用作充填密封材料的热固性树脂组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种用作充填密封材料组合物的热固性树脂组合物，该密封材料组合物可以快速地充满半导体装置的未充满的空间，例如包括将半导体芯片安装在载体基体上的倒装式接合组件，能使半导体通过短时间的热固化并以较高的生产率牢固地与电路板连接并且显示出可以接受的温差急变性（或热循环试验性能）。用作该半导体设备和与半导体装置电相连的电路板之间的充填密封材料的热固性树脂组合物包括一种环氧树脂组分和一种潜在硬化剂组分。该潜在硬化剂组分包括一种氰酸酯组分和一种咪唑（ｉｍｉｄｉｚｏｌｅ）组分。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及用作安装在电路板下的直接芯片焊接封装(directchip attach,“DCA”)组件的充填密封材料的热固性树脂组合物，其中DCA组件有一个安装在载体基体上的半导体芯片。有关技术的简单说明近年来，更小尺寸电子用品的流行使得半导体设备尺寸理想地减小了。结果，芯片包装尺寸也减小到与裸管芯(bare die)本身大小基本相同。如此更小尺寸的芯片包装提高了用在其中的微电子设备的性能，同时保留了许多有益的操作特点。这有利于保护半导体芯片本体并增加其可靠性和使用寿命。通常，芯片组件是通过焊接或类似方式与电路板上的导电体连接在一起。然而，当得到的芯片/电路板结构处于热循环试验的环境中时，可靠性会由于电路板和芯片组件之间的焊接连接处的疲劳而出现问题。近期制作技术的进步提供了一种密封树脂(通常称作充填密封材料)可以填充在将DCA[例如芯片尺寸封装(“CSP”)(chip scalepackage)/网格焊球组件(“BGA”)(ball grid array)]安装在电路板上时产生的空间，从而减轻由于热循环产生的应力。已经发现，未充满处密封树脂改善了温差急变性能(heat shock properties)，提高了这种结构的可靠性。当然，可固化的树脂组合物通常已人所共知。例如，Kohli的美国专利US4,645,803，该专利涉及由增强长丝以及带有伯胺官能固化剂的环氧树脂和固化催化剂组成的可固化的环氧树脂组合物，该伯胺官能固化剂含有或不含有多胺固化剂，这种组合物当固化成纤维基体时，可用于制备结构用途的复合材料和预浸渍材料。此外，Ikeguchi的美国专利US4,499,245介绍了一种可固化的树脂组合物，它要求一种混合物和/或一种由(a)多官能团氰酸酯、氰酸酯的预聚物或氰酸酯和胺的共聚预聚物和(b)一种聚乙内酰脲(ployhydantion)树脂-一种基于酚醛的环氧固化剂(phenolic-based epoxy curative)。此外，一种多官能团的马来酰亚胺、马来酰亚胺的预聚物或马来酰亚胺和一种胺的共聚预聚物可以包括在其中作为组分(c)。这些组合物据报道用作具有防锈、耐火和阻燃性能的涂料材料；电绝缘清漆；和用于家具、建筑材料和护套材料的层压制件。并且更特别的氰酸酯和环氧树脂的热固性组合物也已人所共知。例如，日本专利文献JP62-275,123，其英文摘要介绍了一种用于制备结构用途的含有增强纤维的预浸渍材料的树脂组合物。据报道，这种组合物包括某些氰酸酯、双马来酰亚胺、聚醚砜(作为一种非活性的热塑体，其用途为一种增韧剂)和双酚F或双酚A环氧树脂。此外，这种组合物据报道可任选地用一种硬化催化剂硬化，其中之一为咪唑(imidizole)。Gardner的美国专利4,918,157涉及脲化合物用作氰酸酯的潜在固化促进剂的应用以及氰酸酯和脲化合物的热固性氰酸酯配方。更特别是，美国专利4,918,157要求保护一种热固性的氰酸酯组合物，选自烷基芳基脲、芳基脲以及它们的混合物的脲化合物，以及一种环氧树脂。美国专利4,918,157中的可固化氰酸酯配方据报道可用作基体树脂，以及用于制作预浸渍材料、纤维增强的层压制件和复合材料等。环氧固化体系也已人所公知。例如，Sellers的美国专利US3,862,260公开了一种三官能硬化剂(例如1摩尔的双酚A和1摩尔的甲醛的反应产物)和一种咪唑(imidizole)。与本专利技术中的组合物在微电子领域的应用相比，热固性树脂组合物的这些用途表现为直接与结构用途有关。总之，环氧树脂组合物作为用作用于结构材料的预浸渍料、复合材料和层压材料中的纤维增强的基体组合物的用途与它在微电子应用中作为粘合剂和密封剂的用途(例如半导体芯片中的电焊接)有明显的不同，并且产生与非固化树脂以及其固化反应产物不同的需求。现在用在微电子领域的树脂组合物例如充填密封材料的一个缺陷就是其固化时间过长。此外，提供具有在室温或分布(dispensing)温度下具有工业上可接受的使用寿命的树脂也一直存在问题。通常，在接近室温下树脂在加入固化剂或催化剂时开始固化。这导致粘度增加，从而其可分布性下降。虽然在某种程度上可以通过使用液体固化剂或催化剂使粘度的增大减轻，但是液体催化剂倾向于减小潜伏期(latency)直到对于现在的生产要求而言在工业上是不切实际的程度。并且由于固体催化剂的存在经常改变组合物的流变性能以及降低流动性，因此固体催化剂(例如咪唑(imidizole))的加入限制了可应用性。因此，至少是部分因为它们的延长了的固化时间和有限的使用寿命，使得某些微电子的生产线的生产能力受到限制。虽然看起来简单，但提高近来使用的充填密封材料的固化速度来解决这一问题通常会对其使用寿命产生不利的影响。因此，如果使现在使用的充填密封材料具有更高的活性时，其使用寿命可能会进一步降低，因此不应鼓励制作具有更高活性的用于充填密封的热固性树脂组合物。因此，一种既可以提供好的粘结性能同时又具有工业上很有吸引力的可在足够短的时间内流动和固化并且使用寿命又较长的充填密封材料组合物将会很受欢迎。专利技术概述本专利技术提供了一种用作充填密封组合物的热固性的树脂组合物，该组合物(1)快速填充半导体设备的未充满处空间，例如包括安装在载体基体上的半导体芯片的倒装法组件(flip chip assembly)的空间(2)通过短时间的热固化可使半导体牢固地与电路板连接并有较高的生产率，和(3)显示出优良的温差急变性质(或热循环试验性能)。本专利技术的在半导体设备和与半导体设备电连接的电路板之间用作充填密封材料的热固性树脂组合物包括一种环氧树脂组分和一种潜在硬化剂组分。潜在硬化剂组分包括一种氰酸酯组分和一种咪唑(imidizole)组分。通过使用本专利技术的热固性树脂组合物，半导体设备，例如倒装式接合组件，可以(1)快速安装并且由于提高了的固化速度和延长了的使用寿命而不会使生产线停工，和(2)通过组合物的短时间热固化而牢固地与电路板连接，并且得到的安装构件(至少部分是因为固化了的组合物)显示出优良的温差急变性质(或热循环试验性能)。本专利技术的组合物除了密封未充满处之外，也可以用于微电子用途方面，例如glob top、管芯连接(die attachment)以及其它希望热固性组合物有快速的固化时间和较长的使用寿命的应用。在结合附图阅读了“本专利技术的详细说明”后，本专利技术的效果和优点将会更加清楚。附图的简单说明附图说明图1描述了已安装的结构的一个实例的截面图，其中本专利技术热固性树脂组合物用作充填密封材料。本专利技术详细说明如上所述，在半导体装置和与半导体装置电连接的电路板之间用作充填密封材料的本专利技术的热固性树脂组合物包括一种环氧树脂组分和一种潜在硬化剂组分。潜在硬化剂组分包括一种氰酸酯组分和一种咪唑(imidizole)组分。通常，这种树脂组合物包括大约100重量份的环氧树脂组分和0到大约30重量份的潜在硬化剂组分，其中对于0到大约30重量份的潜硬化剂组分来说，0到大约15重量份由氰酸酯组成，0到大约15重量份由咪唑(imidizole)组分组成。合乎需要地是，潜在硬化剂组分中氰酸酯和咪唑(imidizole)组分每一种含量都应含有大约4重量份。本专利技术的环氧树脂组分可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够密封半导体装置和与所述的半导体装置电连接的电路板之间的未充满处的热固性树脂组合物，所述的组合物包括：（ａ）一种环氧树脂组分，和（ｂ）一种潜在硬化剂组分，包括（ｉ）一种氰酸酯组分，和（ｉｉ）一种咪唑（ｉｍｉｄｉｚｏｌｅ ）组分。

【技术特征摘要】
US 1997-7-24 60/053,5921.一种能够密封半导体装置和与所述的半导体装置电连接的电路板之间的未充满处的热固性树脂组合物，所述的组合物包括(a)一种环氧树脂组分，和(b)一种潜在硬化剂组分，包括(ⅰ)一种氰酸酯组分，和(ⅱ)一种咪唑(imidizole)组分。2.权利要求1的组合物，其中所述的环氧树脂至少含有一种多官能环氧树脂。3.权利要求1的组合物，其中环氧树脂组分包括选自下列的物质，C6-C28烷基缩水甘油醚，C6-C28脂肪酸缩水甘油酯，C6-C28烷基酚缩水甘油醚，下列物质的多缩水甘油醚邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、4,4’-二羟基二苯基甲烷、4,4’-二-羟基-3,3’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二羟基二苯基二甲基甲烷、4,4’-二羟基二苯基甲基甲烷、4,4’-二羟基二苯基环己烷、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基二苯基丙烷、4,4’-二羟基二苯基砜、以及三(4-羟苯基)甲烷；上述二酚的氯化和溴化产物的多缩水甘油醚，酚醛清漆的多缩水甘油醚，二酚的醚酯化得到的二酚的多缩水甘油醚，其中二酚的醚是酯化芳香烃羧酸与二卤代烷或二卤二烷基醚的盐得到的，通过缩合酚和至少含有两个卤原子的长链卤化石蜡得到的多酚的多缩水甘油醚；N,N’-二缩水甘油基-苯胺；N,N’-二甲基-N,N’-二缩水甘油基-4,4’二氨基二苯基甲烷；N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’二氨基二苯基甲烷；N-二缩水甘油基-4-氨基苯基缩水甘油醚；以及N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-亚丙基二-4-氨基苯甲酸酯，双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂和甲酚酚醛清漆环氧树脂。4．权利要求1的组合物，其中环氧树脂组分包括双酚F环氧树脂和环氧甲酚酚醛清漆树脂。5．权利要求1的组合物，其中环氧树脂组分包括大约80份双酚F环氧树脂和大约20份环氧甲酚酚醛清漆树脂。6．权利要求1的组合物，其中潜在硬化剂组分的使用量为0到大约30份。7．权利要求1的组合物，其中氰酸酯组分选自每一个分子上至少有一个氰酸酯基的芳基化合物。8．权利要求1的组合物，其中氰酸酯组分用Ar(OCN)m表达，其中Ar是一个芳基，m是2-5的整数。9．权利要求1的组合物，其中氰酸酯组分选自1,3-二氰氧基苯、1,4-二氰氧基苯、1,3,5-三氰氧基苯、1,3-,1,4-,1,6-,1,8-,2,6-或2,7-二氰氧基萘、1,3,6，-三氰氧基萘、4,4’-二氰氧基-联苯、二(4-氰氧基苯基)甲烷和3,3’,5,5’-四甲基二(4-氰氧基苯基)甲烷；2,2-二(3,5-二氯-4-氰氧基苯基)丙烷、2,2-二(3,5-二溴-4-二氰氧基苯基)丙烷、二(4-氰氧基苯基)醚、二(4-氰氧基苯基)硫醚、2,2-二(4-氰氧基苯基)丙烷、三(4-氰氧基苯基)亚磷酸酯、三(4-氰氧基苯基)磷酸酯、二(3-氯-4-氰氧基苯基)甲烷、氰化酚醛清漆、1,3-二[4-氰氧基苯基-1-(甲基亚乙基)]苯和氰化双酚封端的聚碳酸酯或其它的热塑性低聚物。10．权利要求1的组合物，其中氰酸酯组分是1,3-二[4-氰氧基苯基-1-(甲基亚乙基)]苯。11．权利要求1的组合物，其中氰酸酯组分的用量为0到大约15份。12．权利要求1的组合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M科那斯基，ZA茨泽普尼克，
申请(专利权)人：洛克泰特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]