CN105492563A - 可b阶段化且无需固化的晶片背面涂覆粘合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种粘合剂组合物，其具有足够的机械强度和粘合强度以经受在125℃到210℃的温度下的制备工艺，不需首先固化。简而言之，在冲模粘合操作之后的固化被省略了，且粘合剂可表现出在通常125℃到210℃的温度下的线连接操作和在通常170℃到180℃的温度下的模塑操作期间，不排气且不产生空隙。所述粘合剂组合物包含：(i)低玻璃化转变(Tg)的丙烯酸酯单体，(ii)二官能丙烯酸酯/环氧化合物，(iii)苯氧基树脂，和(iv)固体环氧树脂。

Description

可B阶段化且无需固化的晶片背面涂覆粘合剂
背景技术
在制造电子装置的过程中经常用到粘合剂，例如将单独的半导体冲模(die)粘合到基底上。在半导体组装的一个方法中，用糊状粘合剂或膜粘合剂将半导体冲模粘合到其基底上。然后加热组件以固化粘合剂，以使其产生足够的强度并经受随后的加工步骤，且消除在这些随后的制造阶段期间由排气形成的空隙。取决于粘合剂的化学性质，该固化时间可长达1小时。然后半导体冲模表面上的活性终端与基底上的活性终端在被称为线连接的自动操作中通过金属线连接，其发生在约125℃到210℃。在线连接后，将该组件包封在模塑化合物中以保护半导体的活性表面和线连接。该模塑操作发生在约170℃到180℃。在线连接和模塑操作之前，需要加热处理以固化粘合冲模用的粘合剂，这显著降低了生产量且当制造需要多冲模堆叠时效率尤其低下。
半导体封装制造中目前的趋势是希望在将晶片切成单独的半导体冲模之前，在硅晶片水平下完成尽可能多的工艺步骤。堆叠冲模封装的另一个趋势是组合或消除尽可能多的固化步骤。这允许同时处理多个半导体冲模，使得制造工艺更有效率。在晶片水平下可发生的一个步骤是施加粘合剂来将半导体冲模粘合到基底。该粘合剂被称为晶片背面涂覆粘合剂，且通过丝网或模板印刷、旋转涂覆、或喷嘴喷雾来施加。喷嘴喷雾可提供更有效和更均匀的施加，但粘合剂组合物必须具有对于成功施加来说适当的流变。在施加之后，将涂层热或光化学处理以蒸发溶剂和/或部分促进所述粘合剂树脂(称作B-阶段化)。这一过程增强粘合剂以适于下一步的制造工艺。
无需固化的组合物必须满足热平衡(thermalbudget)、抗湿性和喷雾性的一些需求。目前的组合物通常缺少这些性能中的一个或多个。因此，提供如下一种粘合剂会是有利的，其具有足够的强度来承受工艺步骤，而无需在冲模粘合后首先需要保护性固化步骤，且其具有相对长的热平衡、良好的抗湿性和易喷雾性。
发明内容
本发明提供一种粘合剂组合物，其具有足够的机械和粘合强度以在高温下经受制备工艺，不需完全固化。所述粘合剂组合物在冲模粘合工艺过程中，在100-150℃下暴露几秒到几分钟。在这种相对温和的条件下，所述粘合剂产生足够的机械和粘合强度以经受随后通常在125℃到210℃下的线连接操作，和通常在170℃到180℃下的模塑操作，不会排气并不会产生空隙。可省略在冲模粘合之后通常小时级别的热固化。
该无需固化的粘合剂组合物包含(i)低玻璃化转变(Tg)的丙烯酸酯单体，(ii)二官能丙烯酸酯/环氧化合物，(iii)苯氧基树脂，和(iv)固体环氧树脂。该组合物中的材料都不是弹性体或橡胶。
具体实施方式
低玻璃化转变(Tg)的丙烯酸酯单体在室温下是液体，且具有在-90℃到30℃范围内的Tg值。具有在该范围内的Tg值的合适的丙烯酸酯单体包括丙烯酸四氢糠酯，丙烯酸烷氧基化四氢糠酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸2-苯氧基乙酯，丙烯酸十三烷基酯，己内酯丙烯酸酯，环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯，丙烯酸异癸基酯，和丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯。低Tg丙烯酸酯单体将以粘合剂组合物的20wt％到75wt％范围内，或40wt％到65wt％范围内的任何量或范围存在。
二官能丙烯酸酯/环氧树脂在一个分子上将同时具有丙烯酸酯和环氧官能团，本文表述为“丙烯酸酯/环氧”。合适的化合物包括丙烯酸4-羟基丁酯缩水甘油醚，丙烯酸缩水甘油酯，和甲基丙烯酸缩水甘油酯。二官能丙烯酸酯/环氧树脂将以粘合剂组合物的0wt％到20wt％范围内，或4wt％到10wt％范围内的任何量或范围存在。
苯氧基树脂是具有α-二醇末端基团的高分子量热塑性聚羟基醚，该聚羟基醚是双酚-A和环氧氯丙烷的反应产物。合适的苯氧基树脂具有在10,000到50,000道尔顿范围内的分子量。苯氧基树脂将以组合物的10wt％到33wt％范围内的任何量或范围存在于粘合剂组合物中。
固体环氧树脂可从市售树脂中选取。合适的固体环氧树脂包括酚醛清漆环氧树脂、双酚环氧树脂、脂肪族环氧树脂、和芳香族环氧树脂。在一个实施方式中，环氧树脂具有5000或更小的重均分子量。固体环氧树脂将以在0wt％到10wt％范围内，或5wt％到8wt％范围内的任何量或范围存在于粘合剂组合物中。
可添加颜料或染料以明显有助于区分固化和未固化的粘合剂。颜料和染料可以是任何颜色；合适的颜色包括蓝色和红色。当使用时，颜料或染料将以在组合物的0.01wt％到1.0wt％范围内的任何量或范围存在。
在一个实施方式中，粘合剂组合物将进一步含有光引发剂和/或潜在催化剂。光引发剂将用于活化丙烯酸酯官能团，潜在催化剂用于活化环氧官能团。当存在时，光引发剂将以在组合物的0.5wt％到5wt％范围内的任何量或范围存在，且潜在催化剂将以在组合物的0.01wt％到1wt％范围内的量或范围存在。
在涂覆组合物中常用的其它组分，可根据从业者的选择添加；这些其它组分包括，但不限于，固化剂、助熔剂、润湿剂、流动控制剂、粘合促进剂、和空气释放剂。固化剂是引发、传导、或加速涂层固化的任何材料或材料的组合，且包括加速剂、催化剂、引发剂、和硬化剂。
实施例
制备含有表1和2中所示组分的根据本发明的组合物和用于对比的组合物。表3显示了使用的组分的化学名称和来源。对这些配方在包含有在塑料球栅阵列(PBGA)基底上的硅冲模的测试介质(vehicle)中的性能进行了测试，其中将粘合剂放置在硅冲模和基底之间，且在110℃到130℃下以1到1.5Kg力施加1到2秒。
PBGA基底具有约6到8μm的粗糙度轮廓(roughnessprofile)，与之相比的合金42基底，其具有约小于1μm的粗糙轮廓。PBGA基底更高的粗糙水平使得它更难实现令人满意的热平衡。
根据下面给出的描述完成性能测试。在确认的组成下，将本发明组合物的结果报告在表1中，且将对比组合物的结果报告在表2中。
使用来自Asymtec的喷雾涂覆机测试喷雾性，其可检测≥10um的涂层厚度和变化≤10％的粗糙度。为测试的目的，如果在UV辐射之后，该组合物形成了具有≥10um的涂层厚度和≤10％的粗糙度变化的相对均匀的膜，则确定为达到了喷雾性的要求。在175℃下在Dage连接冲模测试器上测试冲模剪切干坯初始强度(diesheargreenstrength)。达到0.100Kg力被确定为具有可接受的冲模剪切干坯初始强度。该水平被视为足以经受随后的工艺步骤，例如线连接和模塑工艺。
在首先于175℃下将测试介质加热4小时之后，在260℃下使用Dage连接冲模测试器测试热冲模剪切强度。达到1.0Kg力被确定为具有可接受的热冲模剪切强度。该水平被视为足以通过可靠性测试。
在冲模粘合后立即在175℃下使用Lauffer模塑机测试冲模粘合之后的可模塑性。测试介质首先在175℃下加热1小时。这是对粘合剂经受随后的包封工艺的能力的测试。如果在测试之后，在拍摄的C-扫描声学显微镜(C-SAM)图像中没有空隙或冲模位移的显示，则粘合剂被认为提供了成功的性能。
抗湿性(MRT)通过在湿度室中，在85％相对湿度和85℃下将测试介质调理168小时，在260℃下加热测试介质三分钟且冷却三次，然后使用C-SAM检查脱层来测试。脱层被视为失败。
通过在150℃或175℃下将测试介质加热数小时，然后在175℃下将其引入Lauffer模塑机中以确定是否可变形来测试热平衡(thermalbudget)。热平衡是在初始固化之后，通常在线连接温度下，在不引起脱气和空隙形成的情况下，粘合剂会持续重新流动和重新固化的时间长度(热平衡对于冲模堆叠操作而言是必需的)。在175℃1小时的热平衡被认为对于晶片背面涂覆组合物而言是可接受的。
组合物的组分和性能测试的结果被记录在表1和2中，且显示本发明的组合物呈现了对于商业操作而言足够的干坯初始强度、抗湿性、和热平衡，同时省略了在冲模粘合之后的漫长固化。对比实施例不含固体环氧组分。

Claims (11)

1.粘合剂组合物，包含
(i)低玻璃化转变(Tg)的丙烯酸酯单体，
(ii)二官能丙烯酸酯/环氧化合物，
(iii)苯氧基树脂，和
(iv)固体环氧树脂，
不包含弹性体或橡胶。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述低玻璃化转变的丙烯酸酯单体选自由丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸烷氧基化四氢糠酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸十三烷基酯、己内酯丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、丙烯酸异癸基酯、和丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯组成的组。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述二官能丙烯酸酯/环氧化合物选自由丙烯酸4-羟基丁酯缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯组成的组。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述苯氧基树脂是具有α-二醇末端基团的高分子量热塑性聚羟基醚，该聚羟基醚是双酚-A和环氧氯丙烷的反应产物。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述固体环氧树脂选自由酚醛清漆环氧树脂、双酚环氧树脂、脂肪族环氧树脂、和芳香族环氧树脂组成的组。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述低玻璃化转变的丙烯酸酯单体以粘合剂组合物的20wt％到75wt％范围内的任何量或范围存在。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述二官能丙烯酸酯/环氧树脂以粘合剂组合物的0wt％到20wt％范围内的任何量或范围存在。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述苯氧基树脂以粘合剂组合物的10wt％到33wt％范围内的任何量或范围存在。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述固体环氧树脂以粘合剂组合物的0wt％到10wt％范围内的任何量或范围存在。
10.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含以组合物的0.01wt％到1.0wt％范围内的任何量或范围存在的颜料或染料。
11.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含以组合物的0.5wt％到5wt％范围内的任何量或范围存在的光引发剂，和/或以组合物的0.01wt％到1wt％范围内的任何量或范围存在的潜在催化剂。
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