專利名稱：包含硅氧烷基芳族二胺的底層填料和模塑配混料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
集成電路封裝。
背景技術(shù)：
集成電路芯片或管芯通常組裝在焊接到印刷電路板的封裝上。芯片或管芯可以在用來(lái)電連接芯片或管芯至封裝基板以及相應(yīng)集成電路至該封裝基板的一個(gè)表面上有觸點(diǎn)。因此，合適的基板可以在一個(gè)表面上具有相應(yīng)的觸點(diǎn)。芯片或管芯的許多觸點(diǎn)連接到封裝基板的觸點(diǎn)上的一種方式是通過(guò)例如在控制熔塌高度芯片連接(C4)過(guò)程中的焊料球觸點(diǎn)。
封裝基板可以由復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)不同于芯片或管芯的熱膨脹系數(shù)。封裝的溫度變化可導(dǎo)致芯片和封裝基板之間產(chǎn)生不同的膨脹。不均勻膨脹會(huì)誘發(fā)應(yīng)力，使芯片和封裝基板之間的連接碎裂(如使一個(gè)或多個(gè)焊接盤碎裂)。所述連接載有芯片和封裝基板之間的電流，因此該連接中的任何碎裂可能影響電路中的操作。
通常，如所述的封裝可以包括位于芯片和封裝基板之間的底層填料(underfill material)。該底層填料通常是一種環(huán)氧化物，可提高焊接接頭可靠性，還提供封裝結(jié)構(gòu)機(jī)械/濕氣穩(wěn)定性。一個(gè)封裝可以具有數(shù)百個(gè)接頭(如，焊料求凸點(diǎn))，以二維陣列排列在芯片和基板封裝之間的芯片表面。通常，在沿芯片和封裝的界面的一側(cè)分布未固化的底層填料的襯料，將底層填料涂覆于該界面。然后，底層填料在接點(diǎn)之間流動(dòng)。
安裝在封裝基板上的芯片或管芯可以用模塑配混料覆蓋模塑(overmolded)，提供一定程度的對(duì)環(huán)境作用如濕氣和污染物的防護(hù)。典型的覆蓋模塑過(guò)程采用模壓機(jī)將固體或半固體的模塑配混料放在芯片上面。然后通過(guò)加熱的塑模轉(zhuǎn)移封裝，使得模塑配混料流動(dòng)并包封芯片。
典型的底層填料以及模塑配混料是環(huán)氧基即環(huán)氧樹脂。通過(guò)組合環(huán)氧化物與硬化劑形成該樹脂。用于底層填料和模塑配混料的典型硬化劑是胺基體系或酚基體系。模塑配混料還可以包含涂料，如陶瓷或二氧化硅。
在可靠性性能方面，一般認(rèn)為底層填料和模塑配混料有四種重要性質(zhì)。這些性質(zhì)包括固化后樹脂低CTE、低模量、粘合性和高的斷裂韌性。早已發(fā)現(xiàn)亞甲基二胺作為環(huán)氧化物的底層填料或模塑配混料的硬化劑具有與聚酰亞胺和基板的良好粘合性。通過(guò)添加彈性體如長(zhǎng)鏈脂族硅官能化環(huán)氧化物提供該體系韌性。雖然添加了例如長(zhǎng)鏈脂族硅環(huán)氧化物提高了斷裂韌性，但是觀察到樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)隨硅彈性體添加量增加而下降。還期望添加硅彈性體能提高樹脂的粘度，因此減少樹脂作為底層填料(underfill)組合物在芯片下面的流動(dòng)。最后，使用亞甲基基芳族二胺時(shí)必須小心處理，因?yàn)檫@類化合物已知是致癌物質(zhì)。
與底層填料組合物相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是底層填料組合物在固化時(shí)會(huì)增加封裝(如，包含芯片和封裝基板的封裝)的翹曲。觀察到翹曲影響封裝共面，尤其在球柵陣列(BGA)封裝，導(dǎo)致應(yīng)力接頭的后回流(stressed joints postreflow)。應(yīng)力接頭導(dǎo)致焊接接頭疲勞破壞增加。隨著管芯尺寸增大，產(chǎn)生更大應(yīng)力，特別在管芯邊緣。當(dāng)前，期望所有的封裝能滿足無(wú)鉛回流焊接的要求。對(duì)要符合無(wú)鉛回流條件的材料，高粘合性和低封裝應(yīng)力很重要。
在非中央處理器(CPU)區(qū)，封裝的堆棧高度是一個(gè)重要參數(shù)。工業(yè)上的一個(gè)趨向是使封裝更薄，有更多的功能。減小封裝厚度意味著要形成更薄的模塑組合物/底層填料處理和更少翹曲，具有更好的可靠性。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明由下面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書和附圖能更完全地理解本發(fā)明的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中

圖1所示是連接到母板的一個(gè)封裝。
圖2所示是對(duì)硅氧烷基芳族二胺和酚基環(huán)氧化物的固化機(jī)理。
詳細(xì)說(shuō)明描述組合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，組合物用作芯片和封裝基板之間的底層填料制劑。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述組合物用作芯片和封裝基板上面的模塑配混料。還描述一種設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備包括用放置在芯片和放置基板之間的底層填料制劑連接到封裝基板上的芯片，在另一個(gè)實(shí)施方式中，模塑配混料放置在封裝基板上面的芯片上。
一個(gè)實(shí)施方式中，適合作為底層填料制劑或模塑配混料的組合物是一種包含環(huán)氧化物和硬化劑的環(huán)氧基體系。一種適合于硬化劑的組合物是是硅氧烷基芳族二胺。一種合適的硅氧烷基芳族二胺具有下面通式 通式I通式I中，基團(tuán)R1和R2獨(dú)立地選自氫(H)、烷基、取代的烷基、脂環(huán)基、烷基醚(如，甲醚，乙醚等)、芳基、和取代的芳基部分，和-OR7部分，其中R7選自脂族和芳族部分。基團(tuán)R3、R4、R5、R6、R8和R9獨(dú)立地選自氫(H)、烷基、取代的烷基、脂環(huán)基、烷基醚、芳基和取代的芳基部分。
上面通式中，烷基指無(wú)環(huán)的飽和或不飽和的脂族直鏈或支鏈烴。-CH2、-CH2CH3、CH2CH2CH2CH3、-CH2CH2CH2CH2CH3是飽和直鏈烷基部分的例子。-CH2CH＝CHCH3是烯烴或不飽和烷基部分的例子。單環(huán)脂族飽和烴部分的例子是環(huán)己烷。取代的烷基部分的例子是，例如其中的氫原子被惰性原子取代的部分，芳基可以指芳環(huán)、取代的芳環(huán)和稠合芳環(huán)。芳基部分的例子有苯基、羥基苯基和萘基。
關(guān)于底層填料制劑或模塑配混料，可以混合組合物如硅氧烷基芳族二胺與環(huán)氧化物。在電路封裝過(guò)程中，優(yōu)選環(huán)氧化物。環(huán)氧化物普遍用作底層填料制劑或模塑配混料的組分的原因包括環(huán)氧化物的多功能性以及調(diào)諧總制劑或配混料的性質(zhì)，與各種基板的良好粘合性，低固化收縮，良好的電性質(zhì)，與許多條件的相容性，以及一種環(huán)氧化物能在各種條件下固化的能力。雙酚-A，雙酚-F或萘-基環(huán)氧樹脂是適合于底層填料制劑和/或模塑配混料的材料。
模塑配混料的一個(gè)實(shí)施方式包括但不限于，一種包含環(huán)氧化物(如，雙酚-A，雙酚-F，萘)、硅氧烷基芳族二胺和填料的環(huán)氧體系。合適的填料包括但不限于，陶瓷如二氧化硅、氧化鋁等。
代表性的硅氧烷基芳族二胺包括但不限于下列

其中，R3、R4、R5和R6獨(dú)立地選自H、甲基、乙基、丙基等部分；和 其中，R3、R4、R5和R6獨(dú)立地選自H、甲基、乙基、丙基等部分；R和R’獨(dú)立地選自甲基、乙基、丙基等部分。
適合用作上述硬化劑的硅氧烷基芳族二胺可以可以購(gòu)得。例如，雙(對(duì)氨基苯氧基)二甲基硅烷(CAS 1223-16-1)可從Gelest，Inc.of Morrisville，Pennsylvania購(gòu)得?；蛘?，合適的硅氧烷基芳族二胺一般可以按照下面過(guò)程合成
通過(guò)使用硅氧烷基芳族二胺，期望制劑如底層填料制劑或模塑配混料具有提高了的撓性。
相信撓性提高是源自構(gòu)成硅氧烷基芳族二胺的硅-氧鍵(-O-Si-O-)。撓性可導(dǎo)致降低基質(zhì)的模量。認(rèn)為應(yīng)力與模量直接相關(guān)，因此例如預(yù)期較低的封裝應(yīng)力。較低的封裝應(yīng)力也應(yīng)產(chǎn)生更好的材料/封裝可靠性性能。而且，已知硅氧烷由于存在柔韌的-O-Si-O-鍵而能提供優(yōu)良的斷裂韌性。期望使用硅氧烷基芳族二胺硬化劑的樹脂(如，環(huán)氧樹脂)在固化時(shí)提供比現(xiàn)有技術(shù)樹脂提高了的斷裂韌性。還已知硅氧烷基體系具有低的表面能并是抗?jié)裥缘摹Ｒ虼?，使用硅氧烷基芳族二胺硬化劑?yīng)降低樹脂(如，作為底層填料制劑或模塑配混料的環(huán)氧樹脂)的總吸濕性。此外，硅氧烷一般具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。因此，期望能提高樹脂(如，作為底層填料制劑或模塑配混料的環(huán)氧樹脂)的熱穩(wěn)定性。最后，適合用作底層填料制劑或模塑配混料的硬化劑的硅氧烷基芳族二胺可以和無(wú)鉛焊劑條件相容。一個(gè)實(shí)施方式中，合適的硅氧烷基芳族二胺硬化劑用于底層填料制劑或模塑配混料與環(huán)氧化物時(shí)，可以在低于200℃固化。另一個(gè)實(shí)施方式，合適的固化溫度在150-175℃范圍。
圖1所示是包括連接到印刷電路板(PCB)的封裝的電子組件的一個(gè)實(shí)施方式。該電子組件是電子系統(tǒng)如計(jì)算機(jī)的部分(如，臺(tái)式電腦，手提電腦，便攜式，服務(wù)器，因特網(wǎng)應(yīng)用等)、無(wú)線通訊器件(如，移動(dòng)電話、無(wú)繩電話、拷機(jī))、計(jì)算機(jī)相關(guān)的外圍設(shè)備(如，打印機(jī)，掃描儀，監(jiān)視器)、娛樂(lè)設(shè)備(如，電視機(jī)，收音機(jī)，立體聲系統(tǒng)，磁帶放音裝置，激光唱片放音裝置，錄像機(jī)，MP3(Motion Picture Experts Group，Audio Layer 3 player)等。
在圖1所示的實(shí)施方式中，電子組件100包括芯片或管芯110，其中和其上形成有許多電路器件，連接到封裝基板120。芯片110電連接到封裝基板120，在此實(shí)施方式中，是通過(guò)芯片110上相應(yīng)接觸盤和封裝基板120之間焊料連接130(所示為焊料球)連接的。
在芯片110和封裝基板120之間放置底層填料制劑135。一個(gè)實(shí)施方式中，底層填料制劑135是包含環(huán)氧化物(如，雙酚-A、雙酚-F、萘-基)和硅氧烷基芳族二胺硬化劑如參見(jiàn)化學(xué)式I所述的硅氧烷基芳族二胺的環(huán)氧基體系。一個(gè)實(shí)施方式中，環(huán)氧化物和硬化劑在一溶液中預(yù)混合，然后沿芯片110側(cè)面或邊緣分布，流到芯片110和封裝基板120之間。另一個(gè)實(shí)施方式，環(huán)氧化物和硬化劑在分布時(shí)混合。關(guān)于環(huán)氧化物和硬化劑各自的量，合適量為能聚合環(huán)氧體系，使它固化時(shí)形成固體。代表性的環(huán)氧化物對(duì)硬化劑的量可多至0.75-1.25摩爾比。
圖2所示為作為例如底層填料制劑或模塑配混料的硬化劑的硅氧烷基芳族二胺的代表，表明硅氧烷基芳族二胺與環(huán)氧化物的混合(如，反應(yīng)產(chǎn)物)。在此實(shí)施例中，環(huán)氧化物是酚基環(huán)氧化物。
再參見(jiàn)圖1，一個(gè)實(shí)施方式中，底層填料制劑135分布在芯片110和封裝基板120之間。一種方法是將底層填料制劑135沿芯片110的一個(gè)側(cè)面分布在封裝基板120上，使得底層填料制劑135在芯片110下面流動(dòng)。底層填料制劑135以足夠量分布，填充到芯片110和封裝基板120之間的所有間隙并且包圍連接130。分布底層填料制劑135后，通過(guò)例如聚合反應(yīng)方法該制劑固化至硬化/固化底層填料制劑135。代表性的固化溫度對(duì)無(wú)鉛焊料過(guò)程最高至200℃。另一個(gè)實(shí)施方式，合適的固化溫度在150-175℃范圍。
在圖1所示的實(shí)施方式中，電子組件100包含在芯片110和封裝基板120上面形成的模塑配混料140。一個(gè)實(shí)施方式中，模塑配混料140是包含環(huán)氧化物(如，雙酚-A、雙酚-F、萘-基)和硅氧烷基芳族二胺如參見(jiàn)化學(xué)式I所述的硅氧烷基芳族二胺硬化劑的環(huán)氧基體系。另一個(gè)實(shí)施方式，硬化劑選自現(xiàn)有技術(shù)硬化劑。在又一個(gè)實(shí)施方式中，模塑配混料140還包含填充材料如陶瓷，在一個(gè)實(shí)施方式中，陶瓷材料可以使模塑配混料140預(yù)成形為盤形或類似的結(jié)構(gòu)。以這種方式，模塑配混料140可以通過(guò)模壓施用到芯片110和封裝基板120上，并且固化流動(dòng)和包封芯片110?；蛘?，模塑配混料140可以以溶液或半溶液形式分布在芯片110和封裝基板120上，并參照上面對(duì)底層填料制劑135所述進(jìn)行固化。
圖1顯示連接到印刷電路板(PCBB)150的封裝基板120。PCB是，例如母板或其它電路板。封裝基板120通過(guò)連接155如無(wú)鉛焊劑連接來(lái)連接到PCB 150。PCB 150可以包含其它元件，可以通過(guò)嵌埋在PCB 150中的導(dǎo)電路徑(trace)連接到芯片110。圖1代表性地顯示裝置160，即，例如存儲(chǔ)裝置、電源裝置或其它裝置。
在前面段落中，描述了具體的實(shí)施方式。但是，很明顯，在不偏離權(quán)利要求書的廣義精神和范圍下，可以進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。因此，說(shuō)明書和附圖被認(rèn)為是進(jìn)行說(shuō)明，而不構(gòu)成限制。
權(quán)利要求
1.一種裝置，它包括包含第一組接觸點(diǎn)的第一基板；包含第二組接觸點(diǎn)的第二基板，第二組接觸點(diǎn)通過(guò)第一組接觸點(diǎn)的一部分和第二組接觸點(diǎn)的一部分之間的互連(interconnection)聯(lián)接到第一基板；放置在第一基板和第二基板之間的包含硅氧烷基芳族二胺的組合物。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述組合物包含硅氧烷基芳族二胺與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)產(chǎn)物。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述硅氧烷基芳族二胺具有下面化學(xué)式 通式I式中，基團(tuán)R1和R2獨(dú)立地選自氫、烷基、取代的烷基、脂環(huán)基、烷基醚、芳基、取代的芳基部分和-OR7部分，其中R7選自脂族部分和芳族部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6獨(dú)立地選自氫、烷基、取代的烷基、脂環(huán)基、烷基醚、芳基和取代的芳基部分，基團(tuán)R8和R9獨(dú)立地選自氫、烷基、脂環(huán)基、烷基醚、芳基和取代的芳基部分。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2包含甲基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6包含氫部分，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2包含甲基部分，基團(tuán)R3和R5包含氫部分，基團(tuán)R4和R6包含丙基部分，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2包含甲基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6包含甲基部分，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2包含甲基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6包含丙基部分，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
8.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2包含甲基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6獨(dú)立地包含氫部分和C1-C6烷基部分中一個(gè)，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
9.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2中一個(gè)包含甲基部分，另一個(gè)包含苯基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6包含氫部分，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
10如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2中一個(gè)包含甲基部分，另一個(gè)包含苯基部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6獨(dú)立地包含氫部分和C1-C6烷基部分中一個(gè)，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
11.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，基團(tuán)R1和R2中一個(gè)包含甲基部分，另一個(gè)包含-OR7部分，其中R7包含胺，基團(tuán)R3、R4、R5和R6獨(dú)立地包含氫部分和C1-C6烷基部分中一個(gè)，基團(tuán)R8和R9包含氫部分。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二基板包括集成電路。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一基板包括封裝，第二基板包括印刷電路板。
14.一種電子組件，它包括包含第一組接觸點(diǎn)的第一基板；包含第二組接觸點(diǎn)的第二基板，第二組接觸點(diǎn)通過(guò)第一組接觸點(diǎn)的一部分和第二組接觸點(diǎn)的一部分之間的互連聯(lián)接到第一基板；放置在第一基板和第二基板之間的包含硅氧烷基芳族二胺的組合物；耦合到第一基板和第二基板中一個(gè)的電源。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，第二基板包括集成電路。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，第一基板包括電路封裝，第二基板包括印刷電路板。
17.一種方法，包括以下步驟將包含硅氧烷基芳族二胺的可流動(dòng)態(tài)組合物引入包含第一組接觸點(diǎn)的第一基板和包含第二組接觸點(diǎn)的第二基板之間，所述第二組接觸點(diǎn)通過(guò)第一組接觸點(diǎn)的一部分和第二組接觸的一部分之間的互連聯(lián)接到第一基板；固化所述的組合物。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，固化組合物的步驟包括在低于焊料回流溫度的溫度下進(jìn)行固化。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在引入組合物之前，所述方法包括混合硅氧烷基芳族二胺與環(huán)氧化物的步驟。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述硅氧烷基芳族二胺具有下面化學(xué)式 通式I式中，基團(tuán)R1和R2獨(dú)立地選自氫、烷基、取代的烷基、芳基、取代的芳基部分和-OR7部分，其中R7選自脂族部分和芳族部分，基團(tuán)R3、R4、R5和R6獨(dú)立地選自氫、烷基、取代的烷基、芳基和取代的芳基部分，基團(tuán)R8和R9獨(dú)立地選自氫、脂族部分和芳族部分。
全文摘要
一種裝置，它包括包含第一組接觸點(diǎn)的第一基板；包含第二組接觸點(diǎn)的第二基板，第二組接觸點(diǎn)通過(guò)第一組接觸點(diǎn)的一部分和第二組接觸的一部分之間的互連聯(lián)接到第一基板；放置在第一基板和第二基板之間的包含硅氧烷基芳族二胺的組合物。
文檔編號(hào)C08G59/50GK1813346SQ200480018321
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
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