專利名稱：B－階底填密封劑及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種底填(underfill)密封劑及其應(yīng)用到半導(dǎo)體晶片的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及由環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂制備的以保護并增強微電子器件中電子元件與基板之間互連的底填密封劑化合物。微電子器件包括多種類型的電子電路元件，大體上有一同裝配在集成電路(IC)芯片中的晶體管，也有電阻、電容、和其它元件。將這些電子元件互連以形成電路，并最終連接到并被支撐在支座或基板上，例如印刷線路板。集成電路元件包括單一裸芯片、單一密封芯片或多芯片的密封組合件。單一裸晶片連接到引線架上，依次密封并連接到印刷線路板，或?qū)⑵渲苯舆B接到印刷線路板。最初，這些芯片由作為包含多芯片的半導(dǎo)體晶片而形成。將半導(dǎo)體晶片切割成所希望的單芯片或芯片封裝件。
不管元件是連接到引線架的裸芯片，還是連接到印刷線路板或其它基板的封裝件，都在電子元件上的電氣終端和基板上對應(yīng)的電氣終端之間進行連接。完成這些連接的一種方法是使用以凸點的形式應(yīng)用到元件或基板端子的聚合或金屬材料。將端子對準并接觸在一起，加熱最終的組合體以反流金屬或聚合材料并固化該連接。
在其正常的有效壽命期間，電子組合體經(jīng)受升溫和降溫的周期。由于電子元件、互連材料和基板的熱膨脹系數(shù)的差異，熱循環(huán)壓迫組合體的元件并引起組合件損壞。為了防止損壞，在元件與基板之間的間隙充滿在下文中稱為底填或底填密封劑的聚合密封劑，以增強互連材料并吸收一些熱循環(huán)應(yīng)力。
底填技術(shù)的兩個突出的用途是增強工業(yè)中已知的封裝例如芯片尺寸封裝(CSP)，其中芯片封裝件連接到基板，在彈拋片封裝中芯片通過互連陣列連接到基板。
在常規(guī)的毛細流動底填應(yīng)用中，底填的分配和固化發(fā)生在金屬或聚合物互連的反流之后。在該工序中，熔劑最初應(yīng)用在基板上的金屬襯墊上。其次，將芯片放在基板的熔劑區(qū)上，在焊接點的頂部。然后，加熱組合件以允許焊點的反流。在這一點上，底填密封劑材料的精確數(shù)量沿電子組合件的一個或多個外圍側(cè)分配，元件-基板內(nèi)的間隙毛細管作用向內(nèi)拉動材料。在充滿間隙之后，輔助的底填密封劑沿整個組合件周圍分配，以促進減少應(yīng)力集中并延長組合結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。其后固化底填密封劑以達到最佳的最終特性。
最近，提出了將工序制成流水線的設(shè)想，并在將晶片切割成單芯片之前通過在半導(dǎo)體晶片上涂敷底填密封劑來提高效率?？紤]底填單一應(yīng)用到以后被切割成大量單芯片的單一半導(dǎo)體晶片的情況，能夠通過各種方法包括絲網(wǎng)印刷、鏤花印刷術(shù)和旋涂執(zhí)行涂敷工序。
為了用作晶片量級底填密封劑，底填材料必須具有幾個重要的特性。首先，必須容易地將材料均一地應(yīng)用在晶片上，由此整個晶片有一致的涂層。應(yīng)用到晶片的底填密封劑一定不干擾將晶片分成單芯片的規(guī)則地分割。底填密封劑必須是B-階的，其意味著在密封劑設(shè)置在晶片上之后底填材料必須固化以提供具有最小的殘留溶劑的光滑、非粘性涂層。
如果起始的底填材料是固體，在溶劑中分散或溶解該固體，以形成漿料和應(yīng)用到晶片。然后加熱底填材料以蒸發(fā)溶劑，在晶片上剩下固體但未凝固的底填材料。如果起始的底填材料是液態(tài)或漿料，將底填材料分散到晶片上并加熱底填材料以部分地將其固化為固態(tài)。
B-階工序通常發(fā)生在低于大約150℃的溫度下，而不會過早地固化底填密封劑。底填密封劑的最終固化必須延遲到焊料熔化(在焊料是互連材料的情況下)并互連之后，在錫/鉛低熔點焊料的情況下B-階工藝發(fā)生在183℃的溫度下。在焊料凸點流動并互連之后，底填劑的最終固化應(yīng)當快速地發(fā)生。在單芯片最終連接到基板期間，為了能夠有凸起形式，熔化焊料凸點，并在芯片、或芯片鈍化層、基板、或焊接掩膜與焊點之間提供優(yōu)良的粘附力，底填密封劑必須流動。在具體的例子中，直接在基板上提供未填液態(tài)可固化融合材料以促進互連是有效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在將晶片切割成單芯片之前直接應(yīng)用到半導(dǎo)體晶片上的可固化B-階底填密封劑組合物。該組合物包括由環(huán)氧樹脂、含有苯酚的化合物例如苯酚或酚醛樹脂組成的熱可固化樹脂體系、溶劑、咪唑-酸酐催化劑、無機填充物、和任意地，融合劑和/或潤濕劑。也可以根據(jù)要求加入各種其它輔助物，例如去沫劑、附著力促進劑、流動添加劑和流變改良劑。底填密封劑經(jīng)B-階處理以在晶片上設(shè)置光滑、不粘的涂層并允許晶片被清潔地切割成單芯片。然后將單芯片直接連接到基板。在可選擇的實施例中，將未填液態(tài)可固化融合材料直接應(yīng)用到基板以促進與芯片的互連。
本發(fā)明的詳細描述在本發(fā)明的底填密封劑組合物中使用的樹脂是可固化化合物，其意味著它們能夠聚合。當在說明書中使用時，固化意味隨著交聯(lián)而聚合。如在現(xiàn)有技術(shù)中所理解，交聯(lián)是通過元素、分子團、或化合物的橋?qū)崿F(xiàn)兩個聚合物鏈的連接，并主要依靠加熱實現(xiàn)。
本發(fā)明的B-階底填密封劑組合物的成分包括一種或多種環(huán)氧樹脂與含有苯酚的化合物的混合物、充當催化劑的咪唑-酸酐的加合物、一種或多種溶劑、和無機填充物?？蛇x擇地，可以包括融合劑、除氣劑、流量添加劑、附著力促進劑、流變改進劑、表面活性劑和其它成分。特別地選擇這些成分以獲得希望的特殊樹脂的使用的特性平衡。選擇溶劑以溶解樹脂并因此在晶片上通過旋涂、絲網(wǎng)印刷或鏤花印刷術(shù)使組合物成為所應(yīng)用的具有適當粘性的漿料。在優(yōu)選實施例中，組合物包括無機填充物、溶劑，并且可經(jīng)B階處理，即組合物能最初固化在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生光滑、非粘性涂層。B階凝固優(yōu)選發(fā)生在大約100℃至大約150℃的溫度范圍內(nèi)。在B階處理之后，在晶片上獲得光滑、非粘性固體涂層以確保將晶片清潔地分割成單晶片。最終完全的固化發(fā)生在比B-階固化溫度高的第二溫度。通常，組合物的最終固化發(fā)生在互連形成之后。在Pb/Sn低熔點焊料的情況下，互連的形成發(fā)生在高于焊料熔點的183℃溫度下。在組合物中使用潛在催化劑、酸酐與咪唑的加合物以確保組合物適當?shù)墓袒?，而不干擾互連的形成。在B-階期間，選擇的催化劑必須阻止除了最小的預(yù)固化之外的任何固化，并必須確保膠凝不發(fā)生在B-階之后形成的非粘性表面上。優(yōu)選地，B-階固化發(fā)生在至少小于最終固化溫度30℃的溫度下。
適合用在本晶片量級底填組合物的環(huán)氧樹脂的實例包括雙酚A和雙酚F的單官能和多官能縮水甘油醚、脂肪族和芳香環(huán)氧樹脂、飽和和不飽和環(huán)氧樹脂、或脂環(huán)族環(huán)氧樹脂或其組合。脂肪族環(huán)氧樹脂的實例包括撓性環(huán)氧樹脂1。芳香環(huán)氧樹脂的實例包括RAS-1、RAS-5和撓性環(huán)氧樹脂3。
撓性環(huán)氧樹脂1 撓性環(huán)氧樹脂-3 不飽和環(huán)氧樹脂的實例包括Cardolite NC513。
非縮水甘油醚環(huán)氧化物的實例包括含有為環(huán)狀結(jié)構(gòu)的部分的兩個環(huán)氧化物基團和酯鍵的3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧化物、含有兩個環(huán)氧化物基團和其中之一是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的部分的乙烯基環(huán)己烯二氧化物、3，4-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧化物和雙環(huán)戊二烯二氧化物。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是縮水甘油醚環(huán)氧化物，可以是單獨的或者結(jié)合非縮水甘油醚環(huán)氧化物的縮水甘油醚環(huán)氧化物。該類型較佳的環(huán)氧樹脂是雙酚A樹脂。另一個較佳的環(huán)氧樹脂是雙酚F型樹脂。這些樹脂一般通過一摩爾的雙酚F環(huán)氧樹脂與兩摩爾的環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)來制備。進一步優(yōu)選型的環(huán)氧樹脂是線型酚醛環(huán)氧樹脂。線型酚醛環(huán)氧樹脂一般通過酚醛樹脂和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)來制備。優(yōu)選的環(huán)氧酚醛清漆樹脂是聚(苯基縮水甘油醚)-共聚-甲醛。也可以在本發(fā)明中使用聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂。一般通過聯(lián)苯樹脂與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)制備這種類型的樹脂。雙環(huán)戊二烯-苯酚環(huán)氧樹脂、萘樹脂、環(huán)氧官能丁二烯丙烯腈共聚物、環(huán)氧官能聚二甲基硅氧烷和其混合物是可以使用的其他類型的環(huán)氧樹脂。商用的雙酚F型樹脂是從CVC Specialty Chemicals，Maple Shade，New Jersey得到，其名稱為8230E，并可以從Resolution Performance Products LLC獲得，其名稱為RSL1739。商用雙酚A型樹脂可以從Resolution Technology買到，像EPON828，EPON1001，EPON 1002，并且混合的雙酚A和雙酚F可以從Nippon ChemicalCompany得到，其名稱為ZX-1059。也可以使用從Vantico買到的名稱為XP71756.00的樹脂。
希望的含有苯酚的化合物與非苯酚樹脂結(jié)合以生產(chǎn)混合物。含有苯酚的化合物優(yōu)選是苯酚或酚醛樹脂，并選擇含有苯酚的化合物以為最終的組合物提供高玻璃轉(zhuǎn)化溫度。特別優(yōu)選的酚醛樹脂是線型酚醛樹脂特別優(yōu)選的酚是雙酚A和二烯丙基雙酚A酚醛樹脂。線型酚醛樹脂的商用的實例是Durez12686(Oxychem)，HRJ-2190(Schenectady)，SP-560(Schenectady)，HRJ-2606(Schenectady)，HRJ-1166(Schenectady)，HRJ-11040(Schenectady)，HRJ-2210(Schenectady)，CRJ-406(Schenectady)，HRJ-2163(Schenectady)，HRJ-10739(Schenectady)，HRJ-13172(Schenectady)，HRJ-11937(Schenectady)，HRJ-2355(Schenectady)，SP-25(Schenectady)，SP-1068(Schenectady)，CRJ-418(Schenectady)，SP-1090(Schenectady)，SP-1077(Schenectady)，SP-6701(Schenectady)，HRJ-11945(Schenectady)，SP-6700(Schenectady)，HRJ-11995(Schenectady)，SP-553(Schenectady)，HRJ-2053(Schenectady)，SP-560(Schenectady)，BRWE5300(Georgia-PacificResins)，BRWE5555(Georgia-Pacific Resins)，和GP2074(Georgia-Pacific Resins)。
除了樹脂之外，咪唑-酸酐加合物作為催化劑包含在底填組合物中。加合物為底填提供的特性與由作為獨立成分的咪唑和酸酐提供的特性不同。包含在加合物中的優(yōu)選的咪唑包括非N-取代咪唑例如2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、2-苯基咪唑和咪唑。其它有用的咪唑成分包括烷基-取代咪唑、N-取代咪唑和其混合物。加合物也包括酸酐組分。較佳的酸酐優(yōu)選是脂環(huán)族酸酐，最優(yōu)選均苯四酸雙酸酐，其可以從Aldrich買到，名稱為PMDA。其他的優(yōu)選酸酐包括甲基六-氫鄰苯二甲酸酐，其可以從Lonza Inc.Intermediates and Actives買到，名稱為MHHPA。其它可以使用的酸酐包括甲基四-氫化鄰苯二甲酸酐、nadic甲基酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酸酐、十二烷基琥珀酸酐、二苯基雙酸酐、二苯甲酮四羧酸雙酸酐、和其混合物。優(yōu)選的催化劑是通過合并1摩爾份1，2，4，5-苯四羧酸雙酸酐和2摩爾份2-苯基-4-甲基咪唑來合成的。兩種組分首先在加熱的條件下溶解在丙酮中，并且當二者結(jié)合時，咪唑-雙酸酐鹽作為沉淀物形成。結(jié)合環(huán)氧樹脂和溶劑的優(yōu)選催化劑生產(chǎn)具有大大高于150℃初始固化溫度和高于183℃固化峰值溫度的未填材料。而且，優(yōu)選的催化劑提供與僅僅使用咪唑不同的改良的等待時間。
融合劑也摻合到底填組合物中。融合劑主要除去金屬氧化物并阻止再氧化。雖然可以使用許多不同的融合材料，最好優(yōu)先從羧酸組中選擇融合劑。這些羧酸包括松香樹膠、十二烷二酸(從Aldrich買到的Corfree M2)、己二酸、癸二酸、多癸二酸多酐、馬來酸、酒石酸、和檸檬酸。融合劑也可以從包括醇、羥酸和羥堿的組中選擇。優(yōu)選的融合材料包括多元醇例如乙二醇、丙三醇、3-[雙(縮水甘油基氧甲基)甲氧基]-1，2-丙烷二醇、D-核糖、D-纖維素二糖、纖維素、3-環(huán)己烯-1，1-二甲醇和類似材料。因為酸應(yīng)當足夠強以清洗焊料和基板中的氧化物，所以酸的強度是重要的因素。優(yōu)選地，酸的pKa應(yīng)當大于5。溫度為大約183℃時的酸的穩(wěn)定性是重要的，并且酸不應(yīng)當在低于183℃的溫度下分解。由于焊料在183℃時反流，經(jīng)不起該溫度的融合材料不適合用于適合的配方。
利用溶劑改變組合物的粘性。優(yōu)選地，溶劑將在發(fā)生在低于大約150℃的溫度時的B-階處理期間蒸發(fā)。容易溶解環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂、非活性的和具有從100℃至200℃范圍的適當沸點的普通溶劑可以用于本申請?？梢允褂玫娜軇┑膶嵗ㄍ?、酯、醇、醚、和穩(wěn)定并溶解組合物中環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂的其它普通溶劑。優(yōu)選的溶劑包括γ-丁內(nèi)酯和丙二醇甲基乙基醋酸酯(PGMEA)。
利用無機填充物以控制組合物的熱膨脹系數(shù)(CTE)。優(yōu)選，在由芯片與基板之間的CTE差異產(chǎn)生的在熱循環(huán)期間，無機填充物將CTE降到幫助減少焊料凸點上的應(yīng)力的大約30ppm的范圍?？梢允褂玫臒o機填充物的實例包括蛭石顆粒、云母、硅灰石、碳酸鈣、二氧化鈦、沙、玻璃、熔凝二氧化硅、煅制二氧化硅、氧化鋁、硫酸鋇、和鹵代乙烯高聚物例如四氟乙烯、三氟-乙烯、偏二氟乙烯、氟化乙烯、偏二氯乙烯、和氯乙烯。優(yōu)選的無機填充物是二氧化硅，從Admatechs買到，商標為FUSOFE。
可以將附加成分加到底填密封劑中以生產(chǎn)具有希望特性的組合物。例如，單官能活性稀釋劑能夠增量地延遲粘性的增加，而對固化底填材料的物理特性沒有不利地影響。盡管可以使用其它的稀釋劑，但優(yōu)選的稀釋劑包括對叔丁基-苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、烷基酚的縮水甘油醚(從Cardolite公司買到，名稱為Cardolite NC513)、和丁二醇二縮水甘油醚(從Aldrich買到，名稱為BDGE)?？梢岳帽砻婊钚詣椭柚乖趶棐佇酒附庸に嚭碗S后的焊點反流及材料固化期間的成孔過程?？梢岳玫母鞣N表面活性劑包括有機丙烯酸系聚合物、硅酮、聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物、基于乙二胺的聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物、基于多元醇的聚氧化烯、基于脂肪醇的聚氧化烯、脂肪醇聚氧化烯烷基醚和其混合物。另外，也可以根據(jù)需要加入偶合劑、除氣劑、流動添加劑、附著力促進劑和其它成分。
本發(fā)明的底填密封劑的優(yōu)選實施例包括至少一種環(huán)氧樹脂和至少一種苯酚/酚醛樹脂的混合物、作為催化劑的咪唑-酸酐加合物、融合劑、溶劑、無機填充物和根據(jù)要求的其它組分。樹脂混合物包括大約0.1wt％至大約99.9wt％的環(huán)氧樹脂和大約0.1％至大約99.9wt％的酚醛樹脂。優(yōu)選地，樹脂混合物包括大約40wt％至大約95wt％的環(huán)氧樹脂和大約5％至大約60wt％的苯酚/酚醛樹脂。該混合物將占底填組合物的大約20wt％至大約80wt％。咪唑-酸酐加合物也作為催化劑加入。加合物占底填組合物的大約0.01wt％至大約10wt％，并優(yōu)選占組合物的大約0.1wt％至大約5wt％。可選地，加入占組合物的大約0.5wt％至大約20wt％并優(yōu)選在組合物的大約1wt％至大約10wt％的融合劑。此外，組合物包含直至大約70wt％的填充物含量和直至60wt％的溶劑。最終，可以將占組合物的大約0.01wt％至大約5wt％的可選的組分例如表面活性劑、除氣劑、流動添加劑、流變調(diào)節(jié)劑、和附著力促進劑加入組合物。
對于使用B-階底填組合物，首先通過絲網(wǎng)印刷、旋涂或鏤花印刷術(shù)將其直接加在半導(dǎo)體晶片或單芯片上。將具有涂層的晶片或芯片加熱到初始B-階溫度并B-階固化組合物。優(yōu)選地，這產(chǎn)生了光滑并非粘性的涂層。就晶片來說，將晶片分割成單芯片。將具有B-階組合物的芯片放置在基板上，使基板鄰近B-階組合物，并將整個組合件加熱到近似183℃的溫度(在使用鉛/錫焊料的情況下)。該第二次加熱促成了基板與芯片之間互連的形成。
在可選擇的實施例中，在放置芯片之前，將包括由環(huán)氧樹脂、含有酚醛的化合物組成的未填液態(tài)可固化融合材料與咪唑/酸酐加合物的組合物直接加到基板。在底填密封劑在晶片上被B-階固化并將晶片分割成單芯片之后，將芯片放置在基板上，使未填液態(tài)可固化材料鄰近并接觸B-階材料。未填液態(tài)可固化材料易于改善焊料融合并在基板與單芯片之間實現(xiàn)互連。如實例7-9中所示，當將替換實施例的組合物放在基板上并將具有B-階組合物的芯片放置在基板上時，在反流工藝完成之后，形成優(yōu)良互連。
參照下面實例可以更好地理解本發(fā)明實例1制造包括與53份丙二醇乙基甲基醋酸酯(PGMEA-AldrichChemical)一起混合的各50份的EPON826(Shell Epoxy Resins)和HRJ2190(Schenectady International)的底填密封劑材料。將該混合物加熱到143℃并保持5小時30分鐘。將最終均勻的混合物冷卻到25℃。冷卻后，加入108份FUSOFE(Admatechs)、0.5份BYK-W9010(BYK-Chemie)、0.5份A-187(Silquest)、1.8份乙烯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物(VDT-131，從Gelest有限公司買到)、和0.4份2-苯基4-甲基咪唑(2P4MZ)/均苯四酸二酸酐(PMDA)加合物。然后，將配方在Double Planetary Ross混合器中分散六小時?；旌系牡滋畈牧喜缓瑲馀?，在緩慢剪切時沒有夾帶空氣，并在1s-1的剪切速率時具有30,000cP(30Pa’s)的粘度。然后，通過鏤花工藝將底填材料分配在玻璃覆蓋片(25mm×25mm)上，以生成110微米厚的涂層。然后，將涂層片放置在預(yù)熱到135℃的加熱板上并B-階處理15分鐘。在B-階處理之后，發(fā)現(xiàn)涂層光滑、不粘并且無空隙。通過DSC發(fā)現(xiàn)涂層的玻璃轉(zhuǎn)化溫度為大約46℃。玻璃轉(zhuǎn)化溫度在用于提供規(guī)則切割由B-階底填組合物涂覆的晶片的希望的范圍內(nèi)。
實例2根據(jù)實施例1中陳述的方法配制底填組合物。材料分配在一片OSP Cu終加工的FR4板上。20毫英寸直徑的低熔點焊球放置在材料中。通過在材料的頂部上放置25mm×25mm玻璃蓋片并將玻璃片推進與焊球接觸而將過量的材料切斷。以這種方法，將材料的厚度控制在20毫英寸之內(nèi)。在除去片之后，將該組合件放置在120℃的真空烘爐上并B-階處理30分鐘。在B-階處理之后，獲得光滑、無空隙、并且不粘的涂層。由于在B-階處理期間蒸發(fā)了溶劑并且涂層薄了大約20％，所以涂層中的焊球從涂層突出。在樣品被面向下地放置在1’×3’玻璃片上后，將整個組合件放在被預(yù)熱到160℃的加熱板上。兩分鐘后，該組合件被轉(zhuǎn)移到另一個被預(yù)熱到240℃的加熱板上加熱1分鐘。檢查玻璃片，觀察到焊球潤濕了玻璃片并擴大了面積。焊球的增大暗示著密封材料沒有過早地固化并沒有干擾焊球的擴展和互連的形成。
實例3為了在也涉及未填環(huán)氧樹脂/酚醛材料的連接方法中測試底填材料的工作性能，根據(jù)實施例1的工藝配制底填組合物。然后，將材料放置在25mm×25mm玻璃蓋片上并將低熔點焊球放在接著進行B-階處理的涂層上。也制備未填組合物。用70份的RSL1739、10份的Flex-1及10份酚醛HRJ1166配制未填環(huán)氧樹脂/酚醛組合物。這三種樹脂混合在一起，而沒有加入溶劑，然后加入0.5份的2P4MZ/PMDA咪唑/酸酐加合物及10份的Corfree M2。最終的材料在室溫下是液態(tài)并在1S-1時具有大約6,500cP(6.5Pa·s)的粘度。將一滴未填組合物放置在用Cu終加工的FR-4板上。用填充的環(huán)氧樹脂/酚醛材料涂覆25mm×25mm蓋片，將低熔點焊球放置在涂層中并對組合件進行B-階處理。將含有B-階環(huán)氧樹脂/酚醛涂層的蓋片面向下地放置在基板上，其上有一滴未填組合物。然后，將上述組合件放在已被預(yù)熱到240℃的加熱板上。觀察到焊球的融合和與基板的互連。也通過由2P4MZ/PMDA加合物提供的潛在固化，確保未填組合物的固化之前的焊球流向。未填組合物也流動并在固化之前形成圍繞蓋片的完整的焊腳。在該實例中使用的方法與現(xiàn)行的表面安裝技術(shù)兼容。在反流工藝中未填組合物的表面張力有助于保持并自動對準該蓋片。同時，未填組合物的液態(tài)形式在蓋片與基板之間提供了更好的焊腳形成、潤濕和附著力。這種對芯片和基板使用不同材料的方法也預(yù)防了在焊料凸點和晶片上夾帶空氣和填充物的潛在的問題。
實例4如表1中所示根據(jù)實例1的方法制備底填密封組合物的五種配方。為了確定催化劑的比例和存在的影響，改變2P4MZ/PMDA加合物的裝入量并且在一種配方中催化劑是2P4MZ而不是加合物。
表1使用不同的催化劑的環(huán)氧樹脂/酚醛配方

如表1中所示，2P4MZ/PMDA加合物的使用將環(huán)氧樹脂-酚醛體系的固化改變?yōu)楸饶切┦褂?P4MZ的配方至少高15℃的溫度。該溫度變換提供了用于融合并在底填材料固化之前形成互連的低熔點焊料的更長時間的窗口。當用配方A1涂覆的焊料凸點芯片通過反流工藝時，確定了焊料凸點到基板的融合、反流和互連。在用配方A2涂覆的凸起芯片情況下，涂層在焊料反流之前固化。而且，表1說明了當減少2P4MZ/PMDA的加入量時，固化被延遲到更高的溫度并且固化的熱函也更高。這暗示能夠最小化在B-階期間的任何預(yù)固化并且在加入較低的催化劑時能夠更高效地利用催化劑的潛在固化。可以根據(jù)不同的焊料類型調(diào)整并選擇希望的組合物催化劑加入量，因而得到不同的固化形式。
實例5如表2中所示配制底兩種填密封劑。改變環(huán)氧樹脂-酚醛樹脂的比例以確定比例對于系統(tǒng)固化的影響。
表2樹脂/加合物的DSC固化結(jié)果

表2說明了環(huán)氧樹脂/酚醛的混合比率對固化的熱函的影響。當將環(huán)氧樹脂/酚醛的比例從9∶1降到4∶1時，固化的熱函增加一倍以上。加倍歸因于每單位酚醛樹脂重量的更多的官能團。根據(jù)實例1中所述的方法配制三種補充的底填密封劑。如表3所示，改變樹脂和加合物的比例。這些配方的涂層經(jīng)B-階處理并在DSC中研究它們的固化形式。
當因為可用的沃爾什碼空間的變化而使較多的碼源可用于交織編碼比特的重發(fā)時，也可在圖8的例子中使用部分跟蹤組合器314。例如，如果在圖8中，Nres1＝3且Nres＝8，cbuf將如下所示

在圖9的例子中，部分跟蹤組合器314組合了來自在碼3固化融合材料。兩種樹脂混合在一起，而沒有加入溶劑，然后加入0.5份的2P4MZ和PMDA加合物及10份的融合劑Corfree M2。最終的材料在室溫下是液態(tài)并具有大約10,000cP的粘度。對于該實例的目的，這第二組合物被稱為材料B。
在充當基板的一片F(xiàn)R4板上放置一滴材料B。將用B-階固化材料A涂覆的玻璃蓋片面向下地放置在基板上，所以材料A和B彼此接觸。然后，將整個組合件放置在已預(yù)熱到240℃的加熱板上。在加熱之后，觀察到焊球面積增大，表明焊料融合并形成互連。并且，在反流工藝之后，觀察到圍繞蓋片的整個焊腳。
實例8實施這個實例以確定使用實例7的方法組合的封裝件相對于不用底填液態(tài)可固化材料組合的封裝件的附著力。起初，用實例1中描述的含有環(huán)氧樹脂/酚醛的底填組合物涂敷2mm×2mm硅管芯。在125℃真空條件下對管芯進行B-階處理30分鐘以在管芯的表面上獲得光滑、不粘涂層。切割1/2英寸×1/2英寸多片F(xiàn)R-4基板并在150℃下對其預(yù)烘烤40分鐘以消除任何濕氣。在第一測試方法(方法I)中，將一滴未填液態(tài)可固化材料放置在預(yù)烘烤的FR-4基板片并將管芯面向下地放置在基板上。在第二測試方法(方法II)中，將硅管芯直接放置在裸FR-4基板片上，而在基板上沒有未填可固化材料。然后，根據(jù)兩種方法準備的組合件通過反流爐以形成封裝件。在根據(jù)方法II形成的封裝件中觀察到填充的底填材料沿管芯的邊緣散開，但沒有沿管芯的邊緣攀移以形成完整的焊腳。根據(jù)方法I準備的薄片圍繞管芯的邊界形成完整的焊腳。低粘度未填液態(tài)可固化材料精確地流動并沿芯片的邊緣攀移以形成焊腳。然后，通過記錄從FR-4基板剪切管芯的最高力的管芯剪切測試來測試所有芯片。通過Royce儀器管芯-剪切測試器來記錄峰值切斷力。剪切由各種方法形成的二十個封裝件并記錄平均剪切力。發(fā)現(xiàn)所有的封裝件在芯片/材料A界面處都損壞。根據(jù)方法II形成的封裝件的平均峰值力是13.5±3.5kgf。根據(jù)方法I形成的封裝件的平均峰值力是19.9±2.6kgf。由于由未填材料B的幫助形成更大焊腳，所以發(fā)現(xiàn)在根據(jù)方法A形成的封裝件的損壞之前的峰值力更高。因而，通過在連接之前使用兩種不同但兼容的材料涂敷芯片和基板使附著力提高了大約25％。如現(xiàn)有技術(shù)中所理解，優(yōu)良的潤濕和那些材料之間的附著力、以及形成良好的焊腳是獲得封裝件的可靠性的根本。表5中顯示了管芯剪切結(jié)果。
表5管芯剪切測試結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種B-階底填密封劑，其中密封劑在B-階處理期間固化以在半導(dǎo)體晶片或硅芯片上產(chǎn)生光滑、不粘表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的B-階密封劑，包括a)包括至少一種環(huán)氧樹脂和至少一種含有苯酚的化合物的混合物的熱可固化樹脂體系；b)咪唑-酸酐加合物；c)至少一種溶劑；以及d)至少一種無機填充物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中至少一種環(huán)氧樹脂選自包括雙酚A的單官能和多官能縮水甘油醚、雙酚F的單官能和多官能縮水甘油醚、脂肪族環(huán)氧樹脂、芳香環(huán)氧樹脂、飽和環(huán)氧樹脂、不飽和環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、具有以下結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂或其混合物的組
4.根據(jù)權(quán)利要求3的密封劑，其中至少一種環(huán)氧樹脂選自由3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧化物、乙烯基環(huán)己烯二氧化物、3，4-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧化物、雙環(huán)戊二烯二氧化物、雙酚A樹脂、雙酚F型樹脂、環(huán)氧酚醛清漆樹脂、聚(苯基縮水甘油醚)-共聚-甲醛、聯(lián)二苯型環(huán)氧樹脂、二環(huán)戊二烯-苯酚環(huán)氧樹脂、萘環(huán)氧樹脂、環(huán)氧官能丁二烯丙烯腈共聚物、環(huán)氧官能聚二甲基硅氧烷、和其混合物組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中含有苯酚的化合物選自包括酚醛樹脂、苯酚或其混合物的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的密封劑，其中含有苯酚的化合物包括酚醛清漆樹脂、二烯丙基雙酚A、雙酚A或其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的密封劑，其中至少一種環(huán)氧樹脂占環(huán)氧樹脂/含有苯酚的化合物的混合物的大約0.1wt％至大約99.9wt％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的密封劑，其中環(huán)氧樹脂占密封劑的大約40wt％至大約95wt％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的密封劑，其中至少一種含有苯酚的化合物占環(huán)氧樹脂/含有苯酚的化合物的混合物的大約0.1wt％至大約99.9wt％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的密封劑，其中至少一種含有苯酚的化合物占環(huán)氧樹脂/含有苯酚的化合物的混合物的大約5wt％至大約60wt％。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的密封劑，其中至少一種環(huán)氧樹脂/含有苯酚混合物占密封劑的大約20wt％至大約80wt％。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中咪唑-酸酐加合物包括選自包括苯均四酸二酐、甲基六-氫鄰苯二甲酸酐、甲基四-氫化鄰苯二甲酸酐、nadic甲基酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、十二烷基丁二酸酐、鄰苯二甲酸酐、二苯基雙酸酐、二苯甲酮四羧酸雙酸酐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基-咪唑、烷基-取代咪唑、三苯膦、鎓硼酸鹽、非N-取代咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、2-苯基咪唑、咪唑、N-取代咪唑及其混合物的組的咪唑和酸酐的加合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的密封劑，其中咪唑-酸酐加合物包括2-苯基-4-甲基咪唑和均苯四酸二酐的加合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的密封劑，其中咪唑-酸酐加合物占密封劑的大約0.01wt％至大約10wt％。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的密封劑，其中咪唑-酸酐加合物占密封劑的大約0.1wt％至大約5wt％。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中至少一種溶劑選自包括在組合物中穩(wěn)定并溶解環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂的溶劑的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的密封劑，其中至少一種溶劑選自包括酮、酯、醇、醚、γ-丁內(nèi)酯和丙二醇甲基乙基醋酸酯(PGMEA)和其混合物的組。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的密封劑，其中至少一種溶劑包括γ-丁內(nèi)酯和丙二醇甲基乙基醋酸酯(PGMEA)和其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的密封劑，其中溶劑占密封劑的最高大約60wt％。
20.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中至少一種無機填充物選自包括蛭石、云母、硅灰石、碳酸鈣、二氧化鈦、沙、玻璃、熔凝二氧化硅、煅制二氧化硅、氧化鋁、硫酸鋇、和鹵代乙烯高聚物例如四氟乙烯、三氟-乙烯、偏二氟乙烯、氟化乙烯、偏二氯乙烯、氯乙烯和其混合物的組。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的密封劑，其中至少一種無機填充物是二氧化硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的密封劑，其中至少一種無機填充物占密封劑的最高大約70wt％。
23.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，還包括至少一種融合劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的密封劑，其中至少一種融合劑選自包括羧酸、松香樹膠、十二烷二酸、己二酸、癸二酸、多癸二酸多酐、馬來酸、酒石酸、檸檬酸、醇、羥酸和羥堿、多元醇例如乙二醇、丙三醇、3-[雙(縮水甘油基氧甲基)甲氧基]-1，2-丙烷二醇、D-核糖、D-纖維素二糖、纖維素、3-環(huán)己烯-1，1-二甲醇和其混合物的組。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的密封劑，其中至少一種融合劑包括松香樹膠、十二烷二酸、己二酸、或其混合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的密封劑，其中至少一種融合劑占密封劑的大約0.5wt％至大約20wt％。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的密封劑，其中至少一種融合劑占密封劑的大約1wt％至大約10wt％。
28.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中密封劑還包括一個或多個由表面活性劑、偶合劑、活性稀釋劑、除氣劑、流動添加劑、粘合促進劑和其混合物組成的組。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的密封劑，其中表面活性劑選自由有機丙烯酸系聚合物、硅酮、環(huán)氧硅酮、聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物、基于乙二胺的聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物、基于多元醇的聚氧化烯、基于脂肪醇的聚氧化烯、脂肪醇聚氧化烯烷基醚和其混合物組成的組。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的密封劑，其中活性稀釋劑選自包括對叔丁基-苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、甘油二縮水甘油基醚、烷基的縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油基醚和其混合物的組。
31.根據(jù)權(quán)利要求2的密封劑，其中將底填密封劑應(yīng)用到半導(dǎo)體晶片并在將半導(dǎo)體晶片切割成單芯片之前進行B-階處理。
32.一種具有沉積在晶片的一個表面上的B-階底填組合物的硅晶片，B-階組合物包括a)包括至少一種環(huán)氧樹脂和至少一種含有苯酚的化合物的混合物的熱可固化樹脂體系；b)咪唑-酸酐加合物；c)至少一種溶劑；以及d)至少一種無機填充物。
33.一種制備一個或多個硅芯片的方法，包括如下步驟a)將權(quán)利要求2的密封劑應(yīng)用于半導(dǎo)體晶片；b)B-階處理半導(dǎo)體晶片上的密封劑由此密封劑固化成光滑、不粘涂層；以及c)將半導(dǎo)體晶片分割成單硅芯片。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中通過旋涂、絲網(wǎng)印刷或鏤花印刷術(shù)將密封劑應(yīng)用于半導(dǎo)體晶片。
35.一種制備電子封裝件的方法，包括a)將權(quán)利要求2的密封劑應(yīng)用于半導(dǎo)體晶片；b)B-階處理半導(dǎo)體晶片上的密封劑由此密封劑固化成光滑、不粘涂層；c)將半導(dǎo)體晶片分割成多于一片硅芯片，每一個芯片都有用密封劑涂敷的第一面；d)將一個或多個硅芯片放置在基板上由此硅芯片的第一面鄰接到基板；以及e)將基板和至少一個硅芯片加熱到足以在至少一個硅芯片與基板之間形成互連的溫度并固化密封劑。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，包括在將硅芯片放置在基板上之前將未填液態(tài)可固化融合材料放置在基板上的輔助步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中未填液態(tài)可固化融合材料包括a)包括至少一種環(huán)氧樹脂和至少一種含有苯酚的化合物的混合物的熱可固化樹脂體系；b)咪唑-酸酐加合物；以及c)至少一種融合劑。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中咪唑-酸酐加合物包括選自包括苯均四酸二酐、甲基六-氫鄰苯二甲酸酐、甲基四-氫化鄰苯二甲酸酐、nadic甲基酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、十二烷基丁二酸酐、鄰苯二甲酸酐、二苯基雙酸酐、二苯甲酮四羧酸雙酸酐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基-咪唑、烷基-取代咪唑、三苯膦、鎓硼酸鹽、非N-取代咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、2-苯基咪唑、咪唑、N-取代咪唑及其混合物的組的咪唑和酸酐的加合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中咪唑-酸酐加合物包括2-苯基-4-甲基咪唑和苯均四酸二酐的加合物。
全文摘要
一種在將晶片分割成單芯片之前直接應(yīng)用在半導(dǎo)體晶片上的可固化底填密封劑組合物。該組合物包括由環(huán)氧樹脂、含有苯酚的化合物例如苯酚和酚醛樹脂組成的熱固化樹脂體系、溶劑、咪唑－酸酐固化劑、無機填充物、融合劑、和可選擇的潤濕劑。根據(jù)需要也可加入各種其它輔助物例如消泡劑、附著力促進劑、流動添加劑和流變調(diào)節(jié)劑。底填密封劑可經(jīng)B－階處理以在晶片上提供光滑、不粘的涂層并允許晶片被清潔地切割成單芯片。一種生產(chǎn)包含B－階材料的電子封裝件的方法，該方法也可以在與芯片連接的基板上利用未填充液態(tài)可固化融合材料。
文檔編號H01L23/29GK1639852SQ03804934
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者Q·K·童, Y·肖, B·馬, G·杜特 申請人:國家淀粉及化學(xué)投資控股公司