用于电子器件的低成洞性非流动助熔底部填充剂制造技术

非流动助熔底部填充剂，其具有含有酚类组分和酐组分的硬化剂组分，其中酚类组分与酐组分的摩尔比为大约０．１∶１至大约２∶１，或大约０．８∶１至大约１．２∶１。底部填充剂制备方法，包括将环氧组分与酚类组分掺合、加热该掺合物、并在掺入酐组分之前将该掺合物冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及底部填充剂组合物和在具有焊料互连点的电子器件中用于器件连接的方法。
技术介绍
电阻器、电容器、感应器、晶体管、集成电路和芯片载体之类的电元件通常根据两种构造之一安装在电路板上。在第一种构造中，将元件安装在板的一面上，且来自元件的导线贯穿板中的孔并在板的另一面上焊接。在第二种构造中，将元件焊接到电路板的与安装元件相同的面上。后一种情况中的器件被称作“表面组装的”。电子元件的表面组装被用于制造小电路结构，且非常有助于工序自动化。一种被称作面积阵列封装的表面组装器件类型包括具有许多与安装在器件底面上的垫片连接的连接导线的电子元件，例如集成电路。面积阵列封装的例子包括倒装芯片、芯片级封装(CSP)和球栅阵列(BGA)。在面积阵列封装的使用方面，为电路板或器件提供位于与各器件底面上和电路板表面上的垫片相对应的位置的焊块或焊球(下文称作“突块”或“焊块”)。如下安装该器件(a)将其与板接触以使焊块夹在板上的垫片和器件上的相应垫片之间；(b)将该组装件加热至使焊料回流(即熔融)的程度；和(c)将组装件冷却。在冷却时，焊料硬化，由此将器件安装到板上。面积阵列技术中的公差是关键的，因为各个器件之间的间距以及器件和板之间的间距通常很小。例如，从板表面到芯片底部的倒装芯片间距通常为大约15至大约75微米，且有望在近期达到大约10微米。与面积阵列技术有关的一个问题是，芯片、焊料和形成电路板的材料通常具有明显不同的热膨胀系数。由于不同的膨胀，在制造和使用过程中组装件的加热会导致严重的应力。此外，在器件掉落(例如无线电话和手提电脑)时产生相当大的应力。施加在焊料互连点上的应力会导致使器件性能降低或使器件完全失效的故障。为了使由不同热膨胀引起的热机械疲劳最小化，使用热固性环氧树脂作为底部填充材料，其包围面积阵列器件的周围，并占据芯片下方的、芯片底面与未被焊料占据的板之间的空间。这种环氧体系通过形成物理阻隔(其抵抗或降低了由器件的各元件间的不同膨胀和/或掉落震动引起的对焊料互连点的应力)提供一定的保护。在面积阵列表面组装器件的技术中，一些趋势已经变得越来越重要。这些包括1)提高芯片倒装和BGA片尺寸，2)增加电互连点的数量，3)降低芯片和基底之间的间隙高度，4)驱动更高的通过量，和5)在硅片中加入易碎低K介电层。为了解决这些问题，已经对所谓“非流动底部填充剂“(NUF)的使用产生强烈的兴趣。这些通常是含有助熔剂的热固性环氧材料。在放置器件之前将非流动底部填充剂直接施用到板上。当在例如回流炉中施加热时，助熔剂开始去除焊料球上和垫片上的金属氧化物，这能够将焊料润湿并在焊料的液线温度以上形成焊接点。同时，底部填充剂开始聚合(固化)，从而在芯片(或BGA/CSP)和板材之间形成强粘合层。这种粘合层用于分配元件之间的热应力并由此提高器件可靠性。现有NUF材料通常表现出不合意的性能，例如缺乏足够的助熔能力(产生差的电输出)、过度的挥发性、放气、或在底部填充层中形成气泡或空洞，这会对器件可靠性产生负面影响。这些缺陷与NUF中所用的化学物质有紧密联系。例如，典型的商业NUF是由液体环氧树脂、酐固化剂(其在升高的回流温度下为挥发性的)以及较少量的固化促进剂、和酸性添加剂(例如羧酸)或在固化过程中就地与酐反应形成酸性物类的添加剂(例如，活性氢化合物，例如醇)构成的。由于它们相对较高的挥发性，NUF材料中包含的酐化合物特别导致空洞形成。空洞通过使焊料发生“桥接”，尤其是在无铅焊接用途中所用的高回流温度下，或通过充当在热循环过程中导致底部填充剂裂纹扩展的应力集中点，降低了底部填充剂的可靠性。已经通过将环氧树脂和固化剂混合在一起直至混合物均匀来制备非流动底部填充剂，然后将所有剩余组分，例如润湿剂、消泡剂和CTE改性剂溶解或混入溶液。设计具有降低的成洞能力和提高的助熔活性的改进NUF的可能性受到多种性能要求的限制，例如a)良好的储放期限和保存期，b)可接受的粘度以使该材料可分配，c)高Tg，d)与芯片钝化层和焊料掩膜的强粘合e)高断裂韧度K1c，f)耐湿性，等等。专利技术概要因此，本专利技术的目的是提供具有降低的挥发性和成洞可能性的底部填充剂组合物；提供具有提高的助熔活性的底部填充剂组合物；提供具有良好的储放期限和保存期的底部填充剂组合物；提供具有低粘度以使该材料可分配的底部填充剂组合物；提供具有高Tg的底部填充剂组合物；提供与芯片钝化层和焊料掩膜具有强粘合性的底部填充剂组合物；提供具有高的断裂韧度K1c的底部填充剂组合物；提供具有耐湿性的底部填充剂组合物。因此，简而言之，本专利技术涉及电子设备制造中所用的底部填充剂组合物，该组合物包含环氧组分和含有酚类组分和酐组分的硬化剂组分，其中酚类组分与酐组分的摩尔比为大约0.1∶1至大约2∶1。本专利技术还涉及制备电子设备制造中所用的包含环氧组分、酐组分和酚类组分的这种底部填充剂组合物的方法。该方法包括将环氧组分和至少大约80重量％的酚类组分掺合以产生环氧/酚类掺合物；将酐组分以产生底部填充剂组合物、使得底部填充剂组合物具有大约0.1∶1至大约2∶1的酚类组分与酐组分摩尔比的量掺入所述环氧/酚类掺合物。本专利技术的另一方面涉及制备电子设备制造中所用的包含环氧组分、酐组分和酚类组分的底部填充剂组合物的方法。该方法包括将环氧组分和至少大约80重量％的酚类组分掺合以产生环氧/酚类掺合物；将环氧/酚类掺合物加热至高于酚类组分的软化温度的温度；将环氧/酚类掺合物冷却；并将酐组分掺入该环氧/酚类掺合物以产生底部填充剂组合物。本专利技术的其他目标和特征部分是显而易见的，部分在下文中指出。优选实施方案详述本专利技术的底部填充剂组合物包括环氧组分、酐组分、酚类组分、潜催化剂、和如下所述的其他添加剂。环氧树脂主环氧组分选自被视为热固性而非热塑性的环氧树脂。一般而言，热塑性材料最低限度地交联并在加热时变软和可变形。相反，热固性材料高度交联并在加热时变刚硬。由于这种区别和其他区别，与热塑性材料相比，热固性材料通常往往为封装件提供更高的强度(例如更高的抗机械冲击性能和抗热循环性)。尽管没有为底部填充剂提供同样的强度，但可以选择在底部填充剂中加入热塑性材料以提供一定程度的可再加工性。热固性和热塑性材料的结构(即交联程度)差异也反映在环氧组分的与温度相关的性能中。特别重要的是固化环氧组分的玻璃化转变温度(Tg)。玻璃化转变温度是聚合物从固体状并表现出弹性变形样态转变成橡胶状并表现出粘性变形样态时的温度。此外，在Tg的转变通常与热膨胀系数(CTE)的显著升高以及储能模量或体积模量的显著降低有关。通常，热固性材料的Tg大于热塑性材料。例如，固化的热塑性材料，例如二缩水甘油醚或双酚A(在本文中也称作“双-A环氧树脂”)根据固化剂和/或硬化剂等具有大约70至大约220℃的Tg，而热塑性材料，例如INCHEMREZPHENOXY PKHJ具有大约95℃的Tg。一般而言，环氧组分在固化时具有至少大约70℃的Tg。在一个实施方案中，选择在固化时具有大约60至大约90℃的Tg的环氧组分。在另一实施方案中，选择在固化时具有大约90至大约150℃的Tg的环氧组分。环氧组分的熔融温度(Tm)或软化点(对于没有确定熔点的物质，是指粘性流动变成塑性流动时的温度)为大约-本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备电子设备制造中所用的包含环氧组分、酐组分和酚类组分的底部填充剂组合物的方法，该方法包括：将环氧组分和至少大约８０重量％的酚类组分掺合以产生环氧／酚类掺合物；将环氧／酚类掺合物加热至高于酚类组分的软化温度的温度；将环氧／酚类掺合物冷却；并将酐组分掺入该环氧／酚类掺合物以产生底部填充剂组合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：JM胡尔雷，M威尔森，X叶，
申请(专利权)人：福莱金属公司，
类型：发明
国别省市：US[]