《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》是深圳市晨日科技股份有限公司於2016年4月27日申請的專利，該專利的公布號為CN105855748A，授權公布日為2016年8月17日，發明人是資春芳、洪婕、王本智、錢雪行。
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》屬於電子焊接材料領域，公開了一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝。所述固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：金屬合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；所述金屬合金粉末為Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一種；所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂20～30％、溶劑35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撐雙硬脂酸醯胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流變助劑1～3％和保濕劑5～10％。該發明所述的固晶錫膏能有效地確保固晶過程在開放環境下長期操作的均勻性，提高抗氧化性，降低空洞率，提高半導體器件的電性能。
2020年7月14日，《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝
- 申請人：深圳市晨日科技股份有限公司
- 申請日：2016年4月27日
- 申請號：2016102683990
- 公布號：CN105855748A
- 公布日：2016年8月17日
- 發明人：資春芳、洪婕、王本智、錢雪行
- 地址：廣東省深圳市南山區桃園街道塘朗工業區A區6棟
- Int. Cl.：B23K35/363(2006.01)I、B23K35/26(2006.01)I、B23K1/008(2006.01)I、B23K101/40(2006.01)N
- 代理機構：北京精金石專利代理事務所
- 代理人：劉曄
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2016年前精密半導體封裝有積體電路封裝和發光二極體（LED）封裝，積體電路封裝又包括焊球陣列封裝（Ball Grid Array，BGA），晶片級封裝（Chip Scale Package，CSP），堆疊裝配封裝（Packageon Package，POP）等封裝方式。LED封裝包括COB（Chipon Board）和時下熱門的倒裝封裝新方式。以上傳統的晶片封裝材料一般為環氧樹脂體系的銀膠，通過銀膠進行固晶後再熱處理至晶片牢固地固定在基底上，隨後再用絲焊的方法在矽片和基底之間直接建立電氣連線。
自2013年以來，以LED為代表的半導體封裝行業開始重視倒裝工藝，倒裝工藝方式是晶片正面朝下向基板，無需引線鍵合，形成最短電路，降低電阻和熱阻；採用金屬或者金屬球連線，縮小了封裝尺寸，改善電性表現，解決了BGA、COB等為增加引腳數而需擴大體積的困擾。但是隨著倒裝晶片封裝面積越來越精密化，尺寸越來越小，使用傳統銀膠固晶容易連膠，導致出現漏電、短路等現象；此外，銀膠熱導率低，焊接熱阻大，不利於晶片散熱；且銀膠中的環氧樹脂在高溫和光照條件下容易老化黃變，從而降低封裝可靠性。因而倒裝晶片封裝需要通過共晶方式進行焊接封裝，但是共晶設備昂貴導致成品封裝成本大大提高，另外一種有效的封裝就是通過固晶錫膏固晶，然後採用普通的回流焊方式實現焊接，保證其良好電導率的同時實現更好的導熱效果，大大降低界面熱阻，且大幅度降低封裝成本。
另外，2016年前所採用的固晶錫膏錫粉合金為SnAgCu，錫粉粒徑在5-25微米範圍，錫膏抗氧化性很差，在點膠過程容易氧化，且所採用的助焊膏溶劑容易揮發，從而導致固晶錫膏黏度逐漸變大，影響點膠的均勻性。而在焊接過程，由於溶劑等容易揮發，焊接之後導致錫膏熔錫不完全，或者出現大量的錫珠，直接影響晶片焊接強度，造成短路漏電等不良。針對以上的問題，2016年4月之前的技術專注於通過改良固晶錫膏的組分，以提高封裝的有效性和可靠性。中國專利申請201510391821.7公開了一種用於大功率LED的無鉛固晶錫膏，所述的無鉛固晶錫膏包括以下材料：錫粉，助焊膏，所述的錫粉為Sn-0.7Cu合金，所述的助焊膏主要由以下重量百分比材料組成：松香30％～40％，溶劑40％～45％，緩蝕劑1％～4％，活性劑3％～8％，觸變劑4％～6％和增稠劑10％～15％。使用該發明大功率LED的無鉛固晶錫膏具有以下優點：導熱係數大，空洞率低，電阻值低，焊接層不易脆裂。
發明內容
專利目的
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》的目的在於提供一種保濕性和抗氧化性強，能為精密半導體晶片固晶提供高的熱導率和電導率的晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝。該發明所述的固晶錫膏能有效地確保固晶過程在開放環境下長期操作的均勻性，以及焊接過程的抗氧化性，降低空洞率，提高半導體器件的電性能特別是倒裝LED的可靠性，延長使用壽命。
技術方案
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》通過如下技術方案以實現上述目的：
一種晶片封裝固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：金屬合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；
其中，所述金屬合金粉末為Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一種；
所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂20～30％、溶劑35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撐雙硬脂酸醯胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流變助劑1～3％和保濕劑5～10％。
優選地，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯10％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，流變助劑2％和保濕劑8％。
其中，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:（1～3）的配比組成。
所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以（0.5～1）:（2～4）:1的配比組成。
所述流變助劑為蓖麻油衍生物、HV300、THIXATROL®PLUS中的一種。
優選地，所述流變助劑為THIXATROL®PLUS。
所述保濕劑為十六酸季戊四醇酯、不同聚合度的聚異丁烯、聚合酸、苯基乙烯基矽樹脂中的一種。
優選地，所述保濕劑為十六酸季戊四醇酯。
為了提高點膠的均勻性，所述金屬合金粉末的形狀為球形，平均球形度大於98％，所述金屬合金粉末的粒徑為1～15微米。
此外，《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》還提供了一種固晶錫膏的製備方法，包括以下步驟：
（1）將溶劑和松香樹脂按比例依次加入反應釜進行溶解，溶解溫度為90±5℃，攪拌速度為2000～3000轉/分鐘；
（2）待松香樹脂完全溶解後，按比例依次加入乙撐雙硬脂酸醯胺、流變助劑、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯進行活化和乳化，溫度為80±5℃，乳化速度為2000～3000轉/分鐘，乳化時間為60-90分鐘；
（3）然後降溫到50±3℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度為2000～3000轉/分鐘，乳化時間為20～30分鐘，然後冷卻；
（4）冷卻至常溫後進行研磨，研磨細度為1～3微米，然後放入0-10℃環境下冷藏24小時以上，確保恢復觸變性；
（5）冷藏處理後，常溫環境回溫，製成物料A，待用；
（6）將步驟（5）製得的物料A和保濕劑按比例加入混煉釜中攪拌，攪拌速度為20～30轉/分鐘，攪拌時間為10分鐘，混合均勻後即得助焊膏；
（7）按所選比例將金屬合金粉末和助焊膏置於分散機內攪拌，攪拌速度為100～200轉/分鐘，攪拌時間為40～60分鐘，然後抽真空至0.08兆帕，真空時間為20～30分鐘，抽真空同時繼續攪拌，即得均勻的膏體；
（8）將步驟（7）中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制研磨機滾軸間距和溫度，研磨至膏體的黏度為30～50帕斯卡·秒，製得固晶錫膏，進行分裝，在0～10℃環境下密封保存。
由於《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》的固晶錫膏所採用的金屬合金粉末粒徑非常小，為1～15微米，比表面積遠遠大與常規錫膏，抗氧化性較弱，高溫下長時間活化，容易氧化而產生空洞和錫珠。空洞影響焊接強度、增大熱阻，而錫珠則產生漏電，影響電性能，對於LED晶片封裝還會降低出光率。反之，一旦溫度太低，焊接速度太快的話，會產生虛焊，同樣影響焊接強度，增大熱阻，降低LED出光率。因此，該發明通過最佳化固晶錫膏的使用工藝，以避免出現以上問題，所述固晶錫膏的使用工藝，包括以下步驟：
（1）固晶機蘸膠固晶：取2～5克解凍好的固晶錫膏加到固晶機膠盤裡，旋轉膠盤，使固晶錫膏刮平整，調節點膠針頭，使針頭下壓到膠盤時，能粘到足夠的固晶錫膏量，同時點到支架焊盤時，焊盤上能粘著均勻的固晶錫膏，根據晶片面積大小，每顆晶片固晶錫膏的使用量為0.15～2毫克，點膠頻率為＞280毫秒；點好膠量後，通過固晶臂固晶並將晶片輕壓平整，得半成品；
（2）回流爐通氮氣保護焊接：將經固晶機蘸膠固晶後的半成品於30分鐘內進行回流爐通氮氣保護焊接，步驟為：打開回流爐，打開Sn96.5Ag3Cu0.5或Sn89.5Sb10Ni0.5固晶錫膏的回流曲線，設定含Sn96.5Ag3Cu0.5的固晶錫膏回流峰值溫度為250℃，含Sn89.5Sb10Ni0.5的固晶錫膏回流峰值溫度為285℃，鏈速為90～110厘米/分鐘；待爐溫升至峰值並穩定後，打開氮氣閥門充入氮氣，3～5分鐘後，將固晶半成品過爐，即得。
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》以馬來海松酸單乙酯和全氫化松香混合物作為成膜劑，不僅具有優良的熱穩定性和抗氧化性，還具有良好的流動性和導熱性，有利於促進焊接過程的熱量傳遞，避免造成焊接不良，還有利於助焊膏的擴展，且焊後殘留物較少。
為了保持在整個焊接過程所述助焊膏的均一化以及黏度，該發明以異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚混合物作為溶劑，不僅對助焊膏各組分具有良好的溶解性，還可形成較寬的沸點範圍以適應整個焊接過程的溫度變化，並且具有適宜的黏度，滿足助焊膏的黏性要求。
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》採用己二酸二辛酯作為活性劑，所述的活性劑與松香樹脂具有較佳的相容性，並且在常溫條件下活性很低，腐蝕性低；在焊接高溫下可分解為具有活化作用的己二酸以及容易揮發除去的2-乙基己醇。所述的己二酸的活性大，能有效地除去焊料和母材表面的氧化物，降低金屬表面張力，增加助焊膏與焊料和母材的潤濕性。
此外，為了防止在固晶和焊接過程中出現拖尾、粘連等現象，該發明以乙撐雙硬脂酸醯胺作為觸變劑，通過調節錫膏的黏度以及觸變性，使晶片封裝順利。
該發明以癸基十四酸作為表面活性劑，可降低金屬合金粉末的表面張力、提高焊接過程的滲透性和潤濕性。
該發明以松香胺聚氧乙烯醚作為緩蝕劑，與松香樹脂具有良好的相容性，有利於減輕活化劑對母材的腐蝕性，且具有潤滑作用。
此外，該發明通過添加流變助劑以增強錫膏韌性，以及增加錫膏點膠和印刷過程的柔軟滑爽度，防止錫膏變粗，保持錫膏均勻性。
該發明所述的活性保濕劑通過包覆超細微粉，防止微粉在開放的操作環境以及無氮氣保護焊接過程中被氧化，同時防止操作過程溶劑揮發而導致黏度變大，影響操作均勻性。
有益效果
與2016年4月之前的技術相比，《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》的有益效果是：
（1）該發明通過往助焊膏中添加特定的活性保濕劑，所述的保濕劑不僅滲透性和潤濕性強，更好地包覆金屬合金粉末，使在室溫開放操作環境中金屬合金粉末具有更優的抗氧化性，還可阻止膏體中有機溶劑的揮發，使膏體長時間操作黏度更穩定，從而確保點膠均勻性和一致性；此外，在回流過程高溫環境中，所述的保濕劑不會揮發，始終包覆金屬合金粉末，錫膏不易氧化，降低焊接空洞率，提高焊接強度。
（2）該發明製得的固晶錫膏具有良好的擴展率以及較高的水卒取阻抗和最大潤濕力，表面絕緣性較佳，且錫珠形成現象和坍塌現象明顯減少；使用該發明固晶錫膏對倒裝LED晶片封裝效果較佳，不僅具有適宜的觸變性和較高的熱導率以及焊接強度，而且延長穩定固晶操作時間、增加點膠一致性，點膠均勻，此外還明顯降低焊接空洞率以及漏電/短路不良率，提高焊機的可靠性。
（3）該發明使用粒徑更小，更均勻的球形金屬合金粉末作為焊料，在固晶操作過程，固晶錫膏點膠觸變性好，點與點之間更均勻，微小晶片固晶更平整，固晶高度一致，利於後續矽膠或者環氧塑封膠的封裝。
（4）與2016年前通用的助焊膏製備方法比較，該發明採用低溫高速乳化方式製備助焊膏，能有效避免助焊膏中各組分的活性和觸變性被高溫破壞或者活化而消耗活性，以確保助焊膏活性和觸變性。
（5）該發明固晶錫膏的使用工藝是通過固晶機蘸膠固晶後，採用回流爐通氮氣保護焊接方式，並通過最佳化回流爐參數，採取比一般回流焊接溫度較低，焊接速度較快，回流時間較短的方式進行焊接，焊接的效果優於傳統的普通回流爐焊接方式以及加熱台焊接方式的效果。
技術領域
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》屬於電子焊接材料領域，特別是精密半導體封裝的焊接材料領域，具體涉及一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝。
權利要求
1.一種晶片封裝固晶錫膏，其特徵在於，所述固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：金屬合金粉末82～88％和助焊膏12～18％；
所述金屬合金粉末為Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn89.5Sb10Ni0.5中的一種；
所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂20～30％、溶劑35～45％、己二酸二辛酯6～10％、乙撐雙硬脂酸醯胺2～4％、癸基十四酸2～6％、松香胺聚氧乙烯醚4～8％、流變助劑1～3％和保濕劑5～10％。
2.根據權利要求1所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯10％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，流變助劑2％和保濕劑8％。
3.根據權利要求1或2任一所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:（1～3）的配比組成。
4.根據權利要求1或2任一所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以（0.5～1）:（2～4）:1的配比組成。
5.根據權利要求1或2任一所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述流變助劑為蓖麻油衍生物、HV300、THIXATROL®PLUS中的一種。
6.根據權利要求1或2任一所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述保濕劑為十六酸季戊四醇酯、不同聚合度的聚異丁烯、聚合酸、苯基乙烯基矽樹脂中的一種。
7.根據權利要求1所述的固晶錫膏，其特徵在於，所述金屬合金粉末的形狀為球形，平均球形度大於98％，所述無鉛金屬合金粉末的粒徑為1～15微米。
8.一種製備如權利要求1-7任一所述的固晶錫膏的方法，其特徵在於包括以下步驟：
（1）將溶劑和松香樹脂按比例依次加入反應釜進行溶解，溶解溫度為90±5℃，攪拌速度為2000～3000轉/分鐘；
（2）待松香樹脂完全溶解後，按比例依次加入乙撐雙硬脂酸醯胺、流變助劑、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯進行活化和乳化，溫度為80±5℃，乳化速度為2000～3000轉/分鐘，乳化時間為60-90分鐘；
（3）然後降溫到50±3℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度為2000～3000轉/分鐘，乳化時間為20～30分鐘，然後冷卻；
（4）冷卻至常溫後進行研磨，研磨細度為1～3微米，然後放入0-10℃環境下冷藏24小時以上，確保恢復觸變性；
（5）冷藏處理後，常溫環境回溫，製成物料A，待用；
（6）將步驟（5）製得的物料A和保濕劑按比例加入混煉釜中攪拌，攪拌速度為20～30轉/分鐘，攪拌時間為10分鐘，混合均勻後即得助焊膏；
（7）按比例將金屬合金粉末和助焊膏置於分散機內攪拌，攪拌速度為100～200轉/分鐘，攪拌時間為40～60分鐘，然後抽真空至0.08兆帕，真空時間為20～30分鐘，抽真空同時繼續攪拌，即得均勻的膏體；
（8）將步驟（7）中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制研磨機滾軸間距和溫度，研磨至膏體的黏度為30～50帕斯卡·秒，製得固晶錫膏，進行分裝，在0～10℃環境下密封保存。
9.一種如權利要求1-8任一所述的固晶錫膏的使用工藝，其特徵在於包括以下步驟：
（1）固晶機蘸膠固晶：取2～5克解凍好的固晶錫膏加到固晶機膠盤裡，旋轉膠盤，使固晶錫膏刮平整，調節點膠針頭，使針頭下壓到膠盤時，能粘到足夠的固晶錫膏量，同時點到支架焊盤時，焊盤上能粘著均勻的固晶錫膏，根據晶片面積大小，每顆晶片固晶錫膏的使用量為0.15～2毫克，點膠頻率為＞280毫秒；點好膠量後，通過固晶臂固晶並將晶片輕壓平整，得半成品；
（2）回流爐通氮氣保護焊接：將經固晶機蘸膠固晶後的半成品於30分鐘內進行回流爐通氮氣保護焊接，步驟為：打開回流爐，打開Sn96.5Ag3Cu0.5或Sn89.5Sb10Ni0.5固晶錫膏的回流曲線，設定含Sn96.5Ag3Cu0.5的固晶錫膏回流峰值溫度為250℃，含Sn89.5Sb10Ni0.5的固晶錫膏回流峰值溫度為285℃，鏈速為90～110厘米/分鐘；待爐溫升至峰值並穩定後，打開氮氣閥門充入氮氣，3～5分鐘後，將固晶半成品過爐，即得。
實施方式
實施例1
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例1的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，THIXATROL®PLUS2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法：
（1）將溶劑和松香樹脂按比例依次加入反應釜進行溶解，溶解溫度為90℃，攪拌速度為2500轉/分鐘；
（2）待松香樹脂完全溶解後，按比例依次加入乙撐雙硬脂酸醯胺、THIXATROL®PLUS、松香胺聚氧乙烯醚和己二酸二辛酯進行活化和乳化，溫度為80℃，乳化速度為2500轉/分鐘，乳化時間為90分鐘；
（3）然後降溫到50℃，按比例加入癸基十四酸，乳化速度為2500轉/分鐘，乳化時間為25分鐘，然後冷卻；
（4）冷卻至常溫後進行研磨，研磨細度為2微米，然後放入4℃環境下冷藏24小時以上，確保恢復觸變性；
（5）冷藏處理後，常溫環境回溫，製成物料A，待用；
（6）將步驟（5）製得的物料A和十六酸季戊四醇酯按比例加入混煉釜中攪拌，攪拌速度為25轉/分鐘，攪拌時間為10分鐘，混合均勻後即得助焊膏；
（7）按所選比例將Sn96.5Ag3Cu0.5金屬合金粉末和助焊膏置於分散機內攪拌，攪拌速度為150轉/分鐘，攪拌時間為50分鐘，然後抽真空至0.08兆帕，真空時間為20分鐘，抽真空同時繼續攪拌，即得均勻的膏體；
（8）將步驟（7）中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制研磨機滾軸間距和溫度，研磨至膏體的黏度為40帕斯卡·秒，製得固晶錫膏，進行分裝，在4℃環境下密封保存；
使用工藝：
（1）固晶機蘸膠固晶：取3克解凍好的固晶錫膏加到固晶機膠盤裡，旋轉膠盤，使固晶錫膏刮平整，調節點膠針頭，使針頭下壓到膠盤時，能粘到足夠的固晶錫膏量，同時點到支架焊盤時，焊盤上能粘著均勻的固晶錫膏，根據晶片面積大小，每顆晶片固晶錫膏的使用量為0.15毫克，點膠頻率為300毫秒；點好膠量後，通過固晶臂固晶並將晶片輕壓平整，得半成品；
（2）回流爐通氮氣保護焊接：將經固晶機蘸膠固晶後的半成品於30分鐘內進行回流爐通氮氣保護焊接，步驟為：打開回流爐，打開Sn96.5Ag3Cu0.5固晶錫膏的回流曲線，設定回流峰值溫度為250℃，鏈速為90厘米/分鐘；待爐溫升至峰值並穩定後，打開氮氣閥門充入氮氣，4分鐘後，將固晶半成品過爐，即得。
實施例2
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例2的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂20％、溶劑45％、己二酸二辛酯10％、乙撐雙硬脂酸醯胺4％、癸基十四酸2％、松香胺聚氧乙烯醚8％、THIXATROL®PLUS3％和十六酸季戊四醇酯8％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為40帕斯卡·秒。
實施例3
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例3的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂30％、溶劑40％、己二酸二辛酯6％、乙撐雙硬脂酸醯胺4％、癸基十四酸6％、松香胺聚氧乙烯醚6％、THIXATROL®PLUS3％和十六酸季戊四醇酯5％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為40帕斯卡·秒。
實施例4
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例4的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，HV3002％和十六酸季戊四醇酯10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為40帕斯卡·秒，該實施例與實施例1的區別在於，使用HV300作為流變助劑。
實施例5
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例5的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，THIXATROL®PLUS2％和苯基乙烯基矽樹脂10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為40帕斯卡·秒，該實施例與實施例1的區別在於，使用苯基乙烯基矽樹脂作為保濕劑。
實施例6
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例6的晶片固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.588％和助焊膏12％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，THIXATROL®PLUS2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:1的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:4:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為50帕斯卡·秒，該實施例與實施例1的區別在於，松香樹脂混合物和溶劑的比例不同。
實施例7
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》實施例7的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn89.5Sb10Ni0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，THIXATROL®PLUS2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為45帕斯卡·秒，該實施例與實施例1的區別在於，使用Sn89.5Sb10Ni0.5作為金屬合金粉末；
使用工藝：
（1）固晶機蘸膠固晶：取2克解凍好的固晶錫膏加到固晶機膠盤裡，旋轉膠盤，使固晶錫膏刮平整，調節點膠針頭，使針頭下壓到膠盤時，能粘到足夠的固晶錫膏量，同時點到支架焊盤時，焊盤上能粘著均勻的固晶錫膏，根據晶片面積大小，每顆晶片固晶錫膏的使用量為0.15毫克，點膠頻率為300毫秒；點好膠量後，通過固晶臂固晶並將晶片輕壓平整，得半成品；
（2）回流爐通氮氣保護焊接：將經固晶機蘸膠固晶後的半成品於30分鐘內進行回流爐通氮氣保護焊接，步驟為：打開回流爐，打開Sn89.5Sb10Ni0.5固晶錫膏的回流曲線，設定回流峰值溫度為285℃，鏈速為90厘米/分鐘；待爐溫升至峰值並穩定後，打開氮氣閥門充入氮氣，4分鐘後，將固晶半成品過爐，即得。
對比例1
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》對比例1的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂30％、溶劑45％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％和THIXATROL®PLUS2％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
製備方法和使用工藝參考實施例1，所得固晶錫膏的黏度為40帕斯卡·秒，本對比例1與實施例1的區別在於缺乏保濕劑十六酸季戊四醇酯。
對比例2
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》對比例2的固晶錫膏由以下重量百分比計的組分組成：
Sn96.5Ag3Cu0.582％和助焊膏18％；
其中，所述助焊膏由以下重量百分比計的組分組成：松香樹脂25％、溶劑40％、己二酸二辛酯8％、乙撐雙硬脂酸醯胺3％、癸基十四酸4％、松香胺聚氧乙烯醚8％，THIXATROL®PLUS2％和十六酸季戊四醇酯10％；
具體地，所述松香樹脂由馬來海松酸單乙酯和全氫化松香以1:2的配比組成；所述溶劑由異丙醇、卡必醇和二乙二醇丁醚以1:3:1的配比組成；
對比例2與實施例1的區別在於，使用普通加熱合成方式合成固晶錫膏，具體步驟為：
（1）按比例將溶劑和松香樹脂加入反應容器，加熱並同時攪拌，使反應容器內部物料均勻升溫到140℃，攪拌速度為45轉/分鐘；
（2）使反應容器的溫度保持在145℃，在攪拌的情況下，依次加入乙撐雙硬脂酸醯胺、THIXATROL®PLUS、松香胺聚氧乙烯醚、己二酸二辛酯、癸基十四酸和十六酸季戊四醇酯；攪拌至反應容器中的物料呈透明狀後，停止加熱，並密封反應容器，讓反應容器及其中的物料冷卻；反應容器內的物料冷卻至20℃後，得到助焊膏；
（3）將步驟（2）得到的助焊膏與Sn96.5Ag3Cu0.5金屬合金粉末混合，攪拌至混合均勻後，得到黏度為40帕斯卡·秒的固晶錫膏；
使用工藝參考實施例1。
試驗例一、該發明固晶錫膏的性能測試
根據GB/T9491-2002、IEC62321：008、IPC-TM-650標準對該發明固晶錫膏進行測試，測試項目及其參數見下表：
組別 | 擴展率 （%） | 錫珠測試 | 水卒取阻抗 （歐姆 .厘米） | 表面絕緣 （40°C/90RH） | 最大潤濕力 （兆牛） | 坍塌測試 |
實施例1 | 90.0 | 合格 | 1.4X10 | 1X10 | 3.98 | 合格 |
實施例2 | 88.7 | 合格 | 1.4X10 | 1X10 | 3.96 | 合格 |
實施例3 | 88.4 | 合格 | 1.4X10 | 1X10 | 3.94 | 合格 |
實施例4 | 88.0 | 合格 | 1.3X10 | 1X10 | 3.92 | 合格 |
實施例5 | 86.4 | 合格 | 1.3 X10 | 1X10 | 3.87 | 合格 |
對比例1 | 84.2 | 合格 | 1.2X10 | 1X10 | 3.74 | 合格 |
對比例2 | 83.5 | 合格 | 1.1X10 | 1X10 | 3.55 | 合格 |
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》以Sn96.5Ag3Cu0.5為金屬合金粉末考察了具有相同黏度的固晶錫膏的性能差異。由實施例1-3可知，以Sn96.5Ag3Cu0.5為金屬合金粉末和不同配置比例的助焊膏製成的固晶錫膏以實施例1的性能較佳，具有優良的擴展率和表面絕緣，較高的水卒取阻抗和最大潤濕力。實施例4使用HV300而非THIXATROL®PLUS作為流變助劑，所得錫膏的水卒取阻抗稍降低；實施例5使用苯基乙烯基矽樹脂而非十六酸季戊四醇酯作為保濕劑，所得錫膏的擴展率、水卒取阻抗和最大潤濕力稍降低。對比例1缺乏保濕劑十六酸季戊四醇酯，所得錫膏的擴展率、水卒取阻抗和最大潤濕力均降低，表明保濕劑對固晶錫膏性能的改良發揮著重要的作用。對比例2使用普通加熱合成方式而非該發明所述的低溫高速乳化方式合成固晶錫膏，所得錫膏的擴展率、水卒取阻抗、表面絕緣和最大潤濕力降低最為顯著，表明使用低溫高速乳化方式可確保助焊膏活性和觸變性。
試驗例二、該發明固晶錫膏焊接效果比較
分別使用實施例1-5和對比例1-2製得的固晶錫膏對倒裝LED晶片封裝效果進行比較，結果見下表：
組別 | 觸變指數 | 穩定固晶操作時間（小時） | 點膠一致性 | 焊接空洞率（％） | 焊接強度（千克） | 熱導率（％） | 漏電/短路不良率（％） |
實施例1 | 3.5 | 12 | 點膠均勻 | 4〜9% | 2.8 | 58 | 0.15 |
實施例2 | 3.8 | 10 | 點膠均勻 | 5〜10% | 2.6 | 57 | 0.3 |
實施例3 | 3.9 | 7 | 偶有大小點 | 10〜13% | 2 | 56 | 0.8 |
實施例4 | 3.6 | 9 | 點膠均勻 | 5〜10% | 2.5 | 57 | 0.6 |
實施例5 | 3.8 | 9 | 偶有大小點 | 8〜12% | 2.3 | 56 | 0.8 |
對比例1 | 4 | <3 | 大小點、晶片 | 15〜20% | 1.8 | 50 | 1 |
固晶不平整 | |||||||
對比例2 | 4.2 | <2 | 觸變性太高，流動性差，大小點，晶片固晶不平整 | 20〜35% | 1.5 | 48〜50 | 1.5 |
《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》以Sn96.5Ag3Cu0.5為金屬合金粉末考察了使用具有相同黏度的固晶錫膏對倒裝LED晶片封裝效果差異，由上表可知，使用該發明實施例1製得的固晶錫膏進行倒裝LED晶片封裝的效果最佳，其觸變性適宜，穩定固晶操作時間最長，且點膠均勻，焊接空洞率和漏電/短路不良率最低，此外，具有較高的焊接強度以及熱導率。研究表明，隨著保濕劑添加量逐漸降低，固晶錫膏的焊接效果逐漸變差，以實施例3為例，其含有5％的保濕劑，點膠不一致，偶爾出現大小點，穩定固晶操作時間縮短，焊接空洞率和漏電/短路不良率增加，焊接強度降低。實施例5使用苯基乙烯基矽樹脂而非十六酸季戊四醇酯作為保濕劑，其焊接效果降低，點膠不一致，偶爾出現大小點，穩定固晶操作時間稍縮短，焊接空洞率和漏電/短路不良率稍增加，焊接強度稍降低。使用對比例1、2製得的固晶錫膏進行焊接，效果顯著下降，尤其以對比例2的效果最差，表明使用低溫高速乳化方式製備助焊膏，可確保助焊膏活性和觸變性，進而保證焊接效果，提高焊接的可靠性，而保濕劑對焊接效果發揮重要的作用。
試驗例三、不同焊接方式的效果比較
以實施例1製得的固晶錫膏，採用不同的焊接方式對倒裝LED晶片封裝效果進行比較，其中，固晶錫膏縮短時間氮氣保護回流的焊接方式為該發明固晶錫膏的使用工藝，結果見下表：
焊接方式 | 焊接空洞率（％） | 焊接強度（千克） | 熱阻/熱導率 （W/K.M） | 漏電/短路不 良率（％） |
固晶錫膏 普通回流 | 15 〜20% | 1.8 | 50 | 1 |
固晶錫膏縮短時 間氣氣保護回流 | 5〜8% | 2.8 | 58 | 0.15 |
固晶錫膏 | 4〜9% | 2.8 | 57 | 0.3 |
加熱台固化 | / | / | / | / |
2016年前，使用固晶錫膏固晶主要有4種方式：固晶機蘸膠、點膠機點膠、印刷機印刷和噴塗機噴塗。綜合固晶效率和效果，以固晶機蘸膠固晶方式為優。焊接方式有普通回流爐焊接、回流爐通氮氣保護焊接、加熱台焊接。該發明通過固晶機蘸膠固晶後，採用回流爐通氮氣保護焊接方式，並通過最佳化回流爐參數，採取比一般回流焊接溫度較低，焊接速度較快的，回流時間較短的方式進行焊接，結果表明以固晶錫膏縮短時間氮氣保護回流方式進行焊接的效果最佳，優於以固晶錫膏普通回流爐焊接和固晶錫膏加熱台焊接的效果。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種晶片封裝固晶錫膏及其製備方法和使用工藝》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
