三唑-1-基)甲基]-4-甲基苯酚、5-甲基苯并三唑、5-苯基四唑等。
胍類可列舉例如:1,3-二苯基胍、1,3-二鄰甲苯基胍、1-鄰甲苯基雙胍、1,3-二鄰異丙苯基胍、1,3-二鄰枯烯基-2-丙醯胍等。
烷醇胺可列舉例如:N,N,N’,N’-肆(2-羥基丙基)乙二胺、N,N,N’,N’-肆(2-羥基乙基)乙二胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、1-胺基-2-丙醇、雙(2-羥基丙基)胺、參(2-羥基丙基)胺等。
烷基胺化合物可列舉例如:乙胺、三乙胺、乙二胺、三亞乙基四胺、環己胺、十六胺、硬脂胺等。
胺聚氧化烯加成物可列舉例如:末端二胺聚亞烷基二醇、脂肪族胺聚氧化烯加成物、芳香族胺聚氧化烯加成物、多價胺聚氧化烯加成物等。
加成至胺聚氧化烯加成物的環氧烷可列舉例如:環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷等。
末端二胺聚亞烷基二醇係聚亞烷基二醇之兩末端經胺基化的化合物。
末端二胺聚亞烷基二醇可列舉例如:末端二胺聚乙二醇、末端二胺聚丙二醇、末端二胺聚乙二醇-聚丙二醇共聚物等。
末端二胺聚乙二醇-聚丙二醇共聚物可列舉例如:聚乙二醇-聚丙二醇共聚合物雙(2-胺基丙基)醚、聚乙二醇-聚丙二醇共聚合物雙(2-胺基乙基)醚。
脂肪族胺聚氧化烯加成物、芳香族胺聚氧化烯加成物、及多價胺聚氧化烯加成物,係聚氧化烯基鍵結至胺的氮原子而成者。前述胺可列舉例如:乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、六亞甲二胺、二亞乙三胺、月桂胺、硬脂胺、油胺、牛脂胺、氫化牛脂胺、牛脂丙二胺、間二甲苯二胺、甲苯二胺、對二甲苯二胺、苯二胺、異佛酮二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、4,4-二胺基二環己基甲烷、4,4-二胺基二苯基甲烷、丁烷-1,1,4,4-四胺、嘧啶-2,4,5,6-四胺等。
胺可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
胺較佳為唑類,更佳為2-苯基咪唑。
在前述助焊劑含有胺之情況,相對於助焊劑的總質量,前述胺之含量較佳為0.1質量%以上10質量%以下,更佳為0.1質量%以上5質量%以下。
前述助焊劑藉由含有胺,變得更易於提高助焊劑的潤濕性。前述胺之含量藉由在前述範圍的下限值以上,變得更易於提高助焊劑的潤濕性。前述胺之含量藉由在前述範圍的上限值以下,變得易於提高抑制空隙產生的能力。
[鹵素化合物]
鹵素化合物可列舉例如:胺鹵化氫酸鹽、胺鹵化氫酸鹽以外的有機鹵素化合物等。
胺鹵化氫酸鹽係使胺與鹵化氫反應而成的化合物。
於此之胺可列舉上述≪胺≫中所示者。
再者,作為胺鹵化氫酸鹽以外的鹵素化合物,亦可使用例如:使胺與四氟硼酸(HBF4)反應而成的鹽、使胺與三氟化硼(BF3)反應而成的錯合物。前述錯合物可列舉例如:三氟化硼哌啶等。
胺鹵化氫酸鹽以外的鹵素化合物可列舉例如:鹵化脂肪族化合物。鹵化脂肪族烴基意指構成脂肪族烴基之氫原子的一部分或全部經鹵素原子取代者。
鹵化脂肪族化合物係可列舉鹵化脂肪族醇、鹵化雜環式化合物。
鹵化脂肪族醇可列舉例如:1-溴-2-丙醇、3-溴-1-丙醇、3-溴-1,2-丙二醇、1-溴-2-丁醇、1,3-二溴-2-丙醇、2,3-二溴-1-丙醇、1,4-二溴-2-丁醇、反式-2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇等。
鹵化雜環式化合物可列舉例如:下述通式(h1)所示之化合物。
Rh11-(Rh12)n (h1)
[式中,Rh11表示n價之雜環式基。Rh12表示鹵化脂肪族烴基]
Rh11中,n價之雜環式基的雜環係列舉:構成脂肪族烴或芳香族烴環之碳原子一部分經雜原子取代的環結構。此雜環中之雜原子可列舉:氧原子、硫原子、氮原子等。此雜環較佳為3至10員環,更佳為5至7員環。此雜環可列舉例如:異氰脲酸酯環等。
Rh12中,鹵化脂肪族烴基較佳為碳數1至10,更佳為碳數2至6、又更佳為碳數3至5。再者,Rh12較佳為溴化脂肪族烴基、氯化脂肪族烴基,更佳為溴化脂肪族烴基,又更佳為溴化飽和脂肪族烴基。
鹵化雜環式化合物可列舉例如:參-(2,3-二溴丙基)異氰脲酸酯等。
再者,胺鹵化氫酸鹽以外的鹵素化合物可列舉例如:2-碘苯甲酸、3-碘苯甲酸、2-碘丙酸、5-碘水楊酸、5-碘鄰胺基苯甲酸等碘化羧基化合物;2-氯苯甲酸、3-氯丙酸等氯化羧基化合物;2,3-二溴丙酸、2,3-二溴琥珀酸、2-溴苯甲酸等溴化羧基化合物等鹵化羧基化合物。
再者,胺鹵化氫酸鹽以外的鹵素化合物可列舉例如:有機氯化合物。有機氯化合物可列舉例如:氯烷、氯化脂肪酸酯、氯橋酸、氯橋酸酐等。
鹵素化合物可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
≪有機磷化合物≫
有機磷化合物可列舉例如:酸性磷酸酯、酸性異亞磷酸酯、酸性次膦酸酯等。
有機磷化合物可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
≪觸變減黏劑≫
觸變減黏劑可列舉例如:酯系觸變減黏劑、醯胺系觸變減黏劑、山梨醇系觸變減黏劑等。
酯系觸變減黏劑可列舉例如酯化合物,具體可列舉:氫化蓖麻油、肉荳蔻酸乙酯等。
醯胺系觸變減黏劑可列舉例如:單醯胺、雙醯胺、聚醯胺。
單醯胺可列舉例如:月桂酸醯胺、棕櫚酸醯胺、硬脂酸醯胺、山萮酸醯胺、羥基硬脂酸醯胺、飽和脂肪酸醯胺、油酸醯胺、芥酸醯胺、不飽和脂肪酸醯胺、4-甲基苯并醯胺(對甲苯醯胺)、對甲苯甲醯胺、芳香族醯胺、
六亞甲基羥基硬脂酸醯胺、取代醯胺、羥甲基硬脂酸醯胺、羥甲基醯胺、脂肪酸酯醯胺等。
雙醯胺可列舉例如:伸乙基雙脂肪酸(脂肪酸之碳數C6至24)醯胺、伸乙基雙羥基脂肪酸(脂肪酸之碳數C6至24)醯胺、六亞甲基雙脂肪酸(脂肪酸之碳數C6至24)醯胺、六亞甲基雙羥基脂肪酸(脂肪酸之碳數C6至24)醯胺、芳香族雙醯胺等。作為前述雙醯胺之原料的脂肪酸可列舉例如:硬脂酸(碳數C18)、油酸(碳數C18)、月桂酸(碳數C12)等。
聚醯胺可列舉例如:飽和脂肪酸聚醯胺、不飽和脂肪酸聚醯胺、芳香族聚醯胺、1,2,3-己烷三羧酸參(2-甲基環己基醯胺)、環狀醯胺寡聚物、非環狀醯胺寡聚物等聚醯胺。
前述環狀醯胺寡聚物可列舉:二羧酸與二胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、三羧酸與二胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、二羧酸與三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、三羧酸與三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、二羧酸及三羧酸與二胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、二羧酸及三羧酸與三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、二羧酸與二胺及三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、三羧酸與二胺及三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物、二羧酸及三羧酸與二胺及三胺以環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物等。
再者,前述非環狀醯胺寡聚物為單羧酸與二胺及/或三胺以非環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物之情況,係可舉出二羧酸及/或三羧酸與單胺以非環狀方式聚縮合而成的醯胺寡聚物之情況等。若為包含單羧酸或單胺之醯胺寡聚物,則單羧酸、單胺作為末端分子(terminal molecules)發
揮功能,成為分子量減小之非環狀醯胺寡聚物。再者,非環狀醯胺寡聚物為二羧酸及/或三羧酸與二胺及/或三胺以非環狀方式聚縮合而成的醯胺化合物之情況,成為非環狀高分子系醯胺聚合物。更且,非環狀醯胺寡聚物亦包含單羧酸與單胺以非環狀方式縮合成的醯胺寡聚物。
山梨醇系觸變減黏劑可列舉例如:二亞苄基-D-山梨醇、雙(4-甲基亞苄基)-D-山梨醇、(D-)山梨醇、單亞苄基(-D-)山梨醇、單(4-甲基亞苄基)-(D-)山梨醇等。
本實施型態之助焊劑可不含觸變減黏劑,亦可含有觸變減黏劑。本實施型態之助焊劑含有觸變減黏劑之情況,觸變減黏劑可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
≪金屬減活化劑≫
金屬減活化劑可列舉例如:受阻酚系化合物、氮化合物等。
於此,所謂的「金屬減活化劑」意指具有防止由於與某種化合物接觸而導致金屬劣化之能力的化合物。
受阻酚系化合物意指在苯酚之至少1個鄰位具有大體積取代基(例如,第三丁基等分支狀或環狀烷基)的苯酚系化合物。
受阻酚系化合物並無特別限定可列舉例如:雙[3-(3-第三丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙酸][伸乙基雙(氧基伸乙基)]、N,N’-六亞甲基雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)己烷醯胺]、1,6-己二醇雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、2,2’-二羥基-3,3’-雙(α-甲基環己基)-5,5’-二甲基二苯基甲烷、2,2’-亞甲基雙(6-第三丁基-對甲酚)、2,2’-亞甲基雙(6-第三丁基-4-乙基苯酚)、三乙二醇-雙[3-(3-第三丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1,6-己二
醇-雙-[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、2,4-雙-(正辛硫基)-6-(4-羥基-3,5-二-第三丁基苯胺基)-1,3,5-三、新戊四醇-肆[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、2,2-硫基-二伸乙基雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、十八基-3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、N,N’-六亞甲基雙(3,5-二-第三丁基-4-羥基-氫化肉桂醯胺)、3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基膦酸酯-二乙基酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-參(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)苯、N,N’-雙[2-[2-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)乙基羰氧基]乙基]草醯胺、下述化學式表示的化合物等。
(式中,Z為可經取代的伸烷基。R81及R82分別獨立地為可經取代的烷基、芳烷基、芳基、雜芳基、環烷基或雜環烷基。R83及R84分別獨立地為可經取代的烷基)
金屬減活化劑中之氮化合物可列舉例如:醯肼系氮化合物、醯胺系氮化合物、三唑系氮化合物、三聚氰胺系氮化合物等。
醯肼系氮化合物只要是具有醯肼骨架之氮化合物即可,可列舉:十二烷二酸雙[N2-(2羥基苯甲醯基)醯肼]、N,N’-雙[3-(3,5-二(第三丁基)-4-羥基苯基)丙醯基]肼、癸二羧酸二柳醯基醯肼、N-亞柳基-N’-柳基醯肼、間硝基苯甲醯肼、3-胺基鄰苯二甲醯肼、鄰苯二甲二醯肼、己二醯肼、
草醯基雙(2-羥基-5-辛基苯亞甲基醯肼)、N’-苯甲醯基吡咯啶酮羧醯肼、N,N’-雙(3-(3,5-二(第三丁基)-4-羥基苯基)丙醯基)肼等。
醯胺系氮化合物只要是具有醯胺骨架之氮化合物即可,可列舉:N,N’-雙{2-[3-(3,5-二(第三丁基)-4-羥基苯基)丙醯基氧基]乙基}草醯胺等。
三唑系氮化合物只要是具有三唑骨架之氮化合物即可,可列舉:N-(2H-1,2,4-三唑-5-基)柳醯胺、3-胺基-1,2,4-三唑、3-(N-柳醯基)胺基-1,2,4-三唑等。
三聚氰胺系氮化合物只要是具有三聚氰胺骨架之氮化合物即可,可列舉:三聚氰胺、三聚氰胺衍生物等。更具體可列舉例如:參胺基三、烷基化參胺基三、烷氧基烷基化參胺基三、三聚氰胺、烷基化三聚氰胺、烷氧基烷基化三聚氰胺、N2-丁基三聚氰胺、N2,N2-二乙基三聚氰胺、N,N,N’,N’,N”,N”-六(甲氧基甲基)三聚氰胺等。
金屬減活化劑可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
≪界面活性劑≫
界面活性劑可列舉例如:非離子界面活性劑等。
非離子界面活性劑可列舉例如:聚氧化烯加成物。
源自聚氧化烯加成物的環氧烷可列舉例如:環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷等。
聚氧化烯加成物可列舉例如:聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇共聚物、環氧乙烷-間苯二酚共聚物、聚氧化烯乙炔二醇類、聚氧化烯甘油基醚、聚氧化烯烷基醚、聚氧化烯酯、聚氧化烯烷基醯胺等。
或者是,非離子界面活性劑可列舉:醇的聚氧化烯加成物。前述醇可列舉例如:脂肪族醇、芳香族醇、多元醇。
界面活性劑可單獨使用一種,亦可混合兩種以上使用。
≪抗氧化劑≫
抗氧化劑可列舉例如:2,2’-二羥基-3,3’-雙(α-甲基環己基)-5,5’-二甲基二苯基甲烷等受阻酚系抗氧化劑等。於此,所謂「抗氧化劑」意指具有抑制焊接合金氧化的能力之化合物。
抗氧化劑可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
依據上述說明的實施型態之助焊劑適合使用於為了銦合金片之實裝及焊料球之接合的連續回焊中。
在1次回焊中,藉由在接近銦的熔點之低溫(例如170℃)條件下進行回焊,將散熱器與晶粒以銦合金片接合,而獲得半導體封裝。接著,在2次回焊中,藉由在接近焊接合金的熔點之高溫(例如250℃)條件下進行回焊,將焊料球接合至半導體封裝的背面。
以往之助焊劑在1次回焊中,不會在銦片表面潤濕擴散,而在接合面積聚,導致容易在銦合金片接合面產生大量的空隙。本實施型態之助焊劑含有即使在低溫亦可容易揮發的溶劑(S1)。在低溫條件下的1次回焊中,溶劑(S1)揮發。其結果,銦合金片熔融之際,不會產生源自溶劑(S1)的空隙。
由於2次回焊為高溫,活性劑等容易氣化而形成空隙。本實施型態之助焊劑中,松香酯及二聚物酸(A1)即使在高溫亦難以氣化。因此,能夠抑制在溫度條件相異下之1次及2次回焊中空隙的產生。
(接合體的製造方法)
本態樣之包含半導體封裝的電子零件的製造方法中,使用上述實施型態的助焊劑進行1次回焊,且經由熱界面材料(TIM)將晶粒與蓋體貼合,藉此獲得半導體封裝。接著,進行2次回焊並將焊料球固定於獲得的半導體封裝,藉此獲得電子零件的方法。
本態樣之製造方法包含下述步驟(i)及步驟(ii)。
步驟(i):
獲得半導體封裝的步驟,該半導體封裝係具備經由TIM將晶粒與蓋體貼合而成的接合體,
步驟(ii):
將焊料球接合於前述半導體封裝之背面以獲得電子零件的步驟
使用圖1至4說明本態樣之包含半導體封裝之電子零件的製造方法的較佳一實施型態。本實施型態之接合體的製造方法中,係如圖1所示,準備蓋體10、TIM 20、及搭載有晶粒41的基板40。
金屬化層42設置於晶粒41的表面。金屬化層42例如可為:Ni鍍層、Ni/Au鍍層等。金屬化層42可具有複數個相異組成之層。金屬化層42例如可藉由濺鍍等方法形成。
蓋體10係在與TIM 20對向之面設置金屬化層11。金屬化層11可列舉:與晶粒41所具有之金屬化層42相同者。蓋體10係在與TIM 20對向之面為相反側之面具備散熱器12。散熱器之材料可列舉例如:鋁、鐵、銅等金屬。
TIM 20係銦與銀之合金製的片。TIM 20之形狀為板狀。TIM 20之尺寸係與蓋體10之金屬化層11、及晶粒41之金屬化層42的尺寸相等,或小於此等。
作為前述合金製之片之原料的前述合金中,相對於合金的總量(100質量%),銦之含量較佳為75質量%以上99質量%以下,更佳為85質量%以上95質量%以下。
前述合金中,相對於合金的總量(100質量%),銀之含量較佳為1質量%以上25質量%以下,更佳為5質量%以上15質量%以下。
<步驟(i)>
步驟(i)中,獲得半導體封裝,該半導體封裝具備經由熱界面材料(TIM)將晶粒與蓋體貼合而成的接合體。
針對步驟(i),係例示具有助焊劑塗佈步驟、蓋體安裝步驟、加熱操作(1)的方法進行說明。
≪助焊劑塗佈步驟≫
助焊劑50較佳是使用上述實施型態之助焊劑50。參照圖2說明助焊劑塗佈步驟。圖2係表示塗佈有助焊劑50之TIM 20及晶粒41的剖面圖。助焊劑塗佈步驟中,助焊劑50被置於TIM 20與晶粒41之間、或TIM 20與蓋體10之間的至少一者。
助焊劑塗佈步驟中,將助焊劑50塗佈於晶粒41與TIM 20之貼合面(42a、20b)、或蓋體10與TIM 20之貼合面(11a、20a)。
助焊劑50係如下述般塗佈於貼合面。將助焊劑50塗佈於晶粒41之金屬化層42的表面42a。接著,將TIM 20載置於塗佈有助焊劑
50的晶粒41之金屬化層42上。將助焊劑50塗佈於積層在晶粒41的TIM 20之與晶粒41接觸之面20b為相反側之面20a上。
助焊劑50的塗佈裝置可列舉:噴射焊劑塗敷器、及發泡式焊劑塗敷器等。此等之中,就塗佈量之穩定性的觀點而言,較佳為噴射焊劑塗敷器。
≪蓋體安裝步驟≫
蓋體安裝步驟中,將助焊劑50塗佈於貼合面後,將蓋體10固定於積層有TIM 20及晶粒41的基板40。參照圖3說明蓋體安裝步驟。圖3係表示助焊劑50之塗佈後,藉由接著用樹脂43將蓋體10與基板40接著而成的積層體60的圖。
蓋體安裝步驟中,助焊劑50之塗佈後,在基板40之一面上塗佈接著用樹脂43。接著,藉由將蓋體10與積層有TIM 20及晶粒41的基板40進行熱壓著,從而使接著用樹脂43硬化。由此,蓋體10被固定於基板40。藉由蓋體安裝步驟,獲得藉由接著用樹脂43而將蓋體10與基板40接著而成的積層體60。
≪加熱操作(1)≫
在加熱操作(1)中,藉由回焊方式對積層體60進行加熱。藉由加熱操作(1),蓋體10及晶粒41經由TIM 20接合以獲得半導體封裝60’。
構成作為TIM之銦合金片的銦,其熔點為156℃,因此即使在較通常的回焊更低溫度亦能夠接合。回焊溫度較佳為150至250℃,更佳為150至200℃。
<步驟(ii)>
在步驟(ii)中,藉由加熱操作(2)將焊料球70接合至半導體封裝60’的背面60a而獲得電子零件100。參照圖4說明步驟(ii)。所謂前述半導體封裝60’之背面60a意指半導體封裝60’中,與固定有蓋體之面為相反側之面。
在步驟(ii)中,首先,將焊料球70載置在半導體封裝60’的背面60a。接著,對載置有焊料球70的半導體封裝60’進行加熱操作(2)。藉由加熱操作(2)使焊料球70熔融並使焊料球70與半導體封裝60’接合。
在加熱操作(2)中,藉由回焊方式對半導體封裝60’進行加熱。回焊溫度較佳為200℃以上280℃以下。
依據以上說明的實施型態之包含半導體封裝的電子零件的製造方法,即使在高溫下進行加熱操作(2)中,亦能夠減少片材之接合面(亦即,介存有助焊劑之面)中的空隙量。其結果,能夠高效率地散發從晶片(chip)產生的熱。
(其他實施型態)
如上述,本態樣之接合體的製造方法中,助焊劑50介於TIM 20與晶粒41之間、或TIM 20與蓋體10之間的至少一者。
在上述實施型態中,將助焊劑50塗佈於晶粒41中之與TIM20的貼合面42a、TIM 20中之與蓋體10的貼合面11a,惟塗佈助焊劑50的面不限於此。
例如,為了使助焊劑50介存於TIM 20與晶粒41之間,可將助焊劑50塗佈於TIM 20中之與晶粒41的貼合面20b,亦可將助焊劑50塗佈於蓋體10中之與TIM 20的貼合面11a。
[實施例]
以下藉由實施例說明本發明,惟本發明並非限定於下列實施例者。
<助焊劑的調製>
(實施例1至25、比較例1至4)
以表1至4所示之組成調配實施例及比較例的各助焊劑。所使用的原料成分示於下述。表1至4中之組成率係將助焊劑之全質量設為100質量%時的質量%,空欄意指0質量%。
使用松香酯、丙烯酸改質氫化松香、氫化松香作為松香。
松香酯:
使用使氫化松香與甘油反應而成者作為松香酯。
使用二聚物酸(A1)及其他有機酸作為有機酸。
二聚物酸(A1):氫化二聚物酸
使用於油酸與亞麻油酸之反應物部分晶氫化者作為氫化二聚物酸。氫化二聚物酸含有碳數36的二聚物酸、及碳數54的三聚酸。
碳數36的二聚物酸含有不飽和度相異的複數種二聚物酸。於此,二聚物酸的不飽和度係在將二聚物酸之分子內的碳原子數設為m,氫原子數設為n之情況下,以{(2m+2)-n}/2表示之值。
碳數36的二聚物酸係包含不飽和度2之二聚物酸、不飽和度3之二聚物酸、不飽和度4之二聚物酸、不飽和度5之二聚物酸、不飽和度6之二聚物酸、不飽和度7之二聚物酸、不飽和度8之二聚物酸者。
其他有機酸:己二酸、棕櫚酸、癸二酸、12-羥基硬脂酸
胺:2-苯基咪唑
使用溶劑(S1)及溶劑(S2)作為溶劑(S)。
溶劑(S1):乙酸3-甲氧基丁酯(沸點172℃)、己二醇(沸點197℃)
溶劑(S2):二乙二醇單己基醚(沸點260℃)
於此,沸點意指當對象液體之飽和蒸氣壓等於1大氣壓(亦即,1013hPa)時,其液體的溫度。
[重量減少率的測定]
松香酯、丙烯酸改質氫化松香、氫化松香、二聚物酸(A1)、其他有機酸、溶劑(S1)及溶劑(S2)之重量減少率係如下述般測定。
使用示差熱-熱重量同時測定裝置(Rigaku股份有限公司製,TG-DTA8122),將測定對象樣品10mg置入鋁盤,從室溫約25℃開始加熱至到達指定溫度為止,並以指定升溫速度升溫。然後,從加熱前之對象樣品的質量W0(100質量%)與剛到達指定溫度的質量W1,由以下計算式算出重量減少率。
重量減少率(%)=100×{W0-W1}/W0
松香酯、丙烯酸改質氫化松香、氫化松香、二聚物酸(A1)及其他有機酸的重量減少率,係將指定溫度及指定升溫速度分別設為260℃及10℃/min而測定之。括弧內的數值表示重量減少率。
松香:松香酯(7.1質量%)、丙烯酸改質氫化松香(11.9質量%)、氫化松香(25.6質量%)
有機酸:氫化二聚物酸(0.1質量%)、己二酸(99.5質量%)、棕櫚酸(97.0質量%)、癸二酸(52.9質量%)、12-羥基硬脂酸(11.9質量%)
測定溶劑(S1)及溶劑(S2)的重量減少率,係將指定溫度及指定升溫速度分別設為150℃及6℃/min而測定之。
溶劑(S1):乙酸3-甲氧基丁酯(99.0質量%)、己二醇(99.0質量%)
溶劑(S2):二乙二醇單己基醚(21.0質量%)
[氫化二聚物酸的分析]
準備溶解於2-丙醇的氫化二聚物酸5000ppm。使用液相層析術-傅立葉轉換質譜儀分析此溶液。
使用UltiMate 3000(Thermo Fisher公司製)作為液相層析術裝置。使用5mM甲酸銨水溶液及甲醇的混合液作為流動相進行梯度分析。使用Aquity UPLC BEH C18(1.7μm,2.1×100mm)作為管柱。管柱溫度設定於50℃,流速設定於0.35mL/min,注入量設為1μL。
使用orbitrap ID-X(Thermo Fisher公司製)作為傅立葉轉換質譜儀。分析條件設為電灑離子化法的負模式。m/z之測定範圍設為200至2000。
使用的氫化二聚物酸係經確認包含複數個分子。基於作成的離子層析圖,算出源自各分子之峰面積相對於源自所檢測的全部分子之峰總面積(100%)的比率。
氫化二聚物酸係含有複數種碳數36之二聚物酸及碳數54之三聚酸者。相對於源自全部分子的總面積(100%),源自複數種碳數36之二聚物酸的峰總面積為99%以上。
相對於源自全部分子的總面積(100%)之比率,碳數36之各二聚物酸的面積係如下述。
不飽和度2之二聚物酸(26.7%)、不飽和度3之二聚物酸(40.6%)、不飽和度4之二聚物酸(10.6%)、不飽和度5之二聚物酸(2.6%)、不飽和度6之二聚物酸(7.5%)、不飽和度7之二聚物酸(10.1%)、不飽和度8之二聚物酸(1.9%)。
相對於氫化二聚物酸之總量(100質量%),不飽和度相異之各二聚物酸的含量係推測大致與上述面積之比率一致。
[軟化點的測定]
松香的軟化點係藉由JIS K 5902記載的環球法測定。軟化點為80℃以下之松香係在水浴中測定。再者,軟化點超過80℃的松香係在甘油浴中測定。針對各松香進行2次測定。下述軟化點為2次測定值的平均值。
松香酯(軟化點95℃)、丙烯酸改質氫化松香(軟化點130℃)、氫化松香(軟化點72℃)
[酸價的測定]
松香酯的酸價係根據JISK0070「化學製品之酸價、皂化價、酯價、碘價、羥基價及不皂化物的試驗方法」之3.1中和滴定法進行測定。
將松香酯3g溶解於乙醇/二乙基醚(混合比1:1)。使用酚酞作為指示劑,以0.1mol/L KOH的乙醇溶液進行滴定。將溶液變成微紅色之點作為終點。
松香酯的酸價為6mgKOH/g。
根據下述<評估1>記載的評估方法進行≪空隙產生抑制能力的評估≫、≪潤濕性的評估≫。將此等之評估結果示於表1至4。
<評估1>
≪空隙產生抑制能力的評估≫
接合體的製造方法:
準備在表面設置有Au/Ni鍍層部(尺寸8mm×8mm)的蓋體、及在表面設置有Au/Ni鍍層部(尺寸8mm×8mm)的基板。
作為焊接片者,係準備由In 90質量%與Ag 10質量%之合金所構成的銦合金片(尺寸:7mm×7mm×400μm)。分別將各例的助焊劑2mg噴塗佈至銦合金片之表面及背面。
將厚度300μm的銅板作為隔片(spacer)載置於基板的Au/Ni鍍層部的周圍。接著,使用夾子將塗佈有助焊劑的銦合金片以挾持在蓋體及基板之Au/Ni鍍層部之間的狀態進行固定。
接著,對挾持有銦合金片的蓋體及基板進行1次回焊而獲得接合體。1次回焊中,在大氣中以升溫速度10℃/分鐘進行升溫直到達到170℃為止。
接著,對經1次回焊的接合體進行2次回焊。2次回焊中,以升溫速度0.5℃/秒,以450秒從室溫升溫至250℃。
驗證方法:
從基板的垂直方向對經2次回焊的接合體照射X射線並解析穿透X射線,藉此測定空隙面積。測定中使用XD7600NT(Nordson公司製)。空隙面積之測定中,在X射線通過至少1個空隙之情況,測定為存在空隙者。空隙係檢測直徑0.1μm以上者。接著,算出空隙之總面積相對於銦合金片之總面積的比率,並作為空隙面積率(%)。
判定基準:
A:空隙面積率未達10%。
B:空隙面積率10%以上且未達15%。
C:空隙面積率為15%以上。
評估結果,屬於A或B的助焊劑為合格,屬於C的助焊劑為不合格。
≪潤濕性的評估≫
驗證方法:
準備由In為90質量%與Ag為10質量%之合金所構成的銦合金片(尺寸:2mm×2mm×100μm)作為焊接片。
分別將各例的助焊劑0.5mg噴塗佈於銦合金片的表面及背面。將塗佈有助焊劑的銦合金片載置於Au/Ni電極上。
接著,將載置有銦合金片的電極以下述條件進行回焊。回焊時,以升溫速度6℃/分鐘升溫至180℃,並在180℃保持3分鐘。
接著,除去助焊劑後,測量潤濕和擴散面積。
判定基準:
A:潤濕和擴散面積為2.5mm2以上。
B:潤濕和擴散面積為2.0mm2以上且未達2.5mm2。
評估結果,屬於A或B的助焊劑為合格。
≪塗佈性的評估≫
驗證方法:
使用噴霧裝置(TG-SS2(實心錐型),Spraying System公司製),將氣壓設定於0.3MPa,驗證各例助焊劑是否可對金屬板進行塗佈。
判定基準:
A:可使用噴霧裝置將助焊劑塗佈至金屬板。
B:無法使用噴霧裝置將助焊劑塗佈至金屬板。
評估結果,屬於A的助焊劑為合格,屬於B的助焊劑為不合格。
根據下述<評估2>記載的評估方法進行≪空隙產生抑制能力的評估≫、≪潤濕性的評估≫。將此等之評估結果示於表4。
<評估2>
≪空隙產生抑制能力的評估≫
準備由Ag為3質量%、Cu為0.5質量%及剩餘部分為Sn之合金所構成的SAC合金片(尺寸:7mm×7mm×400μm)作為焊接片。
使用SAC合金片、實施例1、比較例4的助焊劑,並以與<評估1>之≪空隙產生抑制能力的評估≫相同的方法進行驗證。
1次回焊及2次回焊之條件係如下述。1次回焊中,在空氣中以升溫速度10℃/分鐘從室溫(25℃)升溫至達到250℃。2次回焊中,以升溫速度0.5℃/秒,以450秒從室溫(25℃)升溫至250℃。
≪潤濕性的評估≫
準備Ag為3質量%、Cu為0.5質量%及剩餘部分為Sn之合金所構成的SAC合金片(尺寸:2mm×2mm×100μm)作為焊接片。
使用SAC合金片、實施例1、比較例4的助焊劑,並以與<評估1>之≪潤濕性的評估≫相同的方法進行驗證。
回焊時,以升溫速度6℃/分鐘,從室溫(25℃)升溫至250℃,並於250℃保持3分鐘。
含有松香酯、二聚物酸(A1)及溶劑(S1)之實施例1至2的助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為A。
不含溶劑(S1)之比較例1的助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為C。
不含二聚物酸(A1)之比較例2至3的助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為C。
不含松香酯之比較例4的助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為C。
相對於前述溶劑(S)的總質量,前述溶劑(S1)之含量為100質量%的實施例1之助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為A。
相對於前述溶劑(S)之總質量,前述溶劑(S1)之含量為83質量%的實施例3之助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為B。
含有二聚物酸(A1)之實施例1的助焊劑,其塗佈性的評估為A。
不含二聚物酸(A1)之比較例1的助焊劑,其塗佈性的評估為B。
相對於助焊劑的總質量,其他有機酸之含量為15質量%的比較例2至3之助焊劑,其塗佈性的評估為B。
相對於有機酸(A)的總質量,二聚物酸(A1)之含量為90質量%以上的實施例4、7至11之助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為A。
相對於有機酸(A)的總質量,二聚物酸(A1)之含量為未達90質量%的實施例5至6、12至13之助焊劑,其空隙產生抑制能力的評估為B。
相對於助焊劑的總質量,二聚物酸(A1)之含量為15質量%以上的實施例15至20、22至23、25之助焊劑,其潤濕性的評估為A。
相對於助焊劑的總質量,二聚物酸(A1)之含量為10質量%的實施例14、21、24之助焊劑,其潤濕性的評估為B。
<評估2>中,在使用了SAC合金片及實施例1之助焊劑的情況,空隙產生抑制能及潤濕性的評估為A。再者,在使用了SAC合金片及比較例4之助焊劑的情況,空隙產生抑制能及潤濕性的評估為A。
不含松香酯之比較例4的助焊劑,在使用了SAC合金片之情況,其空隙抑制能力為A,在使用了銦合金片之情況,其空隙抑制能力為C。亦即,使用了銦合金片的情況較使用了SAC合金片的情況更容易產生空隙。
含有松香酯之實施例1的助焊劑,即使在使用了銦合金片之情況,亦可充分地抑制空隙。
本發明之助焊劑藉由含有松香酯、二聚物酸(A1)及溶劑(S1),即使在使用了銦含量高的焊接片之情況,亦能夠在獲得的接合體中抑制空隙的產生。
[產業上之可利用性]
本發明之助焊劑適合使用於使用了銦合金片且熱排出效率高的電子零件的製造步驟。
Claims (10)
- 一種助焊劑,係含有松香酯、有機酸(A)、及溶劑(S),其中,前述有機酸(A)係包含在熱重量測定中以升溫速度10℃/min加熱至260℃時的重量減少率為1質量%以下的二聚物酸(A1),前述溶劑(S)係包含在熱重量測定中以升溫速度6℃/min加熱至150℃時的重量減少率為99質量%以上的溶劑(S1),相對於前述溶劑(S)的總質量,前述溶劑(S1)之含量為70質量%以上。
- 如請求項1所述之助焊劑,其中,相對於前述有機酸(A)之總質量,前述二聚物酸(A1)之含量為75質量%以上。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,其中,相對於前述溶劑(S)之總質量,前述溶劑(S1)之含量為80質量%以上。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,其中,前述二聚物酸(A1)係選自由鍵結有碳數18之不飽和脂肪酸的二聚體所構成之群組中的至少一種。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,其中,前述溶劑(S1)之沸點為200℃以下。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,係更含有唑類。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,其中,相對於助焊劑之總質量,前述二聚物酸(A1)之含量為10質量%以上60質量%以下。
- 如請求項1或2所述之助焊劑,其中,相對於助焊劑之總質量,前述松香酯之含量為15質量%以上60質量%以下。
- 一種包含半導體封裝的電子零件之製造方法,其係具有下列步驟:獲得具備接合體之半導體封裝的步驟(i),該接合體係經由熱界面材料(TIM)而將晶粒與蓋體貼合合成者,以及將焊料球接合至前述半導體封裝之背面以獲得電子零件的步驟(ii);前述TIM為銦與銀之合金製的片;前述步驟(i)係包含加熱操作(1),該加熱操作(1)係將請求項1至8中任一項所述之助焊劑置於前述TIM與前述晶粒之間、或前述TIM與前述蓋體之間的至少一者,並藉由回焊方式使前述晶粒與前述蓋體貼合;前述步驟(ii)係包含加熱操作(2),該加熱操作(2)係藉由回焊方式將前述焊料球與前述半導體封裝接合。
- 如請求項9所述之電子零件之製造方法,其中,前述加熱操作(1)之溫度條件為150至250℃,前述加熱操作(2)之溫度條件為200至280℃。
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