基于酰胺-酰亚胺延伸的双马来酰亚胺的介电材料制造技术

本发明专利技术涉及新类别的介电聚合物材料，其特别适合于制造电子器件。所述介电聚合物材料由双马来酰亚胺化合物反应形成，并显示出有利的良好材料性能的良好均衡。所述双马来酰亚胺化合物具有低聚物结构，所述低聚物结构在分子的中间部分具有酰胺

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于酰胺
‑
酰亚胺延伸的双马来酰亚胺的介电材料
专利

[0001]本专利技术涉及新类别的介电聚合物材料，其特别适合于制造电子器件。所述介电聚合物材料是通过使新型双马来酰亚胺化合物进行反应形成的，并且显示出有利材料性能的有利均衡特性，特别是关于在先进的电子封装应用(例如晶圆级封装(WLP))中以及对于低介电粘合剂应用的要求方面。本专利技术的介电聚合物材料显示出有利的材料性能的良好均衡特性，所述材料性能包括：(a)有利的热机械性能，例如高的玻璃化转变温度(T
g
)、低的热膨胀系数(CTE)、高的断裂伸长率和高的抗拉强度；(b)有利的介电性能，例如低的介电常数和低的介电损耗角正切；和(c)良好的粘合性能，特别是在铜和SiO2钝化晶圆上的高的粘合剂强度。
[0002]本专利技术的介电聚合物材料是通过使双马来酰亚胺化合物进行反应形成的。作为双马来酰亚胺化合物，本文中描述了某些酰胺
‑
酰亚胺延伸的双马来酰亚胺化合物。这样的化合物是可光结构化的并且可作为起始材料用于在电子器件制造中、在薄膜配制剂中和/或在粘合剂配制剂中的多种应用，所述电子器件制造例如用于制备在经封装的电子器件中的再钝化层(包括在再分布层(RDL)或芯片贴装(die attach)中的导体或半导体组件的钝化)。此外，所述双马来酰亚胺化合物具有优异的成膜能力并且易于从常规溶剂中加工以形成作为旋涂材料的介电聚合物。
[0003]本专利技术的双马来酰亚胺化合物具有低聚物型结构，该结构在分子的中间部分具有酰胺
‑<br/>酰亚胺延伸的重复单元，并且在分子的每个末端具有马来酰亚胺基团。
[0004]本专利技术进一步提供形成所述介电聚合物材料的方法。除此之外，本专利技术还涉及所述介电聚合物材料并涉及包含所述聚合物材料作为介电材料的电子器件。
[0005]本专利技术的双马来酰亚胺化合物和相关的介电聚合物材料允许成本有效且可靠地制造微电子器件，其中由于不希望的热机械膨胀所引起的机械变形(翘曲)而导致的缺陷器件的数量被显著减少。

技术介绍

[0006]随着固态晶体管开始取代真空管技术，诸如电阻器、电容器和二极管的电子组件可以通过它们的引线被直接安装到卡的印刷电路板中，从而建立仍在使用的基本构造块或封装级别。复杂的电子功能经常需要比可在单个印刷电路卡上互连的更多的单个组件。多层卡容量伴随着子卡在多层母板上的三维封装的发展。集成电路允许将许多分立的电路元件(例如电阻器和二极管)嵌入到单个的相对小的组件中，所述组件被称为集成电路芯片或晶片。然而，尽管电路集成度令人难以置信，但通常需要多于一个的封装级别，部分原因在于集成电路本身的技术。集成电路芯片非常脆，具有极小的端子。一级封装实现了机械保护、冷却和为精密集成电路提供电连接能力的主要功能。由于一些组件(高功率电阻器、机械开关、电容器)不容易被集成到芯片上，因此使用至少一个额外的封装级别，例如印刷电路卡。对于非常复杂的应用，例如大型计算机，需要多个封装级别的层次结构。
[0007]存在各种先进的封装技术来满足当今半导体工业的要求。领先的先进封装技
术——晶圆级封装(WLP)、扇出型晶圆级封装(FOWLP)、2.5D中介层、芯片对芯片堆叠、封装对封装堆叠、嵌入式IC——全部都需要结构化薄基板、再分布层和其它组件，如高分辨率互连件。终端消费者市场不断推动在更小和更薄的器件上提供更低的价格和更高的功能性。这推动了对于在有竞争性的制造成本下具有更精细特征和改进可靠性的下一代封装的需要。
[0008]晶圆级封装(WLP)是用于下一代紧凑型高性能电子器件的最有前途的半导体封装技术之一。通常，WLP是封装集成电路的方法，同时它仍是晶圆的一部分。这与更传统的将晶圆切割成单个电路并然后将它们封装的方法形成对比。WLP基于再分布层(RDL)，其使得能够实现在晶片和焊球之间的连接，导致改进的信号传播和较小的形状因子(见图1)。由于它们的尺寸限制，WLP的主要应用领域是智能手机和可穿戴设备。
[0009]就当前的材料而言，WLP方法限于中等芯片尺寸应用。这种限制的原因是这些材料的不合适的热机械性能和非优化的加工。用于下一代微芯片RDL的介电材料应满足某些要求。除了低的介电常数外，多种热机械性能，例如高的玻璃化转变温度(T
g
)、低的热膨胀系数(CTE)、高的断裂伸长率和高的抗拉强度，也起到重要的作用。
[0010]满足一些上文提及的要求的重要材料类别是酰亚胺延伸的马来酰亚胺化合物，其描述在现有技术的多个出版物中：
[0011]US2004/0225026 A1和US2011/0130485 A1涉及热固性(粘合剂)组合物，其包含酰亚胺延伸的单、双或多马来酰亚胺化合物。所述酰亚胺延伸的马来酰亚胺化合物是通过以下方式制备的：使合适的酸酐与合适的二胺进行缩合以形成胺封端的化合物。然后使这些化合物与过量的马来酸酐缩合以产生酰亚胺延伸的马来酰亚胺化合物。当并入到热固性组合物中时，所述酰亚胺延伸的马来酰亚胺化合物据说会降低组合物的脆性并增加韧性，而不会牺牲热稳定性。
[0012]US2011/0049731 A1和US2013/0228901 A1涉及用于降低在半导体晶圆钝化层中的应力的材料和方法。这些文献描述了用作钝化层的含有低模量可光成像聚酰亚胺的组合物和包含半导体晶圆和由其制成的钝化层的器件。
[0013]US2017/0152418 A1涉及由热固性马来酰亚胺树脂制备的马来酰亚胺粘合剂膜，所述热固性马来酰亚胺树脂含有酰亚胺延伸的单、双和多马来酰亚胺化合物。所述马来酰亚胺粘合剂膜据说是可光结构化的并且适用于制备电子设备、集成电路、半导体器件、无源器件、太阳能电池、太阳能模块和/或发光二极管。
[0014]然而，上文描述的酰亚胺延伸的马来酰亚胺化合物在工业中常用的溶剂中具有不利的溶解度，并且具有热机械性能的不利特性，所述热机械性能例如低的玻璃化转变温度、高的Tg之后的热膨胀系数(CTE)。当旨在降低该材料类别中的热膨胀系数而进行材料改性时，材料会变得非常脆并且不能用于WLP应用。
[0015]半导体工业中的另一个趋势涉及对在高频区中具有低介电性能(低介电常数、低介电损耗角正切)的材料的要求。信号的频率随着印刷电路板中信号传输速度的增加而增加。此外，5G时代需要具有独特性能的可靠材料来满足特定要求。通常，低介电材料的粘合剂强度通常是差的，因为这些绝缘膜的极性通常是低的。兼具低损耗介电行为和良好粘合剂性能的新材料对于各种即将到来的应用的发展是非常令人感兴趣的。
[0016]WO 2019/141833 A1涉及具有优异成膜能力、优异机械性能、低介电常数和低热膨
胀系数的介电聚合物。所述介电聚合物是由具有介晶基团的可聚合化合物制备的，并且它们可被用作用于制备在电子器件中的钝化层的介电材料。
[0017]尽管这些材料具有许多有益的性能，但一些特性，例如玻璃化转变温度和可加工性，仍需要被提高或改进以实现这些材料的充分潜力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.双马来酰亚胺化合物，其由式(1)或式(2)表示：其中：A、B和Z独立地且在每次出现时彼此独立地为包含一个或多个脂族、芳族或硅氧烷结构部分的结合单元，其中任选地，A、B和Z中的一个或多个包含卡多中心或螺环中心；表示一个单键或两个单键；表示单键或双键；R
a
和R
b
独立地且在每次出现时彼此独立地为包含一个或多个脂族、芳族或硅氧烷结构部分的结合单元；R
z
为R
a
或R
b
；X在每次出现时彼此独立地为包含一个或多个脂族、芳族或硅氧烷结构部分的结合单元；R1为H或具有1至5个碳原子的烷基；R2为H或具有1至5个碳原子的烷基；n为1至60的整数；m为0至60的整数；和z是0至60的整数；其中m和z中的至少一个≠0。2.根据权利要求1所述的双马来酰亚胺化合物，其中：A、B和Z独立地并且在每次出现时彼此独立地为具有2至100个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至100个碳原子
的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至100个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合，其中任选地，A、B和Z中的一个或多个包含卡多中心或螺环中心。3.根据权利要求1或2所述的双马来酰亚胺化合物，其中：R
a
和R
b
独立地并且在每次出现时彼此独立地为具有2至100个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至100个碳原子的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至100个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合；和R
z
为R
a
或R
b
。4.根据权利要求1至3中一项或多项所述的双马来酰亚胺化合物，其中：X在每次出现时彼此独立地为具有2至100个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至100个碳原子的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至100个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合。5.根据权利要求1所述的双马来酰亚胺化合物，其中：根据式(1)的双马来酰亚胺化合物由式(3a)或(3b)表示，根据式(2)的双马来酰亚胺化合物由式(4a)或(4b)表示：
其中：A1、B1和Z1独立地并且在每次出现时彼此独立地为包含一个或多个脂族、芳族或硅氧烷结构部分的结合单元，其中任选地，A1、B1和Z1中的一个或多个包含卡多中心或螺环中心；
R
a
和R
b
独立地并且在每次出现时彼此独立地为具有2至100个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至100个碳原子的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至100个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合；R
z
为R
a
或R
b
；X在每次出现时彼此独立地为具有2至100个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至100个碳原子的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至100个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合；和R1、R2、n、m和z如权利要求1所定义。6.根据权利要求5所述的双马来酰亚胺化合物，其中：A1、B1和Z1独立地并且在每次出现时彼此独立地为具有2至80个碳原子的取代或未取代的脂族结构部分、具有6至80个碳原子的取代或未取代的烃类芳族结构部分、具有4至80个碳原子的取代或未取代的杂芳族结构部分、具有2至50个硅原子的取代或未取代的硅氧烷结构部分或其组合，其中任选地，A1、B1和Z1中一个或多个包含卡多中心或螺环中心。7.根据权利要求5或6所述的双马来酰亚胺化合物，其中：A1、B1和Z1独立地并且在每次出现时彼此独立地由式(5)表示：
‑
G
21
‑
(A
21
‑
G
22
)
k
‑
A
22
‑
(G
23
‑
A
23
)
l
‑
G
24
‑
式(5)其中：A
21
、A
22
和A
23
独立地并且在每次出现时彼此独立地为二价芳族基团、二价脂族基团或者二价混合的芳族脂族基团，其可以包含选自N、O和S的一个或多个杂原子，并且可以被选自卤素、具有1至10个碳原子的烷基、具有1至10个碳原子的烷氧基、具有6至10个碳原子的芳基和具有6至10个碳原子的芳氧基的一个或多个取代基取代，其中A
21
、A
22
和A
23
中的一个或多个任选地包含卡多中心或螺环中心；G
21
、G
22
、G
23
和G
24
独立地并且在每次出现时彼此独立地为
‑
O
‑
、
‑
S
‑
、
‑
CO
‑
、
‑
(CO)
‑
O
‑
、
‑
O
‑
(CO)
‑
、
‑
S
‑
(CO)
‑
、
‑
(CO)
‑
S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：