專利名稱：具有烯丙基或乙烯基的環氧樹脂芯片固定粘合劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及由于帶烯丙基或乙烯基不飽和度的環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：
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強度，習慣上都是采用環氧樹脂來實現的。但是環氧樹脂具有脆性，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。然而替代樹脂材料反過來又不總是具備環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中所用粘合劑的各種要求。

發明內容
本發明是一種粘合劑組合物，它包括(a)可經自由基聚合而固化，即具有碳-碳不飽和度的樹脂，或者可經硅氫化作用(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氧化合物；(c)樹脂固化劑和環氧固化劑；(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劑。發明者們發現加入含烯丙基或乙烯基不飽和度的環氧化合物，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，本發明是用發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生產的馬來酰亞胺、Gelest生產的硅氧烷和聚硅氧烷、BASF生產的聚醚、Uniqema或Bayer生產的聚酯、Elf-Atochem生產的聚丁二烯、Bayer或BASF生產的聚氨基甲酸酯、Sartomer或UCB Radcure生產的丙烯酸酯樹脂。經硅氫化作用固化的硅氧烷和聚硅氧烷可以是線性或環狀聚合物，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，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)。
環氧化合物可以是任何具有烯丙基或乙烯基官能度的環氧化合物。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劑，它可以是熱引發劑或光引發劑。引發劑占粘合劑組合物的量為0.1％-10％，最好為0.1％-3.0％(重量)。優選的熱引發劑包括過氧化物，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)。優選光引發劑系列是Ciba Specialty Chemicals的商標為Irgacure的引發劑。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束固化。
用于環氧樹脂上的環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(對氨基環己基)甲烷；咪唑，如Shikoku Chemicals的產品curezol 2E4MZ-CN；酰胺，如Air Products的產品二氰胺(Dicyanamide)；聚酰胺，如Henkel的產品Versamide 140；叔胺，如Air Products的產品Amicure DBU。也可選用路易斯酸代替路易斯堿來引發陽離子固化，如Rhodia的產品Rhodorasil 2074[(甲苯基枯基)碘四(五氟苯基)硼酸鹽]或GeneralElectric的產品GE UV9380C。組合物中用于環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℃的溫度范圍內固化，并在10秒到3小時內完成固化。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，但對于熟悉本領域的技術人員而言，不需要做不恰當的試驗就可調節固化曲線的參數。
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明的進一步說明，而非對本發明的限制。
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為部件接口的脫層或模塑復合體有裂縫。
上述試驗中，發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。一些組件表現為將芯片粘接到引線框架的粘結劑內聚模式破壞(cohesive mode failure)，另一些組件表現為將芯片粘接到引線框架的粘結劑粘合模式失效(adhesive mode failure)。
在采用經相同粘結劑粘接的密封包裝進行的JEDEC測試方法中，那些發生內聚模式破壞的粘結劑具有較高的可靠性；而在采用經相同粘結劑粘接的密封包裝進行的JEDEC測試方法中，那些發生粘合模式失效的粘結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氧樹脂的制劑，采用上述方案測試其在熱的干燥環境下的芯片剪切強度和其在濕熱環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。
粘結劑組合物和測試結果列于下表中，從該表可知，含有帶烯丙基或乙烯基官能度的環氧樹脂的粘結劑制劑在濕熱環境下的芯片剪切力測試中內聚模式破壞，而不含帶烯丙基或乙烯基官能度的環氧樹脂的制劑則粘合模式破壞。因此，數據顯示含有帶乙烯基或烯丙基不飽和度的環氧化合物的制劑可提高粘結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制在金屬引線框架上，然后將其放在對流烘箱內用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。
權利要求
1.一種芯片固定(die attach)粘合劑組合物，它包括(a)可經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氧化合物，其所占的量為0.1％-30％(重量)；(c)用于環氧化合物的固化劑，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.依照權利要求1的芯片固定粘合劑，其中環氧化合物選自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氧樹脂。該組合物可用于微電子行業。
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 優先權日2000年7月7日
發明者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