一种用于将元件粘合和连接在一起的连接材料制造技术

一种用于将元件粘合和连接在一起的连接材料，包括热固性树脂和无机填料，并且在固化后弹性模量在１～１２Ｇｐａ的范围内，玻璃转化温度Ｔｇ在１２０℃～２００℃的范围内，在低于Ｔｇ的温度下的线性膨胀系数（α１）为５０ｐｐｍ／℃或更低，在高于Ｔｇ的温度下的线性膨胀系数（α２）为１１０ｐｐｍ／℃或更低，其中（α２－α１）的差不超过６０ｐｐｍ／℃。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将待结合在一起的元件粘合和连接在一起的连接材料，其中每个元件都具有多个与另一元件上的多个电极相对的电极。更具体而言，本专利技术涉及一种含有热固性树脂的连接材料。为了将诸如IC、LSI等半导体组装在基片线路板(substrate circuit board)上，实践中是将半导体芯片，例如“比尔”芯片(bear chip)，使用连接材料直接安装在基片线路板上。此时，这种芯片与线路板的粘合是通过下述方式实现的将芯片和线路板的位置固定，使设置于芯片和线路板上的电极或终端相应对立，同时在两者之间插入连接材料，然后使连接材料固化，实现彼此间的牢固的机械粘合，以及可靠的相应电极间的导电连接。在这类连接材料中，热固性树脂是作为基本成分使用的。连接材料插入于基片线路板和半导体芯片之间，线路板和芯片位置固定，使得其上的待导电连接在一起的电极或终端彼此相应对立，然后对所得到的组合件从两边热压，即在加热状态下从两边对其进行挤压，使热固性树脂固化，从而使它们牢固粘合。在这里，芯片与基片线路板的机械粘合是通过树脂的粘结强度(粘合强度)建立起来的，而在对应电极或终端间的导电连接是通过由树脂的热固化而固定住的电极或终端的挤压摩擦接触(pressed contact friction)实现的。相对电极间的导电连接通过电极彼此间的直接接触实现，或以包含在连接材料中处于分散状态的导电颗粒作为它们之间桥接(bridging)实现。装配有半导体芯片的基片线路板应具有耐热性，以便在焊料回流(reflowing)的步骤中使基板耐高温。所得到的线路板组件可能在相对高温和高湿度的环境条件下使用，因此它应该经得住这一条件。可是，传统的连接材料对环境条件的耐热性和牢固性是不足的，因此，所产生的问题是当组件暴露在高温下时，在组件中有时会检测到存在着有缺陷的电连接，它不仅发生在对耐热性和对环境条件的牢固性的检测中，例如热震荡测试(heat shock test)、加压蒸煮器测试(PCT)和焊料-回流测试，而且在实际的生产过程中也会发生。这种有缺陷的导电连接经常发生于大量电极以窄间距设置在一有限区域内的半导体芯片组件中。为检测其原因，现已发现，用连接材料连接两个线膨胀系数不同的元件，当连接材料的温度高于连接材料中粘合剂树脂的玻璃转化温度(Tg)时，即发生电极在所在位置处的偏差或位移，例如当材料暴露于焊料回流时的高温时，情况即如是，从而导致存在缺陷的导电连接。对此，认为耐环境条件特性的降低的原因是长时间使用后，在连接材料层和元件间的界面处的粘合层中，可能出现层间剥离(interlayer exfoliation)，这是由于粘合剂树脂的固化收缩引起连接材料固化层中产生内应力，并集中在这些界面处，而这些内应力对于高粘合力粘合剂树脂而言也是大的。本专利技术的一个目的是提供一种将元件粘合和连接在一起的连接材料，其中在每个元件上的电极彼此处于彼此相对的关系，同时可确保实现在对应电极间的导电连接，该连接材料具有高的耐热性并且当元件上以窄的间距设置大量电极时，甚至连接材料暴露在高温的条件下都不会发生有缺陷的电连接。本专利技术的另一个目的是提供一种将元件粘合和连接起来的连接材料，其中在每个元件上的电极彼此处于彼此相对的关系。该连接材料具有高的耐热性和在环境条件下具有高的牢固性，并且在高温和高湿度的环境条件下使用时，也可使导电连接保持很高地可靠性。因此，本专利技术在于下面的连接材料(1)一种用于将元件粘合和连接在一起的连接材料(第一连接材料)，其中每个元件上的电极彼此处于彼此相对的关系，该连接材料包括一种含有热固性树脂和无机填料的粘合剂组分，所述材料在固化后具有如下的特征弹性模量在1～12Gpa的范围内，玻璃转化温度(Tg)在120℃～200℃的范围内，在低于Tg的温度下的线性膨胀系数(α1)为50ppm/℃或更低，和在高于Tg的温度下的线性膨胀系数(α2)为110ppm/℃或更低，其中(α2-α1)的差不超过60ppm/℃。(2)一种用于将元件粘合和连接在一起的连接材料(第二连接材料)，其中每个元件上的电极彼此处于彼此相对的关系，该连接材料包括一种含有热固性树脂和无机填料的粘合剂组分，所述材料在固化后具有如下的特征线性收缩率为0.25％或更小，和在低于已固化材料的Tg温度下，线性膨胀系数(α1)为35ppm/℃或更低。(3)如上面(2)中所限定的连接材料，其中该材料在固化后的水分吸收性为2％或更低。(4)如上面(1)～(3)中之一所限定的连接材料，其中粘合剂组分包括20～75重量％的热固性树脂，25～80重量％的无机填料和0～40重量％的热塑性树脂。(5)如上面(1)～(4)中之一所限定的连接材料，其中它进一步包括基于粘合剂组分的体积为0～30％的具有1～10μm平均颗粒尺寸的导电颗粒。本专利技术的第一和第二连接材料是用材料特性彼此不同的性能特征进行限定的，而它们的组成是相似的，其中第一连接材料在耐热性上是优异的，而第二连接材料在耐热性和在环境条件下的牢固性上是优异的。对于将要通过本专利技术的连接材料粘合在一起的元件来说，每对元件中，在它们相对的面上，每个元件的各个电极与该对元件中的另一个元件上的每个电极彼此一一对应，特别是，将要与另一元件上的相对电极导电连接的许多电极可用于连接的目的。本专利技术可特别应用于要粘合在一起的两个元件中的每一个上的电极设置在小的宽度、窄的间隔的情形中，具有较紧密度的有限区域内的情况。如在将诸如“比尔”芯片等半导体芯片装配到基板上的情况。在许多情况中，基板用作上述要粘合的半导体芯片的相对元件(counter element)。本专利技术的连接材料可用于将半导体芯片等直接组装在基板上或在用例如插入器(interposer)的情况下使用本专利技术的连接材料。在这里，可使用由任何一种材料制成的基板，例如玻璃/环氧化物基板，树脂板，玻璃板和柔性树脂板。本专利技术的连接材料含有包括热固性树脂和无机填料的粘合剂组分。连接材料插入于要连接在一起的元件之间，并且从两边将元件压在一起，使面对面的每个元件上相对的电极彼此形成接触，同时维持要填充连接材料的相邻电极之间的间隙。在此情况下，固化连接材料，以同时获得电连接和机械粘合。在相对电极间的电连接可通过将电极直接接触来实现，或者在利用导电颗粒的情况下来实现。如果诸如接线柱凸缘(stud bump)等电极的较厚部分的表面积很小(例如，1,000μm2或更小)的话，可允许直接接触，而在用导电颗粒的情况下，接触对于具有较大表面积的电极是有利的。导电颗粒以分散的形式分布在连接材料中。作为加入到本专利技术连接材料中的主要热固性树脂，可使用任何种类的树脂而无限制，只要该树脂在加热或诸如UV射线等射线的辐射作用下通过同时使用固化剂而能被固化就行，例如环氧树脂、酚树脂、含羟基的聚酯树脂、含羟基的丙烯酸树脂等。从诸如树脂的固化温度、固化时间、储存的稳定性等参数间平衡的观点上考虑，最优选的是环氧树脂。可使用双酚型环氧树脂、环氧一酚醛清漆型环氧树脂和由在分子中具有两个或多个环氧乙烷基团的环氧化合物获得的环氧树脂作为环氧树脂。这些环氧树脂的商业产品也可以直接使用。粘合剂组分中热固性树脂的主要树脂通常可通过同时使用固化剂进行固化，当促进固化反应的取代官能团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将元件粘合和连接在一起的连接材料，其中每个元件在其上具有彼此处于彼此相对关系的电极，该连接材料包括 一种含有热固性树脂和无机填料的粘合剂组分， 所述材料在固化后具有如下的特征 弹性模量在１～１２Ｇｐａ的范围内， 玻璃转化温度（Ｔｇ）在１２０℃～２００℃的范围内， 在低于Ｔｇ的温度下的线性膨胀系数（α１）为５０ｐｐｍ／℃或更低，和 在高于Ｔｇ的温度下的线性膨胀系数（α２）为１１０ｐｐｍ／℃或更低，其中（α２－α１）的差不超过６０ｐｐｍ／℃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：八木秀和，武市元秀，筱崎润二，
申请(专利权)人：索尼化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]