專利名稱：介電材料、由其形成子組件的方法以及由此形成的子組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及聚合物介電材料、形成包括該聚合物介電材料的電路和電路子組件的方法，以及由此形成的電路和子組件。
背景技術：
聚合物介電材料廣泛用于電子電路的制造中。經常將聚合物介電材料以電路子組件的形式作為層來提供給電路或設備制造商。這些子組件用于許多諸如集成電路(IC)基板、射頻(RF)系統(tǒng)以及高速數(shù)字系統(tǒng)的半導體封裝應用中。例如，IC芯片(例如，微處理器、隨機存取存儲器、微控制器以及專用集成電路等)的電路通常通過諸如中介層、基板和 /或板的互連結構來與電路的另一個元件相連接。為了使得電子裝備較小、較快、較輕以及較便宜，制作高密度的互連結構來容納每單位面積的大量導體通路。高密度互連結構不僅使得IC封裝的覆蓋區(qū)域小型化，而且可以改善信號完整性，諸如噪聲降低以及低衰減。制造高密度互連結構的一個方法是使用順次累積(SBU，sequential buildup)法來制造電路子組件，特別是SBU電路子組件。常規(guī)的SBU電路子組件具有兩個不同的元件芯和累積層。芯可以包括介電基板層(例如，如在印刷電路板(PCB)中使用的玻璃增強環(huán)氧樹脂)、傳導性金屬層(例如，銅或鋁)、陶瓷層、芯粘合層或者PCB，該PCB包括介電層和至少一個(特別是兩個)傳導性電路層，該至少一個(特別是兩個)傳導性電路層被布置在介電層或具有多于1個介電層和多于兩個傳導性層的多層PCB的相反側上。SBU處理通常開始于芯，芯用作用于制作累積層的載體并提供機械支持。累積層包括介電層和布線層，并且累積層被交替地在芯基板的一個或兩個表面上順次地堆疊。布線層包括提供各種布線功能的多個電路圖案。通過激光成形的或光限定的(Photo defined)傳導性過孔來提供層間連接。為使芯的一側上的累積層與另一側上的累積層互連，芯基板中的通孔是機械地和/或激光鉆孔或穿孔的，并且這些孔是利用標準PCB技術來用導體填充或鍍覆的。本文所使用的“電路子組件”還包括其他類型的子組件，例如連接層(bond ply)、 樹脂涂覆傳導性層、無覆層的介電基板層、覆蓋膜和電路層壓板。電路層壓板具有傳導性層，例如銅，該傳導性層固定附著在固化后的聚合物介電層上。雙覆層電路層壓板具有兩個傳導性層，分別在聚合物介電層的每一側上。使層壓板的傳導性層(例如通過蝕刻)圖案化而提供電路。多層電路包括多個傳導性層，其中至少一個傳導性層包含傳導性布線圖案。 通常，多層電路是通過利用連接層將一個或多個電路層層壓在一起，通過利用隨后被蝕刻的樹脂涂覆傳導性層來累積附加層，或者通過加入無覆層介電層來累積附加層并隨后進行額外的金屬化來形成的。在層壓過程中，未固化的或B-階段(部分固化的)的連接層、樹脂涂覆傳導性層和累積層被固化。在多層電路形成后，可以使用已知的成孔和鍍覆技術來產生傳導性層之間的有用電通路。常規(guī)的垂直集成的互連電路子組件包括稱作子組合體的不同電路子組件。通常有兩種類型的子組合體接合芯子組合體和信號芯子組合體。兩種類型的子組合體都包括布置于兩個介電層之間的傳導性功率層?？梢栽谧咏M合體中形成多個通孔。對于信號芯子組合體來說，然后利用半加成處理(semi-additive process)來將布線層布置在介電層上。在接合芯子組合體中，然后用傳導性金屬來鍍覆通孔，和/或用電傳導性膠來填充通孔。使子組合體在彼此之上相對齊，并且將子組合體粘附或層壓在一起來形成子組件。被鍍金屬和/ 或電傳導性膠然后在接合芯子組合體和信號芯子組合體之間形成傳導性接合部，從而提供了通過垂直集成互連的子組件的多個電通路。由于子組件中的ζ軸的電互連性質，該子組件可以提供比SBU子組件能夠使用的布線密度更高的布線密度。適合在上述電路子組件和電路材料中使用的介電材料必須滿足各種嚴格的要求。 尤其是對多頻帶中的較小的、且花費較少的電子操作的需求一直在增長。在一些情況下，IC 封裝已變?yōu)閷崿F(xiàn)進一步減小半導體尺寸以及增加頻率的障礙。較高的頻率需要具有非常低的損耗(Df，也稱作損耗正切和耗散因子)的介電材料。低損耗材料在其傳輸特性期間對電信號的衰減的貢獻很小，著反過來可以降低對IC功率和峰值結溫的要求。然而，常規(guī)的介電材料在較高頻率(例如，千兆赫茲)具有相對高的損耗。例如，常用的累積介電膜(來自Ajinomoto的GX13型)在5. 8GHz具有0. 019的損耗(日期為2007年六月的ABF材料上的Ajinomoto數(shù)據(jù)表)，該水平可能對許多高頻/高速應用來說是有問題的。此外，累積電介質中的吸收水可能對電性能具有不利影響，尤其是使得損耗增加，并從而造成了電氣可靠性問題。因此，現(xiàn)在和將來的累積應用需要一種具有非常低的吸水率的介電材料。上述GX13累積介電膜具有大于的吸水率，而這對于許多高頻/高速應用來說是無法接受的。這種高吸水率還可能導致熱可靠性問題。此外，常規(guī)介電材料的電容密度可能根據(jù)頻率和溫度而變化，這可能影響封裝的性能。而且，介電層部分地用于吸收作為封裝與芯之間、或芯中的層之間的熱膨脹系數(shù) (CTE)失配的結果而出現(xiàn)的任何熱或機械應力。因此，用于較高性能應用的理想介電材料通常具有與低模量和高延伸率相結合的低CTE，以提供不太可能受到可能與CTE失配有關的扭曲和操作問題的影響的子組件。對于高性能累積層來說，其他所需特性包括良好的高溫穩(wěn)定性、良好的導熱性(散熱)、低的ζ軸CTE以及可控的熔融流。最后一個特性在累積介電層的處理和使用中是關鍵性的。當前使用中的介電材料，諸如上述的GX13，具有累積應用所尋找的許多所需特性， 但它不滿足用于增加高頻/高速的應用的所有期望的需要。特別是，這些材料承受了具有大大高于期望的介電損耗和吸水率以及低于期望的高溫熱性能。在本領域中仍然需要用于電路和電路子組件的制造中的、具有良好的機械特性、 良好的高溫穩(wěn)定性、低吸水率以及在高頻處的低損耗的組合。如果材料具有高導熱性，并且在不含鹵化阻燃劑的情況下具有卓越的阻燃性，這將是另外一個益處。

發(fā)明內容
在一個實施例中，一種電路子組件包括由介電組合物形成的介電層，在以該組合物的總體積計的情況下，上述介電組合物包括約15至約65體積百分比的介電填料；以及約35至約85體積百分比的熱固性組合物，該熱固性組合物包括聚芳醚，以及羧基官能化的聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物。該電路子組件可用作累積層、多層芯中的芯粘合層、樹脂涂覆傳導性層、電路層壓板中的介電層以及其他材料和子組件。
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在另一個實施例中，一種順次累積的子組件包括芯以及具有約5到約100微米的厚度的第一介電累積層，其中，上述芯包括具有第一表面和相反的第二表面的介電基板層，和布置在該介電基板層的第一表面上的第一芯布線層；上述第一介電累積層布置在第一芯布線層上，其中，介電累積層由上述的介電組合物形成。在另一個實施例中，一種用于順次累積的子組件的芯包括第一電路和第二電路； 以及布置在第一電路和第二電路之間的粘合層，其中，該粘合層由上述的介電組合物形成。在又一個實施例中，一種多層電路包括包含第一介電層和布置于其上的第一布線層的第一電路；包含第二介電層和布置于其上的第二布線層的第二電路；以及布置在第一電路的第一布線層與第二電路的第二布線層之間的粘合層，其中，第一介電層或第二介電層由上述介電組合物形成，或者第一介電層和第二介電層都由上述介電組合物形成。其他實施例包括垂直集成互連的子組件，包括接合芯子組合體，其中，該接合芯子組合體包括第一介電層、第二介電層以及布置在第一介電層和第二介電層之間的功率層，其中，第一和第二介電層中所選定的一個或兩個由上述介電組合物形成。實施例還描述了用于制造電路子組件、順次累積的組件、用于順次累積的組件的芯、多層電路以及垂直集成互連的子組件的方法。通過以下附圖、詳細說明和示例進一步示出了本發(fā)明。


現(xiàn)在參考示例性附圖，其中，在這些圖中相同的元件采用相同的附圖標記來表示圖1示出了順次累積的電路子組件的示例性實施例；圖2示出了順次累積的電路子組件的另一個示例性實施例；圖3示出了包含多層電路芯的順次累積的電路子組件的示例性實施例；圖4示出了用于形成垂直集成互連的電路子組件的電路子組件的子組合體的示例性實施例；圖5示出了由圖4的子組合體形成的垂直集成互連的電路子組件的示例性實施例；圖6示出了單覆層層壓板的示例性實施例；圖7示出了雙覆層層壓板的示例性實施例；圖8示出了具有圖案化的傳導性層的雙覆層層壓板電路子組件的示例性實施例；圖9示出了包含兩個雙覆層電路層壓板的示例性多層電路的示例性實施例。
具體實施例方式本文公開了在電路子組件和由此形成的電路的制造中有用的介電組合物。該介電組合物包括至少15重量百分比wt. %的熱固性組合物中的介電填料，該熱固性組合物包含聚芳醚；聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物(優(yōu)選為羧基化聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物)；以及可選的彈性體嵌段共聚物，其包括衍生自烯基芳族化合物和共軛二烯的單元。聚芳醚也可以可選地被羧基官能化。這些成分的組合提供了用于廣泛類型的電路子組件中的改善的介電組合物，包括SBU電路子組件中的芯和/或累積層、垂直集成互連的電路子組件的子組合體、以及印刷布線板和其他類型的電路中的連接層、樹脂涂覆傳導性層、介電基板和覆蓋膜。這些電路子組件與高頻及高切換速度IC相兼容。此外，固化后的介電組合物具有低吸濕率和所需的機械特性，并且可以是無鹵的，而且仍然達到V-O的UL 94評級。介電組合物因此解決了當前半導體封裝應用所需要的較高的性能需求。例如，介電材料(例如，完全固化的介電組合物)具有比當前在SBU子組件中所使用介電材料(例如，Ajinomoto的GX13型)在高頻處(例如，在IOGHz處)的更低的介電損耗以及更高的穩(wěn)定性。較低的介電損耗使得SBU子組件能夠用于較高的頻率應用中。介電材料的較高的熱穩(wěn)定性允許材料暴露于諸如焊接和引線接合(wire bonding)的高溫操作，而不會出現(xiàn)變形或起泡。還發(fā)現(xiàn)，可以將介電材料制造為具有高的介電常數(shù)(Dk)(例如在IOGHz處為從約 5到約12)，從而使得介電材料適合用作與高頻電容器和電感器一起使用的SBU子組件中的芯粘合層和/或介電層。此外，較高Dk的介電材料還可以被用作SBU子組件中的累積層， 這些累積層包括具有較高Dk的芯和/或芯粘合層的累積層。發(fā)明人于此發(fā)現(xiàn)，除了具有良好的加工特點之外還具有前述特性的介電組合物的制造中的關鍵因素是對介電組合物中存在的填料的類型、尺寸以及質量的選擇。這些因素對調節(jié)介電組合物的特性(包括層壓板上的流、阻燃性、CTE、導熱性、Dk、Df、模量和延伸率)來說都很重要。填料的組合常被用于獲得所需的特性的平衡。用于介電組合物中的示例性填料包括單獨或組合使用的二氧化鈦(金紅石和銳鈦)、鈦酸鋇、鈦酸鍶、二氧化硅(包括熔融無定形二氧化硅)、剛玉、硅灰石、芳綸纖維(例如，杜邦(DuPont)的凱夫拉(注冊商標)(KEVLAR )、玻璃纖維、Ba2Ti9O2tl、玻璃球、石英、氮化硼、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、聚磷酸三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、蜜白胺(Melam)、氰尿酰胺(Melon)、蜜勒胺(Melem)、胍、磷腈、 硅氮烷、DOPO (9，10- 二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-1-氧化物)、DOPO (10-5 二羥苯基， 10-氫-9oxaphosphaphenanthrenelo-氧化物)、云母、滑石、納米粘土、鋁硅酸鹽(天然的和合成的)和氣相二氧化硅(例如，可得自卡博特集團(Cabot Corporation)的 Cab-O-Sil)。具體的填料包括金紅石二氧化鈦、表面處理的/涂覆的氫氧化鎂和無定形二氧化硅。填料可以為固體、多孔或中空顆粒的形式。填料的顆粒尺寸影響許多重要特性，這些重要特性包括固化前和固化期間的流變能力、最大封裝餾分、熱膨脹系數(shù)、模量、延伸率以及阻燃性。在一個實施例中，填料具有0.1到15微米(尤其是0.2到10微米)的平均顆粒尺寸?？梢允褂镁哂须p峰、三峰或更高的平均顆粒尺寸分布的填料的組合。為了提高填料和聚合物之間的附著力，可以利用一種或多種偶聯(lián)劑如硅烷、鋯酸鹽或鈦酸鹽來處理填料?？梢詫μ盍线M行預處理，或者可以將偶聯(lián)劑加入到熱固性組合物， 如下所要詳細描述的。介電組合物包括至少15vol % (容積百分比)的填料組合物，剩余為熱固性組合物。填料的具體量和填料的選擇取決于介電組合物的想要的用途。無論如何，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，至少需要15Vol%的填料來達到介電組合物的可以接受的熱膨脹系數(shù)。此外，通過選擇合適的填料類型、顆粒尺寸分布以及超過最小的15Vol%的加載水平，對于許多應用可以獲得全部的所需的特性的平衡。
介電組合物還包括熱固性組合物。熱固性組合物包括聚芳醚，聚芳醚可以是均聚物或共聚物的形式，包括接枝或嵌段共聚物?？梢允褂酶鞣N形式的組合。聚芳醚包括多種式(1)的結構單元
權利要求
1.一種電路子組件，包括由介電組合物形成的介電層，在以所述組合物的總體積計的情況下，所述介電組合物包括約15至約65體積百分比的介電填料；和約35至約85體積百分比的熱固性組合物，所述熱固性組合物包括聚芳醚，和羧基官能化的聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路子組件，其中，所存在的所述介電填料的量為介電組合物的約30至約60體積百分比。
3.根據(jù)權利要求1-2所述的電路子組件，其中，所述介電組合物在不含鹵化阻燃劑的情況下通過UL94V0測試。
4.根據(jù)權利要求1-3所述的電路子組件，其中，所述介電填料包括至少以下之一二氧化硅、二氧化鈦、氫氧化鎂、鈦酸鍶、鈦酸鋇、Ba2Ti9O20、氮化硼、氮化鋁和氧化鋁。
5.根據(jù)權利要求1-4所述的電路子組件，其中，所述聚芳醚是羧基官能化的。
6.根據(jù)權利要求5所述的電路子組件，其中，所述聚芳醚是聚芳醚和環(huán)酐的反應產物。
7.根據(jù)權利要求6所述的電路子組件，其中，所述聚芳醚是聚芳醚和馬來酸酐的反應產物。
8.根據(jù)權利要求1-4所述的電路子組件，其中，所述聚芳醚是聚芳醚和苯乙烯化合物的反應產物。
9.根據(jù)權利要求1-8所述的電路子組件，其中，所述聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物是羧基官能化的。
10.根據(jù)權利要求9所述的電路子組件，其中，所述聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物是聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物和環(huán)酐的反應產物。
11.根據(jù)權利要求10所述的電路子組件，其中，所述聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物是馬來酸酐化的聚丁二烯-苯乙烯或馬來酸酐化的聚異戊二烯-苯乙烯共聚物。
12.根據(jù)權利要求1-11所述的電路子組件，包括約20至約89重量百分比wt%的聚芳醚和約1至約80wt%的聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物，均以聚芳醚和聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物的組合重量計。
13.根據(jù)權利要求1-12所述的電路子組件，還包括彈性體嵌段共聚物，所述彈性體嵌段共聚物包括衍生自烯基芳族化合物和共軛二烯的單元。
14.根據(jù)權利要求13所述的電路子組件，其中，所述烯基芳族化合物為苯乙烯，以及所述共軛二烯為聚丁二烯。
15.根據(jù)權利要求13所述的電路子組件，其中，所述彈性體嵌段共聚物是苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯_(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-(乙烯-丙烯)_苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯_(乙烯-丁烯)二嵌段共聚物或包括至少以上共聚物之一的組合。
16.根據(jù)權利要求13所述的電路子組件，其中，所述嵌段共聚物為苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或包括至少以上共聚物之一的組合。
17.根據(jù)權利要求13所述的電路子組件，其中，所述嵌段共聚物為苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的組合。
18.根據(jù)權利要求1-17所述的電路子組件，還包括布置在所述介電層表面上的第一傳導性層。
19.根據(jù)權利要求18所述的電路子組件，還包括布置在所述介電層的與所述第一傳導性層相反的表面上的第二傳導性層。
20.根據(jù)權利要求18-19所述的電路子組件，其中，所述傳導性層為銅。
21.根據(jù)權利要求18-20所述的電路子組件，其中，所述傳導性層為布線層。
22.根據(jù)權利要求1-21所述的電路子組件，其中，所述介電層未被固化或者被部分固化。
23.一種順次累積的子組件，包括 芯，其中，所述芯包括具有第一表面和相反的第二表面的介電基板層，和布置在所述介電基板層的所述第一表面上的第一芯布線層；以及具有約5到約100微米的厚度的第一介電累積層，所述第一介電累積層布置在所述第一芯布線層上，其中，所述介電累積層由權利要求1-16所述的介電組合物形成。
24.根據(jù)權利要求23所述的順次累積的子組件，其中，所述芯還包括布置在所述介電基板層的所述第二表面上的第二芯布線層，并且第二介電累積層布置在所述第二芯布線層上，其中，所述第二介電累積層由權利要求1-17所述的介電組合物形成。
25.根據(jù)權利要求23-M所述的順次累積的子組件，其中，所述芯為多層芯。
26.一種用于制造順次累積的子組件的方法，包括 提供芯，所述芯包括具有第一表面和相反的第二表面的介電基板層，和布置在所述介電基板層的所述第一表面上的第一芯布線層；以及將具有約5到約100微米的厚度的第一介電累積層層壓到所述第一芯布線層上，其中， 所述第一介電累積層由權利要求1-17之一所述的介電組合物形成。
27.根據(jù)權利要求沈所述的方法，其中，所述芯還包括布置在所述介電基板層的所述第二表面上的第二芯布線層，且所述方法還包括將所述第二介電累積層層壓在所述第二芯布線層上，其中，所述第二介電累積層由權利要求1-17之一所述的介電組合物形成。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二介電累積層被同時層壓到所述第一和第二布線層上。
29.根據(jù)權利要求27- 之一所述的方法，還包括對層壓后的第一累積層進行金屬化。
30.一種用于順次累積的子組件的芯，所述芯包括 第一電路和第二電路；以及布置在所述第一電路和所述第二電路之間的粘合層，其中，所述粘合層由權利要求 1-17之一所述的介電組合物形成。
31.根據(jù)權利要求30所述的芯，其中，所述第一電路包括第一介電層和布置于其上的第一布線層；所述第二電路包括第二介電層和布置于其上的第二布線層；以及所述粘合層布置在所述第一電路的所述第一布線層與所述第二電路的所述第二布線層之間。
32.—種多層電路，包括包含第一介電層和布置于其上的第一布線層的第一電路； 包含第二介電層和布置于其上的第二布線層的第二電路；以及布置在所述第一電路與所述第二電路之間的粘合層，其中，所述第一介電層或所述第二介電層由權利要求1-17之一所述的介電組合物形成，或者，所述第一介電層和所述第二介電層都由權利要求1-17之一所述的介電組合物形成。
33.根據(jù)權利要求32所述的所述的多層電路，其中，所述第一電路包括第一介電層和布置于其上的第一布線層；所述第二電路包括第二介電層和布置于其上的第二布線層；以及所述粘合層布置在所述第一電路的所述第一布線層與所述第二電路的所述第二布線層之間。
34.一種垂直集成互連的子組件，包括接合芯子組合體，其中，所述接合芯子組合體包括第一介電層； 第二介電層；以及布置在所述第一介電層和所述第二介電層之間的功率層，其中，所述第一和第二介電層中所選定的一個或兩個由權利要求1-16所述的介電組合物形成。
35.根據(jù)權利要求34所述的垂直集成互連的子組件，還包括布置在所述接合芯子組合體上的信號芯子組合體，其中，所述信號芯子組合體包括第一介電層； 第二介電層；布置在所述第一介電層和所述第二介電層之間的功率層；布置在所述第一介電層的與所述功率層相反的一側上的第一信號層；以及布置在所述第二介電層的與所述功率層相反的一側上的第二信號層。
36.根據(jù)權利要求34所述的垂直集成互連的子組件，其中，所述接合芯子組合體還包括布置在所述子組合體中的多個通孔；以及布置在所述多個通孔中的選定的一個或多個通孔中的電傳導性粘合劑。
37.一種用于制造垂直集成互連的子組件的方法，包括 提供接合芯子組合體，所述接合芯子組合體包括第一介電層；第二介電層；和布置在所述第一介電層和所述第二介電層之間的功率層，其中，所述第一和第二介電層中所選定的一個或兩個由權利要求1-16所述的介電組合物形成；以及將信號芯子組合體層壓到所述接合芯子組合體上，其中，所述信號芯子組合體包括 第一介電層； 第二介電層；布置在所述第一介電層和所述第二介電層之間的功率層；布置在所述第一介電層的與所述功率層相反的一側上的第一信號層；以及布置在所述第二介電層的與所述功率層相反的一側上的第二信號層。
38.根據(jù)權利要求37所述的方法，還包括在所述接合芯子組合體中形成多個通孔，并用電傳導性粘合劑填充所述通孔。
全文摘要
一種電路子組件，包括由介電組合物形成的介電層，在以該組合物的總體積計的情況下，該介電組合物包括約15至約65體積百分比的介電填料；以及約35至約85體積百分比的熱固性組合物，該熱固性組合物包括聚芳醚，以及羧基官能化的聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物。
文檔編號C08L15/00GK102481598SQ201080025702
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者斯科特·D·肯尼迪, ?？枴·保羅, 迪爾克·M·巴爾斯 申請人:羅杰斯公司