一种可Ｂ阶段的或预形成膜的底部填充密封材料组合物，其用于将无铅电组件施用在衬底上。该组合物包括可膨胀微球体、热塑性树脂、热固性树脂、潜在催化剂和溶剂。也可根据需要加入各种其它的添加剂，例如助粘剂、流动添加剂和流变性能改进剂。可对该底部填充密封材料进行干燥或进行Ｂ阶段处理，以在衬底或组件上提供光滑而非粘性的涂层。在可选的实施方式中，该底部填充密封材料为预先形成的膜。在两种实施方式中，可膨胀填料都在实施高温后膨胀，以在装配件的期望部分形成闭孔泡沫结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及包含一种或多种可膨胀填料的无铅底部填充密封材料(lead-free underfill encapsulant)，及其应用于电子器件的方法。
技术介绍
本专利技术涉及用于无铅回焊工艺(lead-free reflow process)的底部填充密封复合物，其包含一种或多种可膨胀填料。所述密封材料用于保护和增强微电器件中电组件与衬底之间的互连。微电器件包含多种类型的电路组件，主要是在集成电路(IC)芯片中装配在一起的晶体管，也有电阻器、电容器以及其它组件。这些电组件被相互连接，形成电路，最终被连接到并被支撑于载体或衬底上，例如印刷线路板上。集成电路组件可包括单个裸芯片、单个封装芯片或多个芯片构成的密封封装。单个裸芯片可被连接到引线框架上，其再被封装并连接到印刷线路板上，或者可以被直接连接到印刷线路板上。这些芯片最初被形成为包含多个芯片的半导体晶片。该半导体晶片按所需被切成各个芯片或芯片封装。无论组件是与引线框架相连的裸芯片，还是与印刷线路板或其它衬底相连的封装，所述连接都在电组件上的电接端与衬底上的相应电接端之间形成。形成这些连接的一种方法使用了聚合物材料或金属材料，其以凸块形式(in bumps)应用在组件或衬底的接线端上。这些接线端(terminal)被对齐并相互接触，对形成的装配件进行加热，以回流金属或聚合物材料，使该连接坚固。在其正常的使用期，电子装配件处于升温和降温的循环之下。由于电组件、互连材料和衬底的热膨胀系数的差别，这种热循环可能使装配的组件受到应力，使其失效。为了阻止这种失效，在组件和衬底之间的缝隙间填充聚合物密封材料，在下文中称为底部填充材料(underfill)或底部填充密封材料(underfill encapsulant)，以增强互连材料以及吸收热循环引起的一些应力。底部填充技术的两种主要的用途是增强在工业上称为芯片尺寸封装(CSP)的封装以及倒装片封装(flip-chip packages)的封装，在前一封装中，芯片封装被连接到衬底上，在后一封装中，芯片通过阵列式的互连(array of interconnections)被连接到衬底上。底部填充材料的另一个作用是增强组件对抗机械震动的能力，例如碰撞或振动。这对于便携式电子器件的耐用性特别重要，例如移动电话和类似器件，它们在使用期间，预期会偶然掉落或者以别的方式受到应力。在传统的毛细流动底部填充(capillary flow underfill)应用中，在金属或聚合物互连进行回焊之后，进行底部填充材料的分配和固化。在此过程中，首先在衬底上的金属垫上应用助焊剂(flux)。接着，将芯片放置在衬底的助焊剂区域，其位于焊点的顶部。然后，对装配件进行加热，使焊接点回流。此时，计量的底部填充密封材料沿着电子装配件的一个或多个周边进行分配，在组件与衬底的缝隙内的毛细作用将该材料向内吸引。在缝隙被填满后，可以将额外的底部填充密封材料沿着整个装配件的周边进行分配，以帮助减弱应力集中和延长装配结构的疲劳寿命。之后，底部填充密封剂被固化，达到其最佳的最终性质。毛细底部填充的缺点是它的应用需要几个额外的步骤，这样对于大规模的制造是不经济的。最近，通过在装配点放置组件之前，采用无流动底部填充，直接在装配点上涂上无流动底部填充材料，进行了使该工艺流线化并提高效率的尝试。在组件放好之后，通过将整个装配件通过回焊炉而将其焊接在衬底上的金属连接上。在此过程中，底部填充材料流过焊料和金属垫，形成衬底与底部填充材料之间的互连接头。无流动底部填充工艺的一个局限性是衬底和组件必须预先干燥，以避免底部填充材料内出现过多的空隙，过多的空隙会导致焊料挤出，最终可能与另一连接形成短路。因此，衬底在装配之前必须进行干燥，然后存放在干燥处。该过程对于大规模的制造是不实用的。电子器件中最近的趋势是趋向于无铅焊料。由于各种政府规章和环境的关注，无铅焊料正在代替传统的共熔合金焊料。互连无铅焊料需要与共熔合金焊料不同的工艺。共熔合金焊料的液化温度(liquidoustemperature)为183℃，而无铅焊料的液化温度为217℃或更高。而且，共熔合金焊料的最大回焊温度(reflow peak temperature)为220℃，无铅回焊最大温度为245-255℃。因此，该较高的温度使得利用无铅工艺的底部填充面临着不同的挑战。为了可用作预先应用的(pre-applied)底部填充密封材料，底部填充材料必须具有几个重要的性质。首先，该材料必须易于均一地施用，以便整个装配件具有一致的涂层。底部填充密封材料必须是可B阶段的(B-stageable)，意即底部填充材料在被放置在CSP组件上之后必须固化，以提供光滑的、非粘性的涂层，并具有最少的残留溶剂，或者必须具有形成膜的能力。再者，在均匀地施用传统的底部填充材料的加工制造中，经常遇到较大的困难。B阶段工艺通常在低于大约150℃的温度下进行，不过早地固化底部填充密封材料。底部填充密封材料的最终固化必须延迟到无铅焊料熔化以形成互连之后，这发生在大约217℃的温度。底部填充材料的最终固化在焊料突块(solder bump)流动和互连之后迅速发生。在各个芯片与衬底的最终连接期间，底部填充密封材料必须流动，以形成角焊(fillet)，并在芯片或芯片钝化层、衬底或阻焊层(solder mask)与焊接点之间提供优良的粘结。没有传统的热塑性发泡底部填充材料能够忍受无铅回焊方案的苛刻条件。在无铅回焊工艺下，传统的热塑性发泡底部填充材料熔化，泡沫结构坍塌。传统的热固性发泡底部填充材料也满足不了传统的第一和第二级装配要求。本专利技术克服了这些传统的局限性。本专利技术克服了上述的加工和装配局限性，满足了高产量无铅装配的要求。专利技术概述本专利技术涉及可B阶段的或预先形成的底部填充密封材料组合物，其用于将电组件——最通常为芯片尺寸封装(CSP′s)——应用于衬底。本专利技术进一步适合于无铅回焊工艺。该组合物包括可膨胀的填料材料、热塑性树脂、可热交联的树脂、优选为咪唑酸盐的潜在催化剂(latentcatalyst)、溶剂以及任选地，助熔剂和/或润湿剂。也可以按需加入各种其它的添加剂，例如助粘剂、流动添加剂和流变性能改进剂。该底部填充密封材料可以是可B阶段的，以在衬底或组件上提供光滑而非粘性的涂层。在可选的实施方式中，该底部填充密封材料是预先形成的膜。在两种实施方式中，可膨胀的填料材料都在暴露于较高的温度(无铅焊料回焊温度)时膨胀，在装配件的期望部位，形成闭孔泡沫结构。底部填充材料可被选择性地应用于CSP的部分位置，例如施用于周边，成为焊球之间的不连续点或者在焊球行之间成网格形状。附图说明图1为回焊前后，具有可发泡底部填充材料的装配件的示意图。图2为回焊前后，在其周边具有可发泡底部填充材料的装配件的示意图。图3为热老化底部填充材料的DSC曲线。图4A为一次无铅回焊暴露(one lead-free reflow exposure)后，可膨胀底部填充材料的横截面图象。图4B为三次无铅回焊暴露后，可膨胀底部填充材料的横截面图象。专利技术详述本专利技术涉及具有合适的操作特性、加工特性以及物理特性的配方，这些特性对于将底部填充材料应用于无铅装配的封装是重要的。本专利技术的组合物在封装的本文档来自技高网...
【技术保护点】
无铅的相容性的且可膨胀的底部填充密封材料，包括ａ）一种或多种可膨胀填料；ｂ）热塑性聚合物树脂；ｃ）热固性树脂；ｄ）潜在催化剂，其包括至少一种咪唑酸盐；和 ｅ）至少一种溶剂。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J沙，
申请(专利权)人：国家淀粉及化学投资控股公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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