[发明专利]用于流控自组装的双焊料层、电组件衬底以及采用该流控自组装的方法

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求题为“DUAL SOLDER LAYER FOR FLUIDIC SELF ASSEMBLY AND ELECTRICAL COMPONENT SUBSTRATE AND METHOD EMPLOYING SAME”的于2012年8月2日提交的美国临时专利申请序列号61/678,933的优先权，其整体内容被通过引用合并到此。

背景技术

使用自组装的电子组件放置正成为用于大量生产电子组装的重要方法。例如，熟知的是在射频标识标签（RFID）的生产中使用流控自组装（SA）。在该方法中，具有独特尺寸和梯形形状的亚毫米集成封装掉落到被搅动的流体中，在此它们配合到衬底上的特定匹配沉降（matching depression）中。没有落入沉降中的封装被移除并且被重新掉落，直到全部都被匹配。然后通过在电子封装上进行掩模并沉积导电条带来作成电路连接。该方法在大量时运作良好，但是要求十分特定的几何形状的组件或封装，以及必须被特定地蚀刻以容纳封装的衬底。

已经被研究的一种更一般的方法不要求特定形状的封装，并且可以使用更标准的组件。在该方法中，使组件掉落到被搅动的流体中，在此它们使用各种方法通过接触和粘附而在衬底上找到正确的位置。例如，亲水和疏水材料可以被涂敷在组件和想要的衬底位置或接合部位site上，以使得当各部分找到在相同的涂料变为接触（即亲水-亲水或疏水-疏水）时它们意图粘接的正确位置的时候，混合的涂料不粘接。搅动流体也是必需的，因为其使组件的运动随机化，允许它们作出与衬底的所有区域的接触尝试。更进一步地，如果它们在首次尝试时未粘接，则搅动允许组件作出很多尝试，直到它们最终找到接合部位。

用以实现自组装的最佳方式之一是通过在金属接触上使用焊料的强浸润效应来将组件“拉动”到位。与其它SA接合材料不同，焊料还具有高的润滑作用；这意指一旦组件与焊料进行接触，组件就可以在最小摩擦的情况下找到最小能量配置。这种浸润效应在焊料为液体时发生，因此必须在焊料的熔点之上完成组件的自组装。在焊料SA的情况下，人们将衬底和电子组件浸没在液体中，允许液体将组件运送到它们的位置。当组件变为与衬底上的熔化的焊料接触时，焊料浸润效应起效，将组件拉动到它们的最终位置并且保持它们。注意，特别是，因为焊料助熔剂的低润滑作用，所以使用焊料助熔剂作为粘合剂对于SA并不是有用的。

对于焊料SA，由于各种原因而使用低熔化温度焊料（T_m<150℃，其中，T_m是熔点）。一个原因是，简单的更低黏性无毒液体（诸如水）是易于使用的，但明显要求温度小于它们的沸点。更进一步地，由于在典型SA运转中电子或光电组件被按一分钟的量级浸没在热液体中，所以高的温度可能损坏组件。遗憾的是，非常低温度焊料（T_m<100℃）通常要求Bi，Bi通常导致差的接合并且因此导致组件的不可靠的长期附接。焊料组分（诸如Sn-In）可以具有T_m=145℃，但是再次地对于组件的长期附接而言可靠接合是不可接受的。此外，使用具有如此低熔点的焊料对于其操作温度可能接近或甚至超过这样的低温度焊料的熔点的组件（诸如发光二级管（LED））的长期操作而言可能是有问题的。