工程殘餘物焊料膏工藝的製作方法
2023-10-08 21:23:54 1
電子儀器中的焊接具有各種功能，例如提供電接觸、物理接合兩個或更多個部件以及提供散熱路徑。當電子元件的尺寸連續地縮小，焊料互連部的尺寸也是一樣。互連部的較小尺寸通常意指接頭的相對較弱的機械強度。電子工業中的另一個趨勢是可攜式電子儀器(例如蜂窩電話、膝上型電腦、平板電腦、電子閱讀器、音頻/視頻播放器、可穿戴物)的不斷增加的流行。這些可攜式裝置提出對在其中使用的封裝和電子元件的電和機械可靠性的額外的更嚴格的要求。例如，當這樣的裝置意外跌落時，內部的全部部件必須承受住它們經受的巨大機械應力。這些裝置的設計者多次面對小尺寸焊料互連提供的機械強度不足以承受住這樣的機械衝擊的情況。電子工業中的另一個趨勢是電子儀器在汽車應用中的不斷增加的使用。電子裝置和控制電路實際上用於現代化車輛的每一個部分中。在汽車中使用的電子裝置/封裝/模塊在工作期間面對高衝擊、振動和溫度。在這樣的情況下以傳統方式製成的小的焊料互連可能不滿足熱機械可靠性需求。因此存在增加使用焊料產生的電互連、機械互連和熱互連的機械強度的需要。通常焊料-墊界面可能是電子互連部中最弱的環節。存在需要來增強此最弱的環節以改進電子組件的機械和熱可靠性。最重要的是增強和維持互連的機械性質，其包括熱循環前後材料整體和焊料-墊界面。存在於板-元件組件中的材料可以具有不同的熱膨脹係數(CTE)，並且材料在熱循環期間可以收縮和膨脹。結果是，在熱循環期間焊料接頭經受循環的收縮和膨脹，其最終能夠劣化和弱化焊料接頭。具有最大CTE失配的焊料-墊界面經常是最弱的環節。本發明尋求解決與現有技術有關的問題中的至少一些或至少提供對其商業上可接受的替代解決方案。本發明提供形成焊料接頭的方法，該方法包含：提供焊料焊劑；提供焊料顆粒；提供兩個或更多個待接合的工件；和在該兩個或更多個待接合的工件附近加熱該焊料焊劑和該焊料顆粒來形成：(i)在該兩個或更多個待接合的工件之間的焊料接頭，和(ii)焊料焊劑殘餘物，其中該焊料焊劑殘餘物基本上覆蓋該焊料接頭的暴露表面。該方法導致展示更有利的機械性質(例如增加的強度、增加的可靠性和增加的耐熱循環性)的焊料接頭。除非清楚地指出相反的，這裡限定的每個方面或實施方案可以與任何其他一個或多個方面或一個或多個實施方案組合。特別地，任何指出的作為優選的或有利的特徵可以與任何其他指出的作為優選的或有利的特徵組合。如這裡使用的術語「焊料焊劑」包括在焊接工藝期間使用來防止氧化的物質。焊料焊劑在焊接之前還可以提供一些形式的化學清潔。如這裡使用的術語「焊料殘餘物」包括作為在焊接工藝期間加熱焊料焊劑的結果而形成的殘餘物。不受理論的約束，認為當至少一些溶劑由焊料焊劑蒸發時焊料焊劑殘餘物形成。可以分別提供焊料焊劑和焊料顆粒。例如，可以以液體、膏或膜形式單獨地施加焊料焊劑，然而可以以粉、片、棍或線的形式提供焊料顆粒。或者，例如可以以焊料膏的形式共同提供焊料焊劑和焊料顆粒。兩個或更多個待接合(即待由產生的焊料接頭接合)的工件可以包含，例如電子元件(例如晶片電阻器或晶片電容器)和印刷電路板的銅墊。加熱焊料焊劑和焊料顆粒的溫度將取決於採用的具體焊料焊劑和焊料顆粒。然而，典型的加熱溫度是從140至280℃。例如，當使用所謂的「低溫度」焊料顆粒，加熱溫度將典型地是從140至200℃，當使用所謂的「中溫度」焊料顆粒，加熱溫度將典型地是從200至240℃，和當使用所謂的「高溫度」焊料顆粒，加熱溫度將典型地是從240至280℃。在兩個或更多個待接合的工件周圍加熱焊料焊劑和焊料顆粒。例如，當在工件之間待形成焊料接頭時，典型地將焊料焊劑和焊料顆粒置於工件之間並且與兩個工件接觸，並且然後加熱。或者，當對著兩個或更多個工件之間的接合處待形成焊料接頭時(例如當工件首尾相連待接合時)，在加熱前可以將焊料焊劑和焊料顆粒置於工件之間的接合處上。可以通過例如印刷、分配、噴射、浸漬和/或銷轉移將焊料焊劑(或者當以焊料膏共同提供焊料焊劑和焊料顆粒時的焊料膏)施加至兩個或更多個工件。這樣的技術在本領域是已知的。可以以液體、膏或膜的形式可以施加焊劑。施加焊劑作為用於預製件的預施加的膏焊劑、作為焊料膜形式的膏焊劑和/或作為膜形式的膏焊劑。焊劑殘餘物基本上覆蓋焊料接頭的暴露表面。典型地焊劑殘餘物覆蓋至少90％的暴露表面，更典型地至少95％的暴露表面，甚至更典型地整個暴露表面。焊料接頭的暴露表面意指沒有與兩個或更多個工件接觸的焊料接頭的外表面。例如，當焊料接頭夾在兩個工件之間時，焊料接頭的暴露表面將是與夾層的層基本上垂直的表面。或者，當在兩個工件之間的接合處的一側形成焊料接頭時，暴露表面將是與該接合處相對的焊料接頭的表面。暴露表面可以包含單個表面或多個表面。本發明人出人意料地發現本發明的方法與常規的焊料接頭形成方法相比可以導致展示改進的機械性質的焊料接頭。例如，產生的焊料接頭可以展示以下的一種或多種：改進的耐跌落衝擊性、改進的熱循環性能、改進的耐熱衝擊性、增加的剪切強度、增加的彎曲強度和其他熱機械特性。結果是，改進焊料接頭的可靠性。當要求焊料接頭為小尺寸時這是特別地有利的。因此，當用於在可攜式電子裝置(例如蜂窩電話、膝上型電腦、平板電腦、電子閱讀器、音頻/視頻播放器或手錶)中形成焊料接頭時，該方法是特別有用的。這樣的裝置要求小的焊料接頭，其能夠承受例如作為跌落的結果的顯著應力。這樣的可靠的焊料接頭在汽車工業(其中焊料接頭典型地暴露於高衝擊、高溫度和高振動)中同樣是有利的。本發明人發現：在常規的焊料接頭形成方法中，在焊料膏中的焊劑材料典型地展開並且移動離開焊料接頭。本發明的方法中，不受理論的約束，認為通過確保焊料焊劑殘餘物基本上覆蓋焊料接頭的暴露表面可以強化焊料接頭，例如通過使應力重新分配離開接頭。另外，能夠減少與焊料焊劑展開有關的問題，例如可用於焊接的較少焊劑和可靠性關注(例如墊的變色、電遷移失效和殘餘物本身的變色)。焊料焊劑優選地包含：有機溶劑；環氧樹脂；硬化劑；和催化劑。在加熱焊劑時，環氧樹脂可以經歷交聯，這意味著焊料焊劑殘餘物可以包含交聯的環氧樹脂。這可以起改進所形成的焊料接頭的機械性質的作用。環氧樹脂可以向焊料焊劑殘餘物提供增加的延展性。有利地，這可以起向焊料接頭提供額外強度的作用，並且可以使其能夠承受住較高的應力。有機溶劑典型地是高沸點有機溶劑，優選地具有至少280℃的沸點。用於本發明中使用的具有至少280℃的沸點的合適的有機溶劑包括，例如丁基甲醇、二甘醇一己醚和二醇醚。環氧樹脂可以是多官能型環氧樹脂和/或具有高分子量的環氧樹脂。硬化劑可以包含含有酚基的硬化試劑和/或可以是基於酐的硬化劑，典型地液態的基於酐的硬化劑。催化劑可以包含取代的芳香胺催化劑和/或基於磷雜環戊二烯的鹽的催化劑和/或基於醯胺的催化劑。焊料焊劑優選地還包含：活化劑；和/或黏合劑；和/或應力調節劑；和/或脫氣劑。活化劑可以包含例如羧酸。應力調節劑可以包含例如液態類型應力調節劑。基於焊料焊劑的總重量，焊料焊劑優選地包含：從20至40重量％有機溶劑；和/或從5至45重量％環氧樹脂；和/或從2至36重量％硬化劑；和/或從0.1至15重量％催化劑；和/或從10至20重量％活化劑；和/或從0.1至2重量％黏合劑；和/或從0.1至4重量％應力調節劑；和/或從0.1至2重量％脫氣劑。在所記載的範圍內這樣的物質的存在可以在加熱(例如回流(reflow))期間向焊劑提供有利的粘度、粘性和/或流動性。這樣的特性可以起確保在回流期間高比例的焊劑保持在焊料接頭的位置周圍的作用。這可以起確保更多的焊劑可用於焊接的作用。另外，這可以幫助確保在加熱期間形成的焊料焊劑殘餘物基本上覆蓋焊料接頭的暴露表面。此外，可以降低由焊料焊劑展開而引起的不利情況，例如墊的變色、電遷移失效和焊料殘餘物本身的變色。焊料焊劑優選地還包含填料。填料的包括可以允許控制焊料焊劑和/或焊料焊劑殘餘物的機械性質和/或熱機械性質。特別地，填料的存在可以起減小焊料焊劑殘餘物和焊料接頭之間的CTE失配的作用，由此增加耐熱循環疲勞性。基於焊料焊劑的總重量，焊料焊劑優選地包含從0.1至40重量％填料，更優選地從0.1至10重量％填料，甚至更優選地從0.1至5重量％填料。焊料焊劑可以包含至少0.01重量％填料，或至少0.1重量％填料，或至少0.5重量％填料，或至少1重量％填料，或至少2重量％填料，或至少5重量％填料。焊料焊劑可以包含至多40重量％填料，或至多25重量％填料，或至多15重量％填料，或至多10重量％填料，或至多5重量％填料或至多2重量％填料。在所記載的範圍內填料的存在可以起改進焊料焊劑和/或焊料焊劑殘餘物的機械性質和/或熱機械性質的作用。較高水平的填料可以有助於導致展示不利的高粘度的焊料焊劑。較低水平可以導致CTE失配的僅最小的降低。填料可以包含高縱橫比填料(例如具有大於1、典型地大於2、更典型地大於5的縱橫比的填料)，高縱橫比填料包含以下的一種或多種：玻璃纖維、雲母、納米黏土、石墨烯、官能化石墨烯、金剛石、碳納米管、石墨和碳纖維、氮化硼、合成纖維和天然纖維。這樣的填料可以起改進焊料焊劑和/或焊料焊劑殘餘物的機械性質和/或熱機械性質的作用。特別地，高縱橫比填料的存在可以起到在不增加焊料焊劑的粘度至不利水平的情況下減小CTE失配的作用。填料可以包含低縱橫比填料(例如具有小於2、典型地小於1.5、更典型地大約1的縱橫比的填料)，低縱橫比填料包含以下的一種或多種：氧化矽、氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、二氧化物、多面體低聚矽倍半氧烷、金屬塗覆的顆粒、滑石、高嶺土、矽灰石(wallastonite)和玻璃球。填料可以包含防結塊、潤滑的填料，其包含以下的一種或多種：氧化矽、碳酸鈣、PTFE和與石墨相關的填料。這樣的填料可以起到向焊料焊劑和/或焊料焊劑殘餘物提供更有利的表面性質的作用。填料可以包含降低各向同性的收縮和/或減少的翹曲的填料，例如粒狀填料、玻璃珠和/或雲母。這樣的填料可以起改進焊料焊劑和/或焊料焊劑殘餘物的尺寸穩定性的作用。填料可以包含以下的一種或多種：調節電性質和/或磁性質的填料(例如導電金屬填料、非導電金屬填料和鐵磁性金屬填料，與碳相關的填料和纖維以及雲母)；用於輻射吸收的填料(例如金屬顆粒填料、氧化鉛和含鉛玻璃)；調節光學性質的填料(例如成核劑、濾清劑、顏料、細微粒和雲母/顏料混雜物)以及來控制阻尼的填料(例如片狀的填料、玻璃和硫酸鋇)。環氧樹脂優選地包含其中分散的橡膠(典型地液態橡膠)。焊料焊劑殘餘物中的環氧樹脂可以是易碎的。橡膠可以形成結合有環氧樹脂的分散相併且防止在固化的環氧樹脂基體(焊料焊劑殘餘物)內的裂紋擴展。通過誘導耐裂紋生長性和優異的斷裂性質的增加的剪切屈服和空化，分散的橡膠相可以充當機械能耗散中心。橡膠的存在可以增加焊料焊劑殘餘物的延展性，由此增加焊料接頭的機械性質。特別地，延性焊料焊劑殘餘物的存在可以起到提供改進的耐跌落衝擊性的作用。在常規的焊料接頭中，由於工件和焊料接頭的熱膨脹係數(CTE)的差異，可以降低焊料接頭的可靠性。焊料焊劑殘餘物中橡膠的存在可以起使工件和焊料接頭之間CTE的差異的影響無效的作用，由此增加對熱循環疲勞的耐性。焊料接頭與焊料焊劑殘餘物的材料的CTE的差異還可以導致降低的耐熱循環性。因此，焊料焊劑殘餘物優選地具有接近焊料接頭的材料CTE的CTE。優選地，焊料接頭材料和焊料焊劑的CTE相差小於150％，更優選地小於100％，甚至更優選地小於60％，甚至還更優選地小於50％。例如可以通過使用上面公開的橡膠實現這樣的CTE匹配。基於焊料焊劑的總重量，環氧樹脂優選地包含至多10重量％液態橡膠、更優選地從0.1至10重量％液態橡膠。基於焊料焊劑的總重量，環氧樹脂可以包含至少0.1重量％橡膠、或至少1重量％橡膠或至少2重量％橡膠。基於焊料焊劑的總重量，環氧樹脂可以包含10重量％或更少的橡膠，或8重量％或更少的橡膠，或5重量％或更少的橡膠。這可以向焊料焊劑殘餘物提供特別有利的延展性並且可以向焊料接頭提供特別有利的機械性質和/或熱機械性質。液態橡膠優選地包含具有一種或多種包含羧基、羥基和/或胺基的端基的丙烯腈丁二烯型橡膠。這樣的橡膠本質上是由乳液聚合方法獲得的丙烯腈和丁二烯的共聚物。這樣的橡膠可以向焊料焊劑提供特別有利的延展性並且可以導致展示特別有利的機械性質和熱機械性質的焊料焊劑殘餘物和焊料接頭。焊料顆粒優選地是無鉛焊料顆粒。合適的無鉛焊料顆粒可以包含，例如Sn、含Sn合金、Sn-Bi合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag合金、SAC-型合金和其兩種或更多種的組合。技術人員將已知其他合適的無鉛焊料。在一個實施方案中，兩個或更多個待接合的工件包含電子元件和印刷電路板的銅墊。需要在這樣的工件之間的焊料接頭展示有利的機械性質和/或熱機械性質並且展示高可靠性。在選自以下的製造方法期間可以形成焊料接頭：表面安裝技術(SMT)方法、模片和元件固定方法、堆疊封裝(POP)方法、晶片尺寸封裝(CSP)方法、球柵陣列(BGA)方法、倒裝晶片方法、容器屏蔽固定方法和相機鏡頭固定方法。再一個方面，本發明提供由這裡描述的方法可獲得的焊料接頭。再一個方面，本發明提供用於在這裡描述的方法中使用的焊料焊劑，該焊料焊劑包含：有機溶劑；環氧樹脂；硬化劑；和催化劑；和任選地以下一種或多種：活化劑；黏合劑；應力調節劑；脫氣劑；和填料。本發明的第一方面的優選和任選的特徵和益處同樣地應用於本發明的此方面。環氧樹脂優選地包含其中分散的液態橡膠。基於焊料焊劑的總重量，環氧樹脂優選地包含從0.1至10重量％液態橡膠。液態橡膠優選地包含具有一種或多種包含羧基、羥基和胺基的端基的丙烯腈丁二烯型橡膠。焊料焊劑典型地是可印刷的、和/或可噴射的、和/或可浸漬的和/或可銷轉移的。在優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；和0.1至2重量％脫氣劑。在另一個優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；0.1至2重量％脫氣劑；和0.1至10重量％玻璃纖維作為填料。在另一個優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；0.1至2重量％脫氣劑；和0.1至5重量％石墨烯作為填料。在另一個優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％封閉的催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；0.1至2重量％脫氣劑；和0.1至5重量％官能化氧化石墨烯作為填料。在另一個優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％封閉的催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；和0.1至40重量％氧化矽作為填料。在另一個優選的實施方案中，焊料焊劑包含：20至40重量％有機高沸點溶劑；5至45重量％環氧樹脂；2至36重量％硬化劑；10至20重量％羧酸作為活化劑；0.1至15重量％封閉的催化劑；0.1至2重量％黏合劑；0.1至4重量％液態型應力調節劑；0.1至2重量％脫氣劑；和0.1至5重量％石墨基作為填料。再一個方面，本發明提供包含這裡描述的焊料焊劑以及焊料顆粒的焊料膏。再一個方面，本發明提供這裡描述的焊料焊劑的用途，用於增強焊料接頭和/或互連。再一個方面，本發明提供這裡描述的焊料焊劑的用途，用於控制在焊料接頭製造方法期間焊料接頭周圍形成的焊劑殘餘物的展開。再一個方面，本發明提供這裡描述的焊料焊劑的用途，用於控制回流後形成的焊劑殘餘物的機械性質。再一個方面，本發明提供由這裡描述的焊料焊劑可獲得的焊料焊劑殘餘物的用途，用於加強焊料-墊界面或焊料接頭的熱機械性質來導致更可靠的焊料-墊界面或焊料接頭。再一個方面，本發明提供焊料焊劑，其包含：環氧樹脂；和在環氧樹脂中分散的液態橡膠，其中液態橡膠包含具有一種或多種包含羧基、羥基和/或胺基的端基的丙烯腈丁二烯型橡膠。本發明的第一方面的優選和任選的特徵和益處同樣地應用於本發明的此方面。基於焊料焊劑的總重量，焊料焊劑優選地包含從1至10重量％的液態橡膠。再一個方面，本發明提供形成焊料接頭的方法，該方法包含：(i)提供兩個或更多個待接合的工件；(ii)提供包含焊料顆粒、焊劑和殘餘物形成材料的焊料膏；和(iii)在待接合的工件附近加熱焊料膏來形成焊料接頭，其中在加熱焊料膏時殘餘物形成材料形成完全覆蓋焊料接頭的殘餘物。殘餘物形成材料可以與焊劑不同。或者，殘餘物形成材料可以是焊劑。在焊料膏的加熱期間，殘餘物形成材料和/或焊劑有利地沒有遷移遠離接頭界面。殘餘物完全地覆蓋焊料接頭。這意味著殘餘物完全地覆蓋焊料接頭的暴露的外表面，即不直接與工件接觸的暴露表面。在可替代的方面，殘餘物沒有完全地覆蓋焊料接頭，而是覆蓋至少50％的焊料接頭的暴露區域，優選地至少90％的暴露區域，更優選地至少95％的暴露區域，甚至更優選地基本上全部的暴露區域。兩個或更多個待接合的工件典型地包含電子元件(例如晶片電阻器或晶片電容器)和銅墊(典型地布置在印刷電路板上)。適合於使用在本發明中的殘餘物形成材料和/或焊劑包括，例如熱塑性聚合物(例如聚醯胺、聚丁烯、聚醯亞胺、丙烯酸類和丙烯酸酯)和熱固性可交聯樹脂(例如環氧、聚酯、苯乙烯改性聚酯(styranatedpolyster)和酚類)。再一個方面，本發明提供形成焊料接頭的方法，該方法包含：(i)提供兩個或更多個待接合的工件；(ii)提供包含焊料顆粒、焊劑和殘餘物形成材料的焊料膏；和(iii)在待接合的工件附近加熱焊料膏來形成焊料接頭，其中在加熱焊料膏時焊劑和/或殘餘物形成材料的大部分沒有遷移離開接頭界面。再一個方面，本發明提供形成焊料接頭的方法，該方法包含：(i)提供兩個或更多個待接合的工件；(ii)提供包含焊料顆粒和焊劑的焊料膏；和(iii)在待接合的工件附近加熱焊料膏來形成焊料接頭，其中在加熱焊料膏時焊劑形成完全覆蓋焊料接頭的殘餘物。再一個方面，本發明提供形成焊料接頭的方法，該方法包含：(i)提供兩個或更多個待接合的工件；(ii)提供包含焊料顆粒、焊劑和殘餘物形成材料的焊料膏；和(iii)在待接合的工件附近加熱焊料膏來形成焊料接頭，其中在加熱焊料膏時殘餘物形成材料形成塗覆焊料接頭來增加其機械強度的殘餘物。再一個方面，本發明提供焊料膏，其包含：焊料顆粒；焊劑；和殘餘物形成材料。膏可以處於膜形式。膏可以是可印刷的和/或可噴射的。再一個方面，本發明提供包含殘餘物形成材料的焊料膏焊劑。再一個方面，本發明提供完整塗覆有焊料膏殘餘物的焊料接頭。再一個方面，本發明提供增加焊料接頭的機械強度的方法，該方法包含向焊料接頭提供焊料膏殘餘物的完整塗層。現在將關於下列非限制性附圖來描述本發明，其中：圖1顯示本發明方法的流程圖。圖2顯示使用常規方法形成的焊料接頭的示意圖(上)和使用本發明的方法形成的焊料接頭的示意圖(下)。圖3顯示三種材料設想的應力-應變曲線。圖4顯示典型的焊料和三種類型的其他接頭強化材料的熱膨脹係數(CTE)。圖5顯示撞擊彎曲測試的結果。圖6顯示跌落衝擊測試的結果。圖7顯示熱循環測試的結果。參考圖1，顯示了形成焊料接頭的方法，該方法包含：(A)提供焊料焊劑；(B)提供焊料顆粒；(C)提供兩個或更多個待接合的工件；和(D)在兩個或更多個待接合的工件附近加熱焊料焊劑和焊料顆粒來形成：(i)在兩個或更多個待接合的工件之間的焊料接頭，和(ii)焊料焊劑殘餘物，其中焊料焊劑殘餘物基本上覆蓋焊接接頭的暴露表面。圖2(上)顯示使用常規方法形成的焊料接頭的示意圖。在製造方法期間，藉助於互連材料(即形成焊料接頭4的焊料膏)通過結合印刷電路板2的銅墊3將電子元件1(例如晶片電阻器、晶片電容器等)放置在給出的所述印刷電路板2上。焊料膏殘餘物5展開並且沒有完全覆蓋焊料接頭4。因此展開的殘餘物5沒有強化焊料接頭4。圖2(下)顯示使用本發明的方法形成的焊料接頭的示意圖。在製造方法期間，藉助於互連材料(即形成焊料接頭9的焊料膏)通過結合印刷電路板7的銅墊8將電子元件6(例如晶片電阻器、晶片電容器等)放置在給出的所述印刷電路板7上。焊料膏的展開受控制並且焊料膏殘餘物10保持在焊料接頭的位置並且圍繞焊料接頭。結果是強化了焊料接頭。圖3顯示三種材料假設的應力-應變曲線。中間的曲線是對應焊料然而兩種其他的材料在此任一側。左邊的曲線顯示易碎、高模量和低強度材料(例如常規焊料焊劑殘餘物)的典型行為。這樣的材料容易斷裂並且在斷裂點顯示小的延伸率。如果此類型的材料與焊料一起使用，不太可能改進接頭的機械強度。在另一側，曲線顯示延性材料(例如由本發明的焊料焊劑形成的焊料焊劑殘餘物)的典型應力-應變圖。此材料具有比焊料低的模量並且強度更高。此材料具有較高的彈性變形並且在斷裂點延伸率同樣較高。這樣的材料與焊料一起使用將增加接頭的強度，產生的接頭能夠承受住高得多的應力。通常使用熱循環測試來評價熱機械疲勞。焊料接頭上焊劑殘餘物的存在或不存在影響接頭強度和所述接頭的熱循環性能。取決於焊劑殘餘物的性質，焊劑殘餘物的存在能夠有利地或不利地作用於焊料接頭的熱機械可靠性。圖4顯示典型的焊料和三種類型的能有潛力地在電子組件中使用的其他接頭強化材料的熱膨脹係數(CTE)。典型的無Pb焊料具有大約18-20PPM/C的CTE。良好的實施材料應該具有儘可能接近焊料的CTE(例如由本發明的焊料焊劑形成的焊料焊劑殘餘物)。圖中在最左邊顯示的材料具有比焊料低得多的CTE。此材料將以比焊料更不同的速率膨脹和收縮。因此，在溫度循環測試期間這樣的材料將增加界面處的應力並且導致差的熱疲勞壽命。相似地，在最右邊顯示的材料具有比焊料高得多的CTE。如果施加這樣的材料來強化焊料接頭，則在溫度循環測試期間其還將增加界面處的應力。現在將關於下列非限制性實施例來描述本發明。實施例1製備不同的焊料焊劑A-F，其具有落入下列範圍內的組分：從20至40重量％有機溶劑；和/或從5至45重量％環氧樹脂；和/或從2至36重量％硬化劑；和/或從0.1至15重量％催化劑；和/或從10至20重量％活化劑；和/或從0.1至2重量％黏合劑；和/或從0.1至4重量％應力調節劑；和/或從0.1至2重量％脫氣劑。使用焊料焊劑A-F來形成使用本發明的方法的焊料接頭，並且產生的焊料接頭經受測試。撞擊彎曲測試：可攜式電子裝置的撞擊可靠性是主要關注，因為它們在日常使用中經常經受意外的機械衝擊、振動和彎曲。機械衝擊和振動能夠包括高頻率PCB彎曲並伴隨在1000με至3000με範圍內的應變。實際上，在跌落測試期間大部分的焊料互連失效是由撓曲振蕩所致。選擇高速度板級循環彎曲方法來評定新材料性能。此方法中能夠精確地控制應變(位移)和應變速率(彎曲速度)兩者。在線性馬達(磁性活塞)的幫助下以具有±0.05mm精度的恆定撓度使測試載體經受循環的彎曲。連續地監控全部的測試參數例如阻力、撓度、彎曲速度和作用力。通過定製的Labview軟體完全控制機器操作並且取決於臨界阻力能夠自動地停止機器操作。圖5顯示與用相同的合金和焊料焊劑A-E製成的五個新配方一起的標準焊料膏的撞擊彎曲測試的結果。圓圈對應於該標準焊料膏，然而配方A-E各自以正方形、菱形、朝上三角形、朝右三角形和朝左三角形代表。標準膏對接頭的機械強度具有極少或沒有焊劑殘餘物的影響。標準膏顯示412次撞擊彎曲循環的特性壽命然而新配方顯示從528次循環至1030次循環的特性壽命。這意味著通過控制膏焊劑殘餘物性質能夠得到撞擊彎曲測試特性壽命28％至250％的改進。跌落衝擊測試：在JESD22-B111標準的變體下進行跌落衝擊測試，其中BGA元件由RF屏蔽罩取代。圖6顯示與用相同的合金和焊料焊劑A-E製成的五個新配方一起的標準焊料膏的跌落衝擊測試結果。施加與在撞擊彎曲測試中相同的手段(key)。標準膏顯示155次跌落的特性壽命然而新配方顯示從209次跌落至1181次跌落的特性壽命。這意味著通過控制膏焊劑殘餘物性質能夠得到跌落衝擊特性壽命35％至662％的改進。表1顯示所評價的膏的撞擊彎曲測試和跌落衝擊測試中特性壽命的匯總。雖然全部的新的膏配方在兩個測試中顯示相比於標準膏的改進，但是改進的數量級不相同。數據的仔細檢查顯示在撞擊彎曲測試中具有最高特性壽命的膏不必然意指在跌落衝擊測試中高的特性壽命。例如配方B和配方C各自顯示1030次循環和957次循環的撞擊彎曲測試特性壽命，而相同的膏在跌落衝擊測試中各自顯示363次跌落和335次跌落的特性壽命。然而，反向可以是正確的。這意味著在跌落衝擊測試中的長特性壽命也可以表明在撞擊彎曲測試中的長特性壽命。例如撞擊彎曲測試中顯示1181次跌落的最長特性的配方A顯示了745次循環的撞擊彎曲測試特性壽命。這顯示不同的配方的殘餘物具有不同的機械性質，尤其是依賴於模量/強度的應變速率。因為在跌落衝擊測試中所經歷的應變速率比在撞擊彎曲測試中的高，所以具有在高應變速率下高強度的材料將表現最好。在低應變速率下，具有高模量和較低延伸率的易碎材料還能夠顯示良好的性能。但是這樣的材料將在高應變速率測試中表現差。因此重要的是設計焊劑體系，其殘餘物(在焊接工藝完成後保持在焊料接頭處)具有所需要的機械性質。焊料和焊劑撞擊彎曲測試特性壽命跌落衝擊測試特性壽命合金1標準配方412155合金1+配方A7451181合金1+配方B1030363合金1+配方C957335合金1+配方D528733合金1+配方E590209表1撞擊彎曲測試結果和跌落衝擊測試結果匯總熱循環測試：按照IPC9701標準、從-40℃至+125℃、每側10分鐘停留時間進行熱循環測試。將來自Espec(型號TSA-101S)的熱衝擊室用於測試，其有快速加熱速率和冷卻速率的能力。測試載體為具有Cu-OSP表面光潔度的印刷電路板，其中安裝16個晶片電阻器#1206的圖案。將測試載體放置於熱循環室內持續測試持續時間。每500次熱循環移出這些測試載體中的五個並且評價#1206晶片電阻器的剪切強度。按照JISZ3198-7:2003標準在CondorSigma系統上進行晶片電阻器的剪切測試。這裡展現的結果是最少48個單個剪切強度測量值產生的平均。用由無鉛合金(合金2)製成的標準配方膏和另一種設計來產生殘餘物以向互連提供額外強度的膏來組裝這些測試載體。圖7顯示標準配方和由焊料焊劑F形成的配方的溫度循環測試的結果。由無源元件(晶片電阻器1206)測量的界面的機械強度顯示作為溫度循環數的函數。用所設計的殘餘物膏形成的接頭的初始剪切強度比標準膏的高約25％。在1500次循環後，它的強度依然比標準膏的高但是僅高出約6％。此下降可能由殘餘物和焊料之間的CTE差異所致。通過優化材料組成來降低CTE失配能夠進一步改進這一點。基本性質的測試：表2顯示焊劑殘餘物的基本材料性質。控制這些性質是性能的關鍵。在回流後剩餘的殘餘物的部分對於覆蓋焊料互連是重要的，而焊料互連對於提供額外的機械強度是重要的。峰值殘餘物轉變溫度對於確保焊料接頭上剩餘的焊劑殘餘物完全轉換成能添加強度至焊料接頭的強固態材料是重要的。玻璃化轉變溫度對於確保材料在高溫操作期間或在溫度循環測試或熱衝擊測試期間不劣化或改變性質是重要的。表2在回流後焊劑配方材料的基本材料性質用解釋和說明的方式提供了上述詳細的說明，並且其不意圖限制所附權利要求的範圍。在這裡說明的目前優選的實施方案中的許多變體對本領域普通技術人員而言將是明顯的並且保持在所附的權利要求和它們的等同物的範圍內。當前第1頁1 2 3