專利名稱：具有烯丙基或乙烯基的環(huán)氧樹脂芯片固定粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由于帶烯丙基或乙烯基不飽和度的環(huán)氧樹脂的存在而具有改進粘合力的芯片固定(die attach)粘合劑。
背景技術(shù)：
在半導體封裝的加工和組裝方面，粘合劑組合物具有非常廣泛的用途，例如將集成電路芯片粘接到引線框架或其它基板上，將電路組件粘接或組裝到印刷線路板上。對于這些應用的主要的要求是快速固化和高粘結(jié)強度，習慣上都是采用環(huán)氧樹脂來實現(xiàn)的。但是環(huán)氧樹脂具有脆性，于是我們評估和采用了別的樹脂材料使芯片固定粘合劑具有柔性、疏水性以及其它性質(zhì)。然而替代樹脂材料反過來又不總是具備環(huán)氧樹脂提供的強大粘合力。因此，就需要研制出一種芯片固定粘合劑，它具有綜合平衡的性能以滿足對在半導體封裝生產(chǎn)中所用粘合劑的各種要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種粘合劑組合物，它包括(a)可經(jīng)自由基聚合而固化，即具有碳-碳不飽和度的樹脂，或者可經(jīng)硅氫化作用(hydrosilation)而固化，即含有硅-氫基團的樹脂；(b)含有烯丙基或乙烯基不飽和度的環(huán)氧化合物；(c)樹脂固化劑和環(huán)氧固化劑；(d)任選的一種或多種填料。組合物還可包括粘接促進劑或偶聯(lián)劑。發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)加入含烯丙基或乙烯基不飽和度的環(huán)氧化合物，可使含碳-碳不飽和度的基礎樹脂的粘合力獲得意想不到的提高。在另一種實施方案中，本發(fā)明是用發(fā)明的粘合劑將半導體芯片粘接到基板上的半導體封裝。
可作為微電子應用中的粘合劑的自由基可固化樹脂包括，例如Ciba Specialty Chemicals生產(chǎn)的馬來酰亞胺、Gelest生產(chǎn)的硅氧烷和聚硅氧烷、BASF生產(chǎn)的聚醚、Uniqema或Bayer生產(chǎn)的聚酯、Elf-Atochem生產(chǎn)的聚丁二烯、Bayer或BASF生產(chǎn)的聚氨基甲酸酯、Sartomer或UCB Radcure生產(chǎn)的丙烯酸酯樹脂。經(jīng)硅氫化作用固化的硅氧烷和聚硅氧烷可以是線性或環(huán)狀聚合物，且每個分子至少含有兩個硅-氫官能度。聚醚、聚酯和聚氨基甲酸酯最好包含末端不飽和度，但也可以在聚合物鏈中包含不飽和度。從業(yè)者將會選擇特定的樹脂以在最終制劑中提供特殊材料性質(zhì)，如流變性、親水性或疏水性、韌性、強度、或者柔性。該樹脂將占粘合劑組合物的10-80％(重量)。
環(huán)氧化合物可以是任何具有烯丙基或乙烯基官能度的環(huán)氧化合物。實例包括2，6-二縮水甘油苯基烯丙醚、二氧化苧烯、縮水甘油乙烯基苯甲醚或縮水甘油乙烯醚。環(huán)氧化合物將占粘合劑組合物的0.1-30％(重量)。
用于基礎樹脂的典型固化劑是自由基引發(fā)劑，它可以是熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑。引發(fā)劑占粘合劑組合物的量為0.1％-10％，最好為0.1％-3.0％(重量)。優(yōu)選的熱引發(fā)劑包括過氧化物，例如過氧辛酸丁酯、過氧化二枯基以及偶氮化合物，如2，2’-偶氮雙(2-甲基-丙腈)和2，2’-偶氮雙(2-甲基-丁腈)。優(yōu)選光引發(fā)劑系列是Ciba Specialty Chemicals的商標為Irgacure的引發(fā)劑。在一些制劑中，光固化和熱固化都是需要的，舉例來說，固化過程由輻照開始，在隨后的步驟中則用熱來結(jié)束固化。
用于環(huán)氧樹脂上的環(huán)氧官能度的典型固化劑是路易斯堿，例如胺，如從Air Products購買的Ancamine 2337xs和4，4’-雙(對氨基環(huán)己基)甲烷；咪唑，如Shikoku Chemicals的產(chǎn)品curezol 2E4MZ-CN；酰胺，如Air Products的產(chǎn)品二氰胺(Dicyanamide)；聚酰胺，如Henkel的產(chǎn)品Versamide 140；叔胺，如Air Products的產(chǎn)品Amicure DBU。也可選用路易斯酸代替路易斯堿來引發(fā)陽離子固化，如Rhodia的產(chǎn)品Rhodorasil 2074[(甲苯基枯基)碘四(五氟苯基)硼酸鹽]或GeneralElectric的產(chǎn)品GE UV9380C。組合物中用于環(huán)氧官能度的固化劑將占總配方的0.1-3％(重量)。
一般，這些組合物將在70℃-250℃的溫度范圍內(nèi)固化，并在10秒到3小時內(nèi)完成固化。各配方的時間溫度固化曲線圖將隨各配方組分的變化而變化，但對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，不需要做不恰當?shù)脑囼灳涂烧{(diào)節(jié)固化曲線的參數(shù)。
在一些組合物中需要加入有機或無機填料。合適的傳導性填料是炭黑、石墨、金、銀、銅、鉑、鈀、鎳、鋁、碳化硅、氮化硼、金剛石以及礬土。合適的非傳導性填料是蛭石、云母、硅灰石、碳酸鈣、二氧化鈦、沙、玻璃、熔凝硅石、熱解法二氧化硅、硫酸鋇的顆粒；和鹵化乙烯聚合物，如四氟乙烯、三氟乙烯、1，1-二氟乙烯、氟乙烯、1，1-二氯乙烯和氯乙烯。雖然是任意的，但當填料存在時，其含量將占組分的20％-90％(重量)。
合適的粘接促進劑或偶聯(lián)劑是硅烷、硅酸酯、金屬丙烯酸鹽或甲基丙烯酸鹽、鈦酸鹽以及含螯合配體的化合物，如膦、硫醇、乙酰乙酸酯(acetoacetate)。當存在時，偶聯(lián)劑的含量最多為10％(重量)，最好為0.1％-3.0％(重量)。
下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而非對本發(fā)明的限制。
具體實施例方式
采用稱為JESD22-A112的JEDEC Solid State TechnologyAssociation的試驗方案對半導體封裝進行可靠性試驗，所用半導體包括用粘合劑粘接于引線框架(leadframe)的連接焊片(bond pad)上的硅片，被封在模塑復合體(molding compound)內(nèi)的芯片(die)和引線框架。在該方法中，半導體封裝在85℃和85％相對濕度條件下被放置168小時，隨后暴露于240℃的采用鋸齒形分布的標準回流焊的紅外線烘箱中達5分鐘。部件的可靠性破壞表現(xiàn)為部件接口的脫層或模塑復合體有裂縫。
上述試驗中，發(fā)明者將芯片粘接于引線框架以檢測粘合劑的性能，它是用芯片固定粘合劑將芯片粘接于引線框架的非密封組件。在這些試驗中，非密封組件在175℃的烘箱中固化30分鐘。固化之后，這些組件被分為兩組。在暴露于熱的干燥環(huán)境中后，包括先在240℃下1分鐘，隨后在175℃下4小時，測試第一組的芯片的剪切強度。
在暴露濕熱環(huán)境中，包括在85％相對濕度和85℃下168小時后，測試第二組的芯片剪切強度。
經(jīng)過上述處理后，將各組件加熱至250℃，之后將芯片從基板上剪切下來。一些組件表現(xiàn)為將芯片粘接到引線框架的粘結(jié)劑內(nèi)聚模式破壞(cohesive mode failure)，另一些組件表現(xiàn)為將芯片粘接到引線框架的粘結(jié)劑粘合模式失效(adhesive mode failure)。
在采用經(jīng)相同粘結(jié)劑粘接的密封包裝進行的JEDEC測試方法中，那些發(fā)生內(nèi)聚模式破壞的粘結(jié)劑具有較高的可靠性；而在采用經(jīng)相同粘結(jié)劑粘接的密封包裝進行的JEDEC測試方法中，那些發(fā)生粘合模式失效的粘結(jié)劑給出了潔凈的金屬表面，具有較低可靠性。
在以下實施例中，對含有或不含有帶烯丙基或乙烯基官能度的環(huán)氧樹脂的制劑，采用上述方案測試其在熱的干燥環(huán)境下的芯片剪切強度和其在濕熱環(huán)境下的芯片剪切強度(以千克力計)。所用芯片是粘接于裸銅或鍍銀引線框架的12.5mm×12.5mm×0.38mm的硅片。
粘結(jié)劑組合物和測試結(jié)果列于下表中，從該表可知，含有帶烯丙基或乙烯基官能度的環(huán)氧樹脂的粘結(jié)劑制劑在濕熱環(huán)境下的芯片剪切力測試中內(nèi)聚模式破壞，而不含帶烯丙基或乙烯基官能度的環(huán)氧樹脂的制劑則粘合模式破壞。因此，數(shù)據(jù)顯示含有帶乙烯基或烯丙基不飽和度的環(huán)氧化合物的制劑可提高粘結(jié)劑性能以及半導體包裝可靠性。組合物用重量百分比表示。
實施例1

實施例2

注意兩種制劑對于鍍銀引線框架的粘合力都令人滿意。
實施例3

*將濃縮溶液用環(huán)狀甲基乙烯基硅氧烷稀釋至約5000ppm Pt濃度。**料粘合劑組合物被調(diào)制在金屬引線框架上，然后將其放在對流烘箱內(nèi)用30分鐘將溫度從室溫升至175℃，然后在175℃保持15分鐘進行固化。
權(quán)利要求
1.一種芯片固定(die attach)粘合劑組合物，它包括(a)可經(jīng)自由基聚合或者硅氫化作用(hydrosilation)而固化的樹脂，其所占的量為10％-80％(重量)；(b)含有乙烯基或烯丙基官能度的環(huán)氧化合物，其所占的量為0.1％-30％(重量)；(c)用于環(huán)氧化合物的固化劑，其所占的量為0.1％-3％(重量)；(d)用于樹脂的固化劑，其所占的量為0.1％-10％(重量)；和(e)任選的填料，其所占的量為20％-90％(重量)。
2.依照權(quán)利要求1的芯片固定粘合劑，其中樹脂選自馬來酰亞胺、聚醚、聚酯、聚丁二烯、聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯、硅氧烷和聚硅氧烷。
3.依照權(quán)利要求1的芯片固定粘合劑，其中環(huán)氧化合物選自2，6-二縮水甘油苯基烯丙醚、二氧化苧烯、縮水甘油乙烯基苯甲醚和縮水甘油乙烯醚。
4.依照權(quán)利要求1的芯片固定粘合劑，其中有填料存在，填料選自炭黑、石墨、金、銀、銅、鉑、鈀、鎳、鋁、碳化硅、氮化硼、金剛石、礬土、蛭石、云母、硅灰石、碳酸鈣、二氧化鈦、沙、玻璃、熔凝硅石、熱解法二氧化硅、硫酸鋇、四氟乙烯、三氟乙烯、1，1-二氟乙烯、氟乙烯、1，1-二氯乙烯和氯乙烯。
全文摘要
具有增強粘接強度的粘合劑組合物,它包含基礎樹脂和帶烯丙基或乙烯基官能度的環(huán)氧樹脂。該組合物可用于微電子行業(yè)。
文檔編號C09J201/00GK1332217SQ0112256
公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者M·R·博諾, Y·K·辛, G·霍爾恩, M·索布查克 申請人:國家淀粉及化學投資控股公司