Brevet FR2968226A1 — publié le 20120608

COMPOSITION DE FONDANT ET PRQÇEDE DE SOUDAGE La présente invention concerna une composition de fondant comprenant, en tant que composant initial un fondant papi, ru par la formule I dans laquelle R2, R et P sont indépendamment choisis parmi un atome d'hydrogene, tale groupe alkyle substitue en C_ à C,, un groupe alkyle non substitué en CI à c,., un groupe arylalkyle substitué en C7 t et un groupe arylalkyle non substitue en C à C et dans laquelle zéro à trou clés radicaux P , R` et R`r r~présente(nt) un atome d'hydrogène. Le terme « composant initial e se réfère à la matière telle qu'elle est ajoutée pour préparer la composition. Un « composant initial » peut changer, réagir ou interagir lors de son ajout â d'autres composants dans la composition, et donc ne plus être présent dans le flux dans la forme qu'il avait avant son introduction dans la composition. La présente invention concerne en outre un procédé de soudage d'un contact électrique. Les procédés de soudage vont des procédés de soudage manuels aux procédés de soudage automatiques. L'utilisation de fondants dans les procédés de soudage, aussi bien manuels qu'automatiques, est également bien connue. En fait, l'utilisation d'une brasure seule ne produit generalement pas une interconnexion électrique acceptable. Les fendants remplissent plusieurs fonctions dans le procédé de soudage. Par exemple, )radants ont pour fonction d êiiminPr tous les oaydas qui pouvaient sur le Contact. MUtalll par _ iPpl r( gi ,n`_; hra`,lJre rc3c ~'e s.;Ur conLai :ur ;1;liqu(''" I f 'niants sur la gant Ir. ra e ni pros ()LIS la25 forme d'un cible de forme annulaire incorporant un coeur de fondant. Au fur et a mesure que la brasure fond en chauffant, le fondant présent dans le coeur est activé, et vient couvrir les surfaces du,iant rare interconnectees par la brasure fondue. Des pâtres de soudage sont égaiement connues, dans lesquelles un fondant et une poudre de soudage sont amalgames pour former une suspension stable globalement homogéne de particules de brasure dans la pater Une application d'importance commerciale d'un procédé de sondage automatique est la fabrication de dispositifs semi-conducteurs. A savoir, les procédés de soudage par refusion sont habituellement utilisés dans la production automatique des dispositifs semi-conducteurs, où une puce â semi-conducteur est montée sur une carte de circuit imprimé {CCT}. Dans certains procédés de production automatique de ce type, une pâte de soudage est appliquée sur une carte de circuit imprimé en utilisant, par 15 exemple, une sérigraphie ou une impression au stencil. La puce â semi-conducteur est alors amenée en contact avec la CCT et la pâte de soudage est chauffée pour provoquer la refusion de la brasure dans la pâte, en formant des interconnexions électriques entre la puce â semi-conducteur et la CCT. Le chauffage peut être facilité, par exemple, par exposition de la 20 pâte de soudage à une lumière infrarouge ou par chauffage dans un four. Dans certaines applications, l'ensemble puce a semi-conducteur/CCI est de nouveau traité avec un matériau pour manque de matai qui remplit une grande partie de le zone interstitielle entre la puce a senti-conducteur rie 25 t=ant jC)rine !a d menci ' ;)I `'. , tlol"ï mas- sltifs or"]r: nt Uunt 1e`_ CI; C' 1 tS C'.é' c`..)Mp _ lrinutturlsatl ~ i.Jt''nlatiC l'_ t rLirldc_'s ~)loc a cui 0 conducteur en immergeant ia partie contact électrique de la puce a semi-conducteur dans un bain de fondant. Les contacts électriques revétus de fondant sur la puce a semi-conducteur peuvent alors étre amenés en contact avec une CO comprenant les contacts electr"Igues et les épies de soudure correspondants. Les billes de soudure peuvent alors être chauffées pour interconnecter par refusion la puce â semi-conducteur et la CHI. En variante, le procédé de préhension et d'Immersion peut étre employé avec, des composants de dispositif qui présentent des contacts électriques avec une brasure pré-appliquée. Dans ces procédés, la brasure 10 pré-appliquée est revêtue par immersion avec le fondant puis amenée en contact avec le(s) contact(s) électrique(s) correspondant(s) et chauffée pour provoquer la refusion, pour former les interconnexions électriques. De nombreux composants électroniques correspondent â cette dernière catégorie de procédé en ce qu'ils sont fabriqués avec une quantité 15 suffisante de brasure sur le composant pour faciliter l'interconnexion du composant avec un autre composant électrique (par exemple, une CCI). Dans la plupart des cas, l'utilisation des fondants disponibles dans le commerce laisse des résidus ioniques sur les régions â brasure, ce qui peut avoir l'inconvénient d'entrainer une corrosion de la circuiterie et la 20 formation de courts-circuits. Par conséquent, vies étapes de procédé supplémentaires sont nécessaires pour éliminer ces résidus après la formation dt s interconnexions soudées. Four les procédés Ce rabrication dispositifs semi-conducteur.;, legs conne ions a bre sure formées ente' la ni (rïrndctc_~.r t id C(1 ~rc.~nt n sri f, . ~ i ! _stil 25 nt' "e a p'! c sen -c nducteu" et 'a (el - Ît', ~ illiir dent '( s difficile d'ulir rin r ( ir, d `tte.e >iiu sur i2lasur" a r '_, le (_I environnementaux nécessitent l'élimination des déchets produits pendant. les opérations de nettoyage. Certains fondants sans n tto'jacte faible quantité de résidus et ayant une faible teneur en solides sont disponibles dans le commente, Une composition de fondant décrite comme minimisant sensiblement ou éliminant sensiblement les résidus de fondant lors du soudage des composants électroniques est décrite dans la demande de brevet U.S. Nt 20100175790 délivrée à Duchesne et al.. Duchesne et al. décrivent une composition de matière comprenant un fondant, dans laquelle ledit fondant est essentiellement constitué d'une combinaison : (a) d'un fondant ; et (b) d'un solvant dans laquelle ledit fendant : (1) comprend un acide-cétone ; ou (2) comprend un acide-ester ; ou () comprend un mélange dudit acide-cétone avec ledit acide-ester ; et dans laquelle ledit solvant comprend un mélange d'un solvant collant choisi parmi les alcools polyhydriques ou leurs mélanges, et d'un solvant non collant choisi parmi les alcools monohydriques ou leurs mélanges. Cependant, ïl reste â fabriquer des compositions de fondant qui soient non durcissables, qui facilitent la fabrication de connexions fiables par soudage et qui soient personnalisables pour faciliter la compatibilité avec les matériaux pour manque de métal â base d'époxy classiques. La présente invention décrit une composition de fondant comprenant, en tarit que composant initiai : un fendant represente par la formule 1 . dans laquelle R`, ï', F? et É? sont ïndependamn ent choisis parmi un atome d'hydrogéné, un groupe alkyle substitue en C a C un groupe alkyle non substitue en C_ d C un groupe arylalkyle substitue en C à Cet un groupe arylalkyle non substitué en C à C et dans laquelle de zéro à trois des radicaux P , et P repr est nte(nt) un atone d'hydrogene. La présente invention decnt un procédé d'application d'une brasure sur un contact électrique, comprenant' la fourniture d'un contact électrique ; la fourniture d'une composition de tondant de la présente invention; l'application de la composition de fondant sur le contact électrique ; [a fourniture d'une brasure ; la fusion de la brasure ; et la mobilisation de la composition de fondant appliquée sur le contact électrique avec la brasure fondue ; dans lequel la brasure fondue est en contact physique avec le contact électrique et se fixe au contact électrique. DESCRIPTION DETAILLEE La composition de fondant de la présente invention est conçue pour faciliter la compatibilisation avec diverses compositions pour manque de métal, de manière â ce que les surfaces soudées ne nécessitent de préférence aucun nettoyage avant l'application d'une composition pour manque de métal pour former un joint electrique fini. Le terme poids. a r resente invention comprend (,e t n que composant Initial n fondant inriDosit tonnent l IL r(,u1 u t.J 1.0 selon 'e norme IPC J-STD-Or_r,ii3 La composition cté fondant rtI Ment (..-jfY.13ttuéo [i-) fenctionnels réactifs par molécule capables de réagir dans les conditions de soudage pour former dcs liaisons co'ialentf s intermoléculaires et dans laquelle le fondant ne ContlOnt pas dr uY o_J piUSIdd groupes fonctionnels redouls par mo!ecule capables de reaglr dans les Conditions de soudage pour former des liaisons covalentes intermoléculaires). Le fondant utilisé dans la composition de fondant de fa présente invention répond la formule 1, dans laquelle R` R , R3 et P, sont IndependanmIent choisis parmi un atome cLhydrogene un groupe alkyle substitué en CI à Co. , un groupe alkyle non substitué en Cl à cm, un 10 gt"oupe arylalkyle substitué erg C, à Cbo et un groupe arylalkyle non substitué en C7 à Coo (de préférence dans laquelle R1, R2, R3 et R4 sont indépendamment choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle substitué en CI à Cep, un groupe alkyle non substitué en CI â C2o, un groupe arylalkyle substitué en C7 à C30 et un groupe arylalkyle non 15 substitué en C7 à Cap) r dans laquelle de zéro à trois des radicaux R1, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. De préférence, un à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. Plus préférablement, deux à trois des radicaux R1, R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. Encore plus préférablement, deux des radicaux RI, 20 R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. De manière préférée entre toutes, l'un des radicaux RI et R` représente un atome d'hydrogène et ï un des radicaux R et R : représente un atome d'hydrogène. Les U fondant répondant 3 la formule 1 sent de di«OUPO r 'Il 25 "il_JhcJ taIJI.S COr1l Dd ;iliSef" ,_?pll~ rJton SLJr ~f "lpa I~ll'ICr_'- ;Jnc:' ~3p ~ll.û'loll ilso d;_ s01~~,~ r(Up' »pt )nnelier n ''/l1 _ 250 °C (plus préférablement 300 de manière préférée enta: toutes ? 325 °C) et une peste de poids en pourcentage Par exemple, le grcerie alkyle substitué en CI à C80 et le groupe arylalkyle substitué en C7 à cm peuvent: contenir plus d'un du même type de substitution (par exemple, deux groupes -OH) ; contenir plus d'un type de substitution (par exemple, un groupe -OH et un groupe -COR5-) ; contenir plus d'un type de substitution avec plus d'un du même type de substitution (par exemple, deux groupes -OH et deux groupes -COR5-). De préférence, un à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. Plus préférablement, deux à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. Encore plus préférablement, deux des radicaux RI, R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. De manière préférée entre toutes, l'un des radicaux RI et R2 représente un atome d'hydrogène et l'un des radicaux R et R4 représente un atome hyc1mgene. Encore plus prkfera)lement, fendant utilisé dans la remposinon ! i 1 -1, Ri _.)nt nyd un groupe alkyle sunstne en C curie ai lalKy rie Ul) ryle yle n en C laie; eir sil ~l~k cculysititiatliens d'un groupe 2, d'un groupe -COR -, d un groupe -CORS, d'un groupe -C(0)RS, d'un groupe -C 0, d'un groupe -0OOR d'un groupe -OC(0)OP , d'un groupe -S«))(0)R d'un groupe -S(0)R ,d'un groupe -S(0)(0)NR 2, d'un groupe -OC(0)NPO d'un groupe -C(0)NPe die-1 groupe -CN, d'un groupe -N )- et d'un groupe -NO: (de préférence au moins un groupe parmi un groupe -QH, un groupe -OR., un groupe un groupe -COR un groupe -C(0)R un groupe -CHU, un groupe -COOR n un groupe -OC(0)OR , un groupe -S(0)(0)R', un ,pe -S(0)R', un groupe -S(U)(U)NR72, un groupe -OC (0)NR 2, un groupe -C(0)Nun 10 groupe -CN et un groupe dans laquelle R7 est choisi parmi un groupe alkyle en Cl â C19, un groupe cycloalkyle en C3 â C19, un groupe aryle en C6 â C15, un groupe arylalkyle en C7 â C19 et un groupe alkylaryle en C7 à C19 ; dans laquelle R8 est choisi parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en Cl â C19, un groupe cycloalkyle en 1_.3 â C19, un groupe 15 aryle en C6 â C15r un groupe arylalkyle en C7 à C19 et un groupe alkylaryle en C7 â C19 ; et dans laquelle de zéro â trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. Le groupe alkyle substitué en Cl â C29 et le groupe arylalkyle substitué en C7 â C30 peuvent contenir des combinaisons de substitutions. Par exemple, le groupe alkyle substitué en 29 Cl â C2- et le groupe arylalkyle substitué en C7 â c.-H peuvent : contenir plus d'un du même type de substitution (par exemple, deux groupes -OH) ; contenir plus d'un type de substitution (par exen1ple, lin groupe -OH cet un groupe -COR7~) ; contenir plus d'un type de substitution arec trip oint cuir r-i c up De manière encore davantage préférée, le fondant utilisé dans la composition de fondant de la présente invention répond à la formule I ; dans laquelle RI, R2, R3 et R4 sont indépendamment choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupe -CH2CH(OH)R9 et un groupe -CH2CH(OH)CH2-O-R9 ; dans laquelle R9 est choisi parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en CI à C28, un groupe cycloalkyle en C3 à C28, un groupe aryle en C6 à C15, un groupe arylalkyle en C7 à C28 et un groupe alkylaryle en C7 à C28 (de préférence, dans laquelle R9 est choisi parmi un groupe alkyle en C5 à Clo, un groupe aryle en C6 à C15 et un groupe alkylaryle en C7 à Ci6; de manière préférée entre toutes dans laquelle R9 est choisi parmi un groupe alkyle en C8, un groupe alkylaryle en C, et un groupe naphtyle) ; et dans laquelle de zéro à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. De préférence, un à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représente(nt) un atome d'hydrogène. Plus préférablement, deux à trois des radicaux RI, R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. Encore plus préférablement, deux des radicaux RI, R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. De manière préférée entre toutes, l'un des radicaux RI et R2 représente un atome d'hydrogène et l'un des radicaux R3 et R4 représente un atome d'hydrogène. De préférence, le fondant utilisé dans la composition de fondant de la présente invention répond à la formule I ; dans laquelle RI et R3 représentent un atome d'hydrogène ; dans laquelle R2 et R4 représentent un groupe -CH2CH(OH)CH2-0-R9 ; dans laquelle R9 est choisi parmi un groupe alkyle en C5 à Clo, un groupe alkylaryle en C7 à C16, un groupe naphtyle, un groupe biphényle et un groupe biphényle substitué en Ça à C15 (de manière préférée entre toutes, dans laquelle R9 est choisi parmi un groupe alkyle en C8, un groupe alkylaryle en C, et un groupe naphtyle). 10 10 De préférence, fia composition de fondant est une formulation de fondant sans nettoyage. Optionnellement, le fondant utilise dans ! c positionondant de ia présente invention est un dimère répondant à une formule choisie par les formules na, Ilb et ÏIe ; le dimère contenant un premier mère répondant à la formule I et un second mère répondant la formula: I ; formules dans lesquelles l'un des radicaux RI, R` R et R du premier mère et l'un des radicaux RI, R2, R et R` du second mère coïncident pour relier le premier mère et le second mère. (Ilb) ; et, R2 è i )r-fru (.I.fd .-2p'La ri- » n La composition de fondant de. la présente invention comprend en outre optionnellement un solvant. Le solvant est optionnellement inclus dans la composition de fondant de la présente invention pour faciliter l'application du fondant sur la surface, ou les surfaces, à souder. De préférence, la composition de fondant contient de 8 à 95 en poids de solvant utilise dans la composition de fondant dc.i l '/ant. Lea pre ente :Thur s (j rien' d'Jd fi i acier t''C "ocarhures t1? r nlpl r .:n ' t ,'l._ /I ,ne, t` n et1 i but) C l v: ri ', 1, les 'téton, s t;..~~', ''11r tn 'IIS-,'h~ t~' "; Jinh-=;~3n )nr 15 dir ,c~, ho éthan 2-bu oxyéthanol, méthanol éthanol, Isopropanofi a-terpïnéol, alcool ben ylique, 2-hexyldecanol) ; les esters (par cdemple, acétate d'éthyle, lactate rs éthyle, acétate de hutyle, adipate de diéthyle, phtalate de diéthyle, acétate de monobutyle de diéthylene glycol, acétate d'ether monométhylique de propylène glycol, lactate d'éthyle, 2- hydro yisobutyrate de méthyle, acétate d'éther monométhylque de propylène glycol) ; les amides (par exemple, N-méthylpyrrolidone, N,N-dimethylformamide et N,N-diméthylacetande) , les dérivés du glycol (par exemple, éther monoéthylique d'éthylène glycol, éther monoéthylique d'éthylène glycol de butyle) ; les glycols (par exemple, éthylène glycol ; diethyléne glycol ; dipropyléne glycol ; triéthyléne glycol ; hexylène glycol ; 1,5-pentanediol) ; les éthers de glycol (par exemple, éther monométhylique de propylène glycol, méthylcarbitol, butylcarbitol) ; et les solvants pétroliers (par exemple, éther de pétrole, naphta). Plus préférablement, le solvant utilisé dans la composition de fondant de la présente invention est un solvant organique choisi parmi la méthyléthylcétone ; le 2-propanol ; l'éther monométhylique de propylène glycol ; l'acétate d'éther monométhylique de propylène glycol ; le lactate d'éthyle et le 2-hydroxy-isobutyrate de méthyle. De manière préférée entre tourtes, le solvant utilisé clans la composition de fondant dc' la présente invention est de l'éther monométhylique de propylène glycol. La composition de fondant de la présente invention comprend en Jute opnonnellement un épai ssi ssant. De pt ference, la composition d La pâte de soudage comprend de préférence : de 1 à 50 % en poids (plus préférablement de 5 à 30 % en poids, de maniére préférée entre toutes de 5 à 15 % en poids) d'un fondant de la présente invention et de 50 à 99 % en poids d'une poudre de soudage. La pâte de soudage peut être amalgamée par les techniques classiques, par exemple, par malaxage et mélange de la poudre de soudage avec le fondant en utilisant un équipement classique pour ce type d'opérations. La pâte de soudage peut être utilisée, par exemple, dans la production de composants électroniques, de modules électroniques et de cartes de circuits imprimés. La pâte de soudage peut être appliquée sur la (les) surface(s) à souder par n'importe quelle technique classique comprenant, par exemple, l'impression de la pâte de soudage à travers une épargne de soudage classique en utilisant une imprimante à brasure OU sine machins=' à _, rigranhi r. dgnt p 'uT _ 325 °C PP par ATG = 8 % en poids 7 ether 1- HN NN-a 3 4 naphtyrglycidylique oH , r i OH ACCP 350 °C TPE r PP par ATG :- n pc~,d_~ ( ?50 ?h ~ ikyl TABLEAU 2 Composition de fondant Résultat de l'évaluation Exemple 8 4 Exemple 9 4 Exemple 1O 4 Exemple 11 4 Exemple 12 4 Exemple 13 4 Exemple 14 4 Matériau de référence 4 (acide hydroxystéarique)