纳米颗粒填充的底层填料制造技术

本发明专利技术提供了电子产品和制造所述产品的方法。该电子产品含有采用底层填充粘合剂（１６）与衬底（１４）结合并进行电路连接的电子元件（１２），所述底层填充粘合剂（１６）含有热固性树脂、固化催化剂和表面处理的纳米颗粒（１８）的反应产物，所述表面处理的纳米颗粒（１８）基本上是球形、非结块、无定形的，并且是固体的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及可固化的填充底层填充结合组合物。在电子工业，电子元件诸如电阻器、电容器、感应器、晶体管、集成电路、芯片载体等等典型地以两种方法之一安装于衬底或电路板上。第一种方法中，组件安装于板的一面，组件上的导线延伸穿过板上的孔。在板的相反面实施焊接，以锚定导线并提供电路连接。第二种方法中，组件焊接至板上与其安装的相同面。该后者设备称为“表面组装”。电子元件的表面组装是一种理想的技术，这在于它可用来制造极小电路结构，并且它可容易地用于自动化过程。表面组装设备的一族包含带有多个连接导线的集成电子元件，所述连接导线连至位于衬底表面上的焊盘。电子元件或其连接的衬底装备有焊料的小突起或焊料珠，所述小凸起或焊料珠与电子元件或衬底上焊盘的位置相对应。通过将电子元件与衬底接触，使得电子元件电安装至衬底，从而使焊料凸起与衬底和组件上的对应焊盘相接触。将该装配件加热至焊料熔化或回流点，然后冷却装配件，从而通过凝固的焊料将电子元件粘合至衬底上。这种技术的一个问题是，电子元件、焊料和衬底通常具有明显不同的热膨胀系数。结果，使用过程中由于装配件发热所致膨胀速率的差异可引起强烈的应力，例如连接处的热形变疲劳，并导致影响设备可靠性的故障。已有使用热固性环氧树脂来使不同热膨胀的效应最小化。已有将聚环氧化物用作为包围电子元件外周的底层填充，并占据电子元件和衬底之间未被焊料占据的空间。通过将常规二氧化硅填料掺入底层填充组合物中，配制得到改性的底层填充材料，所述常规二氧化硅填料即粒径为1-50微米或更大的二氧化硅。虽然这种二氧化硅填料的高填充量可提供理想的热膨胀系数，但这种填充量也可导致不良粘度，从而抑制底层填充结合组合物的流动。这种颗粒用于底层填充电子装配件时，也可捕集于小零件周围以及小缝隙之间，如果焊料回流之前将底层填充结合组合物置于组件和衬底之间，则可干扰焊料凸起和焊盘之间的电路连接。这些大填料颗粒也具有沉积于底层填充制剂中的趋势。填料颗粒固化之前即沉积可产生具有不均一热膨胀系数的底层填充。如果沉积发生于封装的底层填充结合组合物，则颗粒的沉积缩短了存放期，还可引起分配问题。专利技术概述本专利技术提供了电子装配件及制造该电子装配件的方法，所述方法采用含有可固化树脂和表面修饰的纳米颗粒的可固化粘合组合物。表面修饰的纳米颗粒的使用提供了可固化的底层填充结合组合物，所述组合物可进行固化以得到具有理想热膨胀系数(CTE)的、不会干扰不流动底层填充过程中的焊接过程的底层填充粘合剂，并且具有对毛细管底层填充过程中应用有利的粘度范围。“有利的粘度范围”是指粘度能使得可固化粘合组合物在首先的模具放置和随后的焊料回流过程中能被下行的电子元件所替代，或者组合物能在电子元件下面及焊接在一起的电子元件和衬底之间流动或经由毛细作用而流通。一方面，本专利技术提供了用底层填充粘合剂电粘合至电子元件和衬底之间的电子元件，其中的底层填充粘合剂含有可固化混合物的反应产物，可固化混合物含有聚环氧化物树脂，固化催化剂，以及基本为球形、不结块、无定形以及固体的表面处理的纳米颗粒。另一方面，本专利技术提供了制造电子装配件的方法，包含的步骤有提供上面带有焊料凸起或焊盘的电子元件；提供上面带有电焊盘或焊料凸起的衬底；提供可固化粘合组合物，含有聚环氧化物树脂，固化催化剂，助熔剂，以及表面处理的纳米颗粒的可固化混合物，所述纳米颗粒基本为球形、不结块、无定形以及固体状；将可固化组合物置于电子元件和衬底之间，从而使焊料凸起与电焊盘对齐，以形成装配件；对装配件加热，以固化粘合组合物并形成电路连接。优选地，可固化粘合组合物基本上是不挥发的，即，在组合物的固化过程中，基本上没有挥发性物质释放或生成。此处使用的术语“可固化”是指可进行化学或物理交联，以生成玻璃质的、不溶性、不可流动的网络，所述网络在通常使用条件下可维持。“底层填充粘合剂”是可固化粘合组合物固化后的反应产物。“非结块的”纳米颗粒指相比较于结块颗粒，例如熏硅基本上是一致、单一的颗粒。本专利技术的不流动过程并不需要1)除重力外，施加于电子元件的其他力，以提供焊料凸起和对应的电路接触焊盘之间的电路接触；2)除了固化粘合组合物及回流焊料所需外，用于粘度调节的其他热量；3)焊料凸起具有特定或不规则形状，从而在焊料回流过程中提供电路连接；以及4)底层填充结合组合物须分配于一个以上层中，其中并不是所有层都要填充。 附图说明图1是本专利技术的电装配件实施方案的横截面图。专利技术详述在一个实施方案中，本专利技术提供了电装配件，含有以底层填充粘合剂电粘合至衬底的电子元件。底层填充粘合剂是可固化粘合组合物的反应产物，所述可固化粘合组合物含有树脂、固化催化剂以及表面处理的纳米颗粒。表面处理的纳米颗粒是无定形的、基本为球形的、非块状的且基本上是无机的。可固化粘合组合物还可含有熔剂或融合剂。参照图1，电装配件10含有通过底层填充粘合剂16粘合至衬底14的电子元件12，所述底层填充粘合剂16含有表面处理的纳米颗粒18。在该实施方案中，电子元件12通过焊料凸起20与焊盘22的接触而电粘合至衬底。电子元件12并无特殊限制，可以是其上带有焊料凸起或焊盘或能够带有焊料凸起的任何电子元件。电子元件的特定实例包括但不限于集成电路芯片、电阻、电容器等等。有用的衬底是带有电焊盘或焊料凸起或能够带有电焊盘的衬底。衬底的类型并无特殊限制，包括诸如印刷电路板和柔性电路。本专利技术中，电装配件也可以是粘合至衬底的封装。在封装中，芯片置于一块薄的小电路板上并被封装。焊料珠置于电路板的底部，使电路板能与衬底连接。本专利技术的可固化粘合组合物含有一种或多种聚环氧化物树脂。有用的聚环氧化物树脂包括诸如取代或未取代的脂肪族、环脂肪族、芳香族和/或杂环聚环氧化物，例如缩水甘油酯，缩水甘油醚，缩水甘油官能的氨基酚，缩水甘油胺或环氧化烯烃，及其组合。本专利技术组合物中有用的聚环氧树脂的特定实例包括但不限于双酚A的二缩水甘油醚以及双酚F的二缩水甘油醚，脂肪族单缩水甘油醚，脂肪族二缩水甘油醚，脂肪族多官能缩水甘油醚，以及脂肪族缩水甘油酯。双酚A的二缩水甘油醚聚环氧化物树脂，其有用的实例包括但不限于可购自Resolution Performance Production，Houston，TX的EPONTMResins 825，826，828和1462；可购自Dow Chemical Company，Midland，MI的D.E.RTM330，331和332；以及可购自Vantico，Brewster，NY的ARALDITETMGY6008，GY6010和GY2600。双酚F的二缩水甘油醚聚环氧化物树脂，其有用的实例包括但不限于可购自Resolution Performance Productions，Houston，TX的EPONTMResin 862；以及可购自Vantico，Brewster，NY的ARALDITETMGY281，GY282，GY285，PY306以及PY307。一、二和多官能缩水甘油醚树脂的有用实例包括但不限于可购自Vantico，Brewster，NY的XB4122，MY0510，TACTIXTM566和TACTIXTM742；以及可购自Resolution Performance Productions本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子装配件，含有：用电子元件和衬底之间的底层填充粘合剂电结合至衬底的电子元件，其中的底层填充粘合剂包含可固化底层填充结合组合物的反应产物，所述组合物含有聚环氧化物树脂；固化催化剂；以及表面处理的纳米颗粒的混合物，所述纳米颗粒基本 上呈球形、非结块、无定形以及固态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特B查尔斯，凯思琳M格罗斯，史蒂文C哈克特，迈克尔A克罗普，威廉J舒尔兹，温迪L汤普森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]