專利名稱：使用期間放熱量低的新型高溫欠充模材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種欠充模封鑄用組合物，包含一種單組分環(huán)氧基產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及從環(huán)氧制備的欠充模封鑄劑組合物，以保護(hù)和增強(qiáng)微電子器件中電子元件與基材之間的互連。微電子器件含有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的電路元件，主要包括組裝在集成電路(IC)芯片上的晶體管，但也包括電阻器、電容器、及其它元件。這些電子元件彼此互連而形成電路，并最終連接到和支撐在一個(gè)載體或基材例如印刷電路板上。集成電路元件可以包含單一裸片、單一封鑄片、或封鑄多片組件。單一裸片可以附著到引線架上，然后將其封鑄并附著到印刷電路板上，也可以直接將其附著到印刷電路板上。
無(wú)論該元件是一個(gè)連接到引線架上的裸片，還是一個(gè)連接到印刷電路板或其它基材上的組件，都要在該電子元件的接線端子與該基材上對(duì)應(yīng)的接線端子之間進(jìn)行連接。進(jìn)行這些連接的一種方法使用金屬材料或聚合物材料施用于元件或基材端子的突起部分。將這些端子對(duì)準(zhǔn)并接觸在一起，所形成的組件加熱以使該金屬材料或聚合物材料再流動(dòng)并使該連接處凝固。
在隨后的制造步驟期間，該電子組件遭遇到若干個(gè)高溫和低溫循環(huán)。由于該電子元件、互連材料、和基材的熱膨脹系數(shù)差異，這種熱循環(huán)會(huì)使該組件的各元件受到應(yīng)力并使之破裂。為了防止破裂，該元件與基材之間的間隙填充一種聚合物封鑄劑，以下稱之為欠充模(underfill)或欠充模封鑄劑(underfill encapsulant)，以使該互連材料增強(qiáng)和吸收該熱循環(huán)的部分應(yīng)力。
欠充模技術(shù)的兩個(gè)突出用途就在于該行業(yè)中稱為CSP(芯片規(guī)模組件)和倒裝球柵陣列的組件，在前者中，一個(gè)芯片組件附著到印刷電路板上，在后者中，一個(gè)芯片用一種球柵陣列附著到印刷電路板上。
欠充模封鑄可以在金屬互連或聚合物互連物再流動(dòng)之后進(jìn)行，也可以與該再流動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。如果欠充模封鑄在該互連物再流動(dòng)之后進(jìn)行，則欠充模封鑄劑材料的實(shí)測(cè)量將會(huì)沿該電子組件的一個(gè)或多個(gè)外周側(cè)面分派，而且元件一基材間隙內(nèi)部的毛細(xì)管作用使該材料向內(nèi)吸引。該基材需要時(shí)可以預(yù)熱，以達(dá)到該最佳毛細(xì)管作用所希望的封鑄劑粘度水平。在該間隙填充之后，可以沿整個(gè)組件外周分派額外的欠充模封鑄劑，以有助于減少應(yīng)力集中和延長(zhǎng)該組裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。隨后使該欠充模封鑄劑固化，以達(dá)到其優(yōu)化的最終性能。如果欠充模封鑄與該焊劑或聚合物互連物的再流動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，則該欠充模封鑄劑(當(dāng)焊劑是該互連材料時(shí)可以包括一種助焊劑)先施用到要么該基材上要么該元件上；然后使該元件和基材上的端子對(duì)準(zhǔn)和接觸，并加熱該組件，以使金屬的或聚合物的互連材料再流動(dòng)。在這種加熱過程期間，該欠充模封鑄劑的固化是與該金屬的或聚合物的互連材料的再流動(dòng)同時(shí)發(fā)生的。
對(duì)于涉及大量商業(yè)性產(chǎn)品的單片封裝來(lái)說，可以將殘次芯片拋棄而無(wú)顯著損失。然而，拋棄只有一個(gè)殘次芯片的多片組件就變得代價(jià)昂貴，而使該殘次元件重新工作的能力會(huì)成為一個(gè)制造上的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)今，半導(dǎo)體工業(yè)內(nèi)部的主要推動(dòng)力之一是不僅要開發(fā)一種能滿足該互連物增強(qiáng)的所有要求的欠充模封鑄劑，而且也要開發(fā)一種能重新工作的欠充模封鑄劑，使得能去掉該殘次元件而不破壞該基材。
慣常的欠充模技術(shù)使用那些在未填充狀態(tài)下有典型地在350～400J/g范圍內(nèi)的高放熱反應(yīng)的材料。放熱量大于300J/g的材料使得無(wú)法經(jīng)由空中裝運(yùn)。而且需要經(jīng)由陸路貨運(yùn)的特別制冷裝運(yùn)。這些材料也需要終端用戶的特別操作。因此，往往向該材料中添加二氧化硅或其它礦物質(zhì)等填料，以期減少放熱量和提高使用與裝運(yùn)的容易性。填料雖然降低了放熱量但卻產(chǎn)生一種更粘的、需要更長(zhǎng)填充時(shí)間的欠充模。因此，人們需要新型的、放熱量低的未填充欠充模封鑄劑組合物。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種可固化欠充模組合物，包含一種含有固態(tài)潛在硬化劑成分和潛在加速劑成分的環(huán)氧。該加速劑成分包含一種會(huì)產(chǎn)生一種放熱量低于300J/g的樹脂的材料。進(jìn)而，該組合可以以一種無(wú)填料狀態(tài)利用，使得該環(huán)氧仍舊是非常流體的，從而與有填料的環(huán)氧組合物和含有不同加速劑成分的環(huán)氧組合物相比，能提高該欠充模過程的速度。
發(fā)明詳細(xì)說明本發(fā)明欠充模封鑄組合物和工藝中使用的樹脂是可固化的化合物，這意味著它們能夠聚合而有或無(wú)交聯(lián)。如同在本說明書中所使用的，固化就意味著聚合，不管有或無(wú)交聯(lián)。交聯(lián)，如同在技術(shù)上所理解的，是兩條聚合物鏈通過一種元素、一種分子基團(tuán)、或一種化合物的搭橋而附著在一起，而且一般在加熱時(shí)發(fā)生。
本發(fā)明的組分包括環(huán)氧樹脂、環(huán)氧稀釋劑、一種固態(tài)潛在硬化或固化劑、和一種潛在加速劑成分。這些組分是專門選擇的，以得到特定樹脂使用的預(yù)期性能平衡。例如，對(duì)于一些欠充模過程來(lái)說，理想的是得到一種粘度低的樹脂組合物，從而導(dǎo)致短的欠充模期和短的固化時(shí)間。技術(shù)上已知的是提供一種與該樹脂和加速劑組合的胺或咪唑硬化劑。技術(shù)上也已知的是可以提供一種填充劑材料，例如二氧化硅或另一種礦物質(zhì)。
適合用于本欠充模的環(huán)氧樹脂的實(shí)例包括單官能樹脂、多官能樹脂、或其組合，來(lái)自雙酚A型、雙酚F型、環(huán)氧-苯酚可溶可熔酚醛樹脂型、或環(huán)氧-甲酚可溶可熔酚醛樹脂型。其它適用環(huán)氧化合物包括基于芳香族胺和表氯醇的多環(huán)氧化合物。較好的環(huán)氧樹脂是雙酚A/F。
填充劑材料的使用一般在降低該組合物的放熱量的同時(shí)也提高該組合物的粘度。因此，含有一種或多種填充劑材料的樹脂組合物是比無(wú)填料組合物更粘的，因而需要比無(wú)填料組合更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成欠充模過程。適合于使用的填料是惰性礦物質(zhì)例如硅石、云母、氧化鋁等。適用的潛在硬化劑的實(shí)例是雙氰胺、封端的咪唑和封端的聚酰胺，最好的是雙氰胺。適用的加速劑的實(shí)例是咪唑、有取代的脲等。雖然可以采用常見反應(yīng)性稀釋劑，但較好的反應(yīng)性稀釋劑是對(duì)叔丁基苯基縮水甘油基醚。
該樹脂加速劑成分的選擇是特別關(guān)鍵的，其原因在于已知的加速劑成分例如咪唑或有取代的脲會(huì)產(chǎn)生一種在其無(wú)填料狀態(tài)下放熱量非常高、即放熱量在350～400J/g量級(jí)或更大的樹脂。為了產(chǎn)生一種放熱量較低的樹脂，利用了一種玻璃化溫度高的改性多胺加速劑成分。較好的加速劑是一種有叔胺和脲殘基的新型封端胺。這種較好的加速劑以ANCAMINE 2441商標(biāo)經(jīng)銷、由空氣產(chǎn)品公司(賓夕法尼亞州阿倫敦)制造。ANCAMINE 2441等加速劑的使用產(chǎn)生一種放熱量在200J/g范圍內(nèi)的樹脂。放熱量大于300J/g的材料是禁止經(jīng)由航空貨運(yùn)裝運(yùn)的，而且要求終端用戶進(jìn)行特別操作。放熱量降低到300J/g以下提供了使該樹脂能夠經(jīng)由航空貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)男б妫蔡峁┝私K端用戶的操作方便。與可以在高達(dá)80℃的溫度下利用的已知欠充模組合物成鮮明對(duì)照的是，ANCAMINE 2441的低反應(yīng)放熱使該樹脂能在約120℃范圍內(nèi)的溫度下有效使用。該樹脂的較高溫度利用使該樹脂能有比在較低溫度下低的粘度，因此，該樹脂更容易、更迅速地流進(jìn)要粘結(jié)在一起而形成該電子組件的基材與電元件之間的孔隙中。粘度下降使該欠充模過程所需要的周期時(shí)間從約10秒鐘縮知到約2～3秒鐘。本發(fā)明可以通過參照下列實(shí)施例得到更好的理解。
實(shí)施例評(píng)估了雙氰胺硬化劑用的五種已知加速劑。每種配方的反應(yīng)放熱量都借助于一種動(dòng)態(tài)DSC實(shí)驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該實(shí)驗(yàn)涉及使溫度以10℃/分鐘的爬行速率從30℃爬行到250℃。也記錄了在一個(gè)160℃熱板上使該配方完全固化的時(shí)間。進(jìn)而，通過測(cè)定在80℃和120℃兩種溫度下填充一個(gè)約190μm寬、10mm長(zhǎng)的間隙所需要的時(shí)間，記錄了流動(dòng)時(shí)間。評(píng)估結(jié)果列于表1中。
表1
(a)Epikote828-殼牌化學(xué)公司(b)空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司(c)Ajinomoto Co.，Inc.
(d)杜邦公司表1中所列結(jié)果清楚地說明，含有Ancamine 2441的配方提供了低于300J/g的放熱量和5分鐘以下的撫熟時(shí)間。以類似比例的封端咪唑作為配方1的Ancamine 2441的配方產(chǎn)生300J/g以上的放熱量。此外，含有Ancamine 2441的欠充模配方提供了所測(cè)試配方中最短的欠充模時(shí)間。
通過利用像Ancamine 2441這樣的材料作為一種加速劑成分所得到的另一個(gè)效益是，所得到的欠充模組合物在室溫下保持穩(wěn)定性，而且可以在0～6℃之間的溫度貯存至少12個(gè)月。典型的已知欠充模組合物一般需要在冷凍箱中于-18℃～-40℃之間的溫度貯存。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)施方案中，可以向該組合物中添加顏料。顏料的添加使得能進(jìn)行產(chǎn)品的自動(dòng)目測(cè)核查，這可以通過觀察電路板、欠充模與芯片之間的顏色反差來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然為了反差目的通常采用碳黑或有機(jī)金屬絡(luò)合物等顏料，但這些顏料往往產(chǎn)生所不希望的硬渣或毒性問題。與該組合物一起使用的一種較好顏料是非硬渣性紅色顏料，特別是Sandorin Red BN顏料。這種顏料在電路板、欠充模與芯片之間產(chǎn)生一種優(yōu)異的顏色反差，而且不產(chǎn)生任何硬渣或毒性問題。
本發(fā)明也提供一種欠充模封鑄方法，其中，利用一種有多胺加速劑成分的樹脂封鑄一種電子元件如芯片和一種基材如電路板。該樹脂組合物制備成為一種含有樹脂、固化成分和玻璃化溫度高的加速劑成分的單一組分。在使用之前，將該樹脂加熱到可高達(dá)120℃的溫度。當(dāng)希望時(shí)，在該基材與該電元件之間放置通常約50～200mg的實(shí)測(cè)量樹脂，這取決于該元件的大小。該樹脂通過毛細(xì)管作用滲濾到該基材與該電元件之間的空間。然后，讓該樹脂冷卻，結(jié)果是該基材與該電元件之間的一種牢固而穩(wěn)定的連接。盡管本發(fā)明已經(jīng)具體參照其某些實(shí)施方案作了描述，但要理解的是，在隨后權(quán)利要求的范圍與精神之內(nèi)，業(yè)內(nèi)人士可以做出改變和改良。
權(quán)利要求
1.一種可固化欠充模組合物，包含樹脂、固化劑、填充劑材料和加速劑，其中，該組合物的放熱量低于300J/g。
2.按照權(quán)利要求1的可固化欠充模組合物，其中，該加速劑的放熱量低于250J/g。
3.按照權(quán)利要求2的可固化欠充模組合物，其中，該加速劑的放熱量低于200J/g。
4.按照權(quán)利要求1的可固化欠充模組合物，其中，該加速劑包含Ancamine 2441。
5.按照權(quán)利要求4的可固化欠充模組合物，其中，該組合物包含約10～90％重量的樹脂、約5～20％重量的反應(yīng)性稀釋劑、約1～25％重量的固化劑、約1～10％重量的Ancamine 2441和約30～80％重量的填充劑。
6.按照權(quán)利要求5的可固化欠充模組合物，其中，該組合物包含約70～75％重量的環(huán)氧樹脂、約15～20％重量的反應(yīng)性稀釋劑、約2.5～4％重量的固化劑和約3～5％重量的Ancamine 2441。
7.按照權(quán)利要求6的可固化欠充模組合物，其中，該樹脂是一種單官能樹脂、多官能樹脂、或其組合。
8.按照權(quán)利要求7的可固化欠充模組合物，其中，該樹脂是一種雙酚A、雙酚F、環(huán)氧-苯酚可溶可熔酚醛樹脂、環(huán)氧-甲酚可溶可熔酚醛樹脂、基于芳香族胺和表氯醇的多環(huán)氧化合物、或其混合物。
9.按照權(quán)利要求8的可固化欠充模組合物，其中，該樹脂是雙酚A和雙酚F的混合物。
10.按照權(quán)利要求5的可固化欠充模組合物，其中，該填充劑選自由二氧化硅、云母、氧化鋁、或其混合物組成的一組。
11.按照權(quán)利要求5的可固化欠充模組合物，其中，該固化劑選自由雙氰胺、封端咪唑、封端聚酰胺、或其混合物組成的一組。
12.按照權(quán)利要求11的可固化欠充模組合物，其中，該固化劑是雙氰胺。
13.按照權(quán)利要求5的可固化欠充模組合物，其中，該反應(yīng)性稀釋劑是對(duì)叔丁基苯基縮水甘油基醚。
14.一種可固化欠充模組合物，其基本組成為約10～90％重量的樹脂、約5～20％重量的反應(yīng)性稀釋劑、約1～25％重量的固化劑、約1～10％重量的Ancamine 2441和約30～80％重量的填充劑。
15.按照權(quán)利要求5的可固化欠充模組合物，其中，該組合物進(jìn)一步包含一種非硬渣性顏料。
16.按照權(quán)利要求15的可固化欠充模組合物，其中，該非硬渣性顏料是Sandorin Red BN。
17.一種電子組件的制作方法，其中，使一種電子元件粘結(jié)到一種基材上，包含下列步驟a)提供一種基材和一種電元件；b)提供一種樹脂，其中含有一種固化劑、一種填充劑、和一種放熱量低于300J/g的加速劑；c)把該樹脂置于該基材與該電元件之間；和d)使該樹脂固化，以粘結(jié)該基材和該電元件。
18.一種用按照權(quán)利要求17的方法制作的電子組件。
全文摘要
一種可固化欠充模組合物,包含一種含有固化劑成分和潛在加速劑成分的環(huán)氧。該加速劑成分包含一種會(huì)產(chǎn)生一種放熱量低于300J/g的樹脂的材料。進(jìn)而,該組合可以以無(wú)填料狀態(tài)利用,使得該環(huán)氧依然非常粘,因而,與有填料環(huán)氧組合物和含有不同加速劑成分的環(huán)氧組合物相比,提高了欠充模過程的速度。
文檔編號(hào)C08G59/56GK1358798SQ01143158
公開日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月13日
發(fā)明者N·M·卡彭特, M·魯伊特斯 申請(qǐng)人:國(guó)家淀粉及化學(xué)投資控股公司