CN113072911B - 具有免固化且高热预算性能的紫外固化粘合剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有免固化且高热预算性能的紫外固化粘合剂及其应用,按重量计,粘合剂含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂1‑20份、环氧树脂1‑10份、丙烯酸酯单体1‑20份、光引发剂1‑10份、填料1‑10份。通过设计各组分的种类及比例,使得粘合剂的热预算性能显著提升,由于延长了粘合剂在175℃下保持模制加工性的时间,使得可堆积的裸片数量显著增加,进而显著提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及紫外固化胶生产技术领域,具体涉及一种具有免固化(Skip Cure)且高热预算性能(Thermal Budget)的紫外固化粘合剂及其应用。
背景技术
粘合剂常用于制造电子(微电子)装置,例如,用以将单个半导体裸片附着至基材。在半导体组装的一个方法中,半导体裸片用糊状或膜状粘合剂粘着至其基材上。然后,使组件受热以固化粘合剂,以使其产生足够的强度以经受随后加工步骤且消除其随后制造阶段期间的排气所形成的孔隙。固化程序的时长取决于粘合剂的化学性质,通常可长达一小时。随后在称为打线接合的自动化操作(其在约125℃至210℃范围内进行)中,利用金属线将半导体裸片表面上的有源端子连接至基材上的有源端子。打线接合后,将组件包封于模制化合物中,以保护半导体的有源表面和线接合。该模制操作在约170℃至180℃下进行。在打线接合和模制操作之前进行热处理,以固化裸片附着粘合剂的需求,使制造产量显著地降低,且当该制造需要多裸片堆积时尤为低效。
半导体封装制造的目前趋势偏好在硅晶水平下完成尽可能多的加工步骤,然后再将晶圆切割为单独的半导体裸片。堆积裸片封装的另一趋势是合并或消除尽可能多的固化步骤。这允许同时加工多个半导体裸片,使得制造工艺更有效率。可在晶圆水平下发生的一个步骤是施用粘合剂以将半导体裸片附着至基材。该粘合剂常称为晶圆背面涂覆粘合剂且通常利用丝网或模板印刷、旋涂或喷嘴喷涂方式进行涂布。涂布后,对涂层进行热或光化学处理以蒸发溶剂和/或部分地改进粘合剂树脂(称为B-阶段化)。这强化了粘合剂以用于进一步的制造工艺。
使用普通的粘合剂将切割的晶圆粘接至压模后,需要固化处理,通常是环氧固化,一般在特定的温度下,一两个小时不等。对于一两层芯片贴合,前述固化时间是可以接受的。但是对于DRAM等存储芯片的封装,最新的技术是64层甚至128层芯片的贴合,如果每一层芯片都要花上一两个小时,其生产效率明显较低,成本高昂,固化处理后再进行引线键合,造成工艺耗时较长。
现有的不需固化处理的粘合剂耐热性能较差,在高温条件下快速固化,造成无法在足够长的时间内进行引线键合,进而造成在粘合剂固化之前所能贴合的层数较少。
发明内容
根据第一方面,一种实施例中提供一种具有免固化且高热预算性能的紫外固化粘合剂,按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂1-20份、环氧树脂1-10份、丙烯酸酯单体1-20份、光引发剂1-10份、填料1-10份。
根据第二方面,一种实施例中提供第一方面所述的紫外固化粘合剂在制备晶圆组件中的应用。
依据上述实施例的紫外固化粘合剂及其应用,通过设计各组分的种类及比例,使得粘合剂的热预算性能显著提升,由于延长了粘合剂在175℃下保持模制加工性的时间,使得可堆积的裸片数量显著增加,进而显著提高生产效率。并且,使用该粘合剂将切割的晶圆粘接至压模后,无需进行固化处理,可直接进行引线键合。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。
根据第一方面,在一些实施例中,提供一种具有免固化且高热预算性能的紫外固化粘合剂,含有如下组分:
聚氨酯基丙烯酸型树脂、环氧树脂、丙烯酸酯单体、光引发剂、填料。
在一些实施例中,按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂1-20份、环氧树脂 1-10份、丙烯酸酯单体1-20份、光引发剂1-10份、填料1-10份。
其中,聚氨酯基丙烯酸型树脂的重量份包括但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19 份、20份等等。
环氧树脂的重量份包括但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等等。
丙烯酸酯单体的重量份包括但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、 9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份等等。
光引发剂的重量份包括但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、 10份等等。
填料的重量份包括但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10 份等等。
在一些实施例中,按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯单体5-15份、光引发剂1-8份、填料1-8份。
在一些实施例中,按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯单体8-14份、光引发剂5份、填料5份。
在一些实施例中,按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯单体8份、光引发剂5份、填料5份。
在一些实施例中,按重量计,含有如下组分:按重量计,含有如下组分:聚氨酯基丙烯酸型树脂10份、环氧树脂4份、丙烯酸酯单体8份、光引发剂5份、填料5份。
在一些实施例中,还含有双官能度的丙烯酸酯单体、含有环氧端基的反应性液体丁腈橡胶(反应性稀释剂)、聚丙烯酸酯中的至少一种。
在一些实施例中,还含有如下重量份的组分中的至少一种:双官能度的丙烯酸酯单体1-8 份、含有环氧端基的反应性液体丁腈橡胶1-8份、聚丙烯酸酯1-8份;
在一些实施例中,还含有如下重量份的组分中的至少一种:双官能度的丙烯酸酯单体3-5 份、含有环氧端基的反应性液体丁腈橡胶3-5份、聚丙烯酸酯5-7份;
在一些实施例中,所述双官能度的丙烯酸酯单体包括但不限于三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、3-甲基-1,5-戊二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇(700)二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇(200) 二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二丙烯酸酯、(4)乙氧化双酚A二丙烯酸酯、(3)乙氧化双酚A二丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸多缩乙二醇酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、2-甲基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
在一些实施例中,所述双官能度的丙烯酸酯单体包括但不限于沙多玛公司生产的SR 833S(三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯)、SR297(1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯)、SR306 NS(三丙二醇二丙烯酸酯)、SR601 NS((4)乙氧化双酚A二丙烯酸酯)中的至少一种。
在一些实施例中,所述含有环氧端基的反应性液体丁腈橡胶(反应性稀释剂)包括但不限于CVC特种材料公司(CVC Thermoset Specialties)生产的ETBN。
在一些实施例中,所述聚丙烯酸酯包括但不限于日本长瀬化成株式会社生产的SG-P3、 SG-708-6、PMS-12-81中的至少一种。
在一些实施例中,所述聚氨酯基丙烯酸型树脂包括但不限于如下化合物中的至少一种:国产牌号:中国台湾长兴材料工业股份有限公司生产的DR-U-384;国外牌号:日本根上工业株式会社生产的UN-6305。
在一些实施例中,所述环氧树脂包括但不限于线型酚醛环氧树脂、双酚环氧树脂、脂环族环氧树脂、脂肪族环氧树脂、芳香族环氧树脂等等中的至少一种。环氧树脂可选自多种商购树脂。在一实施例中,环氧树脂的重均分子量为3000或更低。
在一些实施例中,所述双酚环氧树脂包括但不限于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂中的至少一种。
在一些实施例中,所述双酚A型环氧树脂的市售商品包括但不限于如下化合物中的至少一种:E54环氧树脂、E51环氧树脂、E44环氧树脂、E42环氧树脂、E20环氧树脂、E12环氧树脂、E09环氧树脂;中国台湾南亚树脂公司生产的NPEL-127、NPEL-127E、NPEL-127H、NPEL-128、NPEL-128E、NPEL-128R、NPEL-128S、NPEL-134、NPEL-136、NPEL-231、 NPES-901、NPES-901H、NPES-902、NPES-902H、NPES-903、NPES-903H、NPES-903K、 NPES-904、NPES-904H、NPES-905L、NPES-907、NPES-909、NPES-909H、NPES-607、 NPES-627、NPES-628、NPES-629、NPES-609。
在一些实施例中,所述双酚F型环氧树脂的市售商品包括但不限于如下化合物中的至少一种:国产牌号:中国台湾南亚塑胶工业股份有限公司生产的NPEF-170等;国外牌号:如有美国陶氏公司产的D.E.R.354LV、D.E.R.354;日本东都化成的YDF-170、YDF-175S、YDF-2001、YDF-2004、YDF-8170;日本旭电化公司的EP-4901、EP-4901E、EP-4930、EP-4950;瑞士Ciba-Geigy的XU-GY281、XB3337;大日本油墨公司的Epiclon EXA 830、Epiclon EXA830S、Epiclon EXA 830LVP、Epiclon EXA 835、Epiclon EXA 835LV;日本化药公司的RE303S、 RE404S;日本油化公司的807、806、1750、YI.983U等等。
在一些实施例中,所述氢化双酚A型环氧树脂的市售商品包括但不限于如下化合物中的至少一种:国产牌号:例如中国台湾南亚塑胶工业股份有限公司生产的NPST-3000、NPST-5100 等;国外牌号:日本东都化成株式会社生产的ST-1000、ST-3000、ST-5080、ST-5100,日本旭电化株式会社生产的EP-4080、EP-4081、EP-4085,日本三菱生产的YX8000、YX8034、 YX8040等等。
在一些实施例中,所述环氧树脂包括但不限于如下化合物中的至少一种:国产牌号:中国台湾南亚南亚塑胶工业股份有限公司生产的NPES-902、NPES-903、NPES-904、NPES-907、 NPES-909、NPCN-702、NPCN-703、NPCN-704,江苏泰特尔新材料科技股份有限公司生产的TTA60、TTA3150;国外牌号:大日本油墨化学公司(DIC株式会社)生产的Epiclon EXA830、Epiclon EXA 830S、Epiclon EXA830LVP、Epiclon EXA835、Epiclon EXA 835LV,美国陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)的DER662、DER663、DER664、DER667、DER669,英荷壳牌公司(Shell Chemical Co.)的Epon1004、Epon1005、Epon1007、Epon1009,日本大赛璐公司(Daicel)生产的EHPE3150、EPOLEAD GT401、EPOLEAD PB3600、 EPOLEADPB4700。
在一些实施例中,所述丙烯酸酯单体包括但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯(Glycidyl methacrylate)、酰化氢丁基缩水甘油醚单体(4HBAGE,Hydrobutyl acylateglycidylether monomer)、4-丙烯酰吗啉(ACMO)中的至少一种。
在一些实施例中,所述光引发剂包括但不限于羟基酮型(Hydroxyketones),胺基酮型 (Aminoketones)、膦酰型(Acylphosphine Oxides)、肟酯型(Oxime Esters)、二苯甲酮型 (Benzophenones)、苯甲酰甲酸酯型(Phenylglyoxylates)、硫杂蒽酮型(Thioxanthones)、鎓盐型阳离子光引发剂(Sulfoniums或Iodoniums或Photo-AcidGenerators,即所谓PAGs)中的至少一种。
在一实施例中,粘合剂进一步包含光引发剂以活化乙烯基官能团及潜在催化剂以活化环氧官能团。
在一些实施例中,所述光引发剂包括但不限于Irgacure 651(α,α-二甲基苯偶酰缩酮)、 Irgacure TPO、Irgacure TPO-L、Irgacure 184(1-羟基环已基苯基酮)、Irgacure2959(2-羟基-4'- (2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮)、Darocur 1173、Irgacure 819、Darocur4265、Darocur TPO、 Irgacure 2100、Irgacure 784、Irgacure 250、Irgacure MBF、Irgacure 127、Esacure KIP-150、Esacure KIP-160、Esacure KIP-1001、Esacure 01、Irgacure 907、Irgacure 500、Irgacure 2200、Irgacure 2022、 Irgacure 4500、Irgacure369、Irgacure 379、BP、甲基或乙基米蚩酮、Esacure TZT、Irgacure 754、 Irgacure ITX、Irgacure DETX、Irgacure CPTX、Irgacure OXE-01、Irgacure OXE-02、 Irgacure OXE-03、Irgacure 250、ADEKA NCI-831、ADEKA N-1414、Irgacure 290、Irgacure 270、 LUCIRINTPO等等中的至少一种。
在一些实施例中,所述填料包括但不限于石英粉、熔融硅石、非晶硅石、滑石、玻璃珠、石墨、碳黑、氧化铝、粘士、云母、蛭石、氮化铝、氮化硼等等中的至少一种。添加非导电性填料以调节未固化粘合剂的流变性及微调固化粘合剂的热膨胀模量及系数。该填料可为任意有效尺寸及形状。在一实施例中,该填料为硅石。
本领域技术人员任选可添加常用于涂料组合物中的其它组分,该其它组分包含,但不限于,固化剂、助熔剂、润湿剂、流动调节剂、粘着促进剂和脱气剂。固化剂是引发、增长或加速涂层固化的任意材料或材料的组合,其包含加速剂、催化剂、引发剂及硬化剂。
根据第二方面,在一些实施例中,提供第一方面所述紫外固化粘合剂在制备晶圆组件中的应用。本发明的紫外固化粘合剂通常可用于贴合多层晶圆,晶圆亦称芯片、裸片等等。
实施例1
按表1、表2、表3中所示的配方混合各个组分,制备得到对应的粘合剂。这些配方在包含Alloy 42基材上的硅裸片的测试载具中进行性能测试,其中将粘合剂置于硅裸片与基材之间且在110℃至130℃下施以1-1.5kg的力1-2秒。
根据以下测试说明进行性能测试:
在Dage Bonding裸片测试仪上于175℃下测试裸片剪切原始强度(GreenStrength)。
先在175℃下加热测试载具四小时后,采用Dage Bonding裸片测试仪在260℃下测试热裸片剪切强度(HDSS)。
热预算(Thermal Budget)测试是在175℃下加热测试载具一定时间及随后引入175℃的 Lauffer Molding机器中,以确定是否可变形。热预算是粘合剂在初始固化后继续再流动及再固化,且未发生排气及未形成孔隙的时间长度。热预算是裸片堆积操作所必需的,热预算时间越长,可堆积的裸片数量越多,证明粘合剂的性能越好。
裸片附着后立刻采用Lauffer Molding机器于175℃下测试裸片附着后的模制加工性 (Moldability right after die attach)。先在175℃下加热测试载具一定时间后,采用Lauffer Molding机器在175℃下测试热处理后的模制加工性。这些是粘合剂经受测试载具的随后包封过程的能力的测试。若测试后所得C-扫描声显微(C-SAM)影像中未显示孔隙或裸片移动,则粘合剂视为成功的。
防潮性测试(Moisture Resistance Test,简称MRT)为:将测试载具置于潮湿箱中于85%的相对湿度及85℃下168小时,在260℃下加热测试载具三分钟且冷却三次,及随后利用 C-SAM检查分层。分层则视为失败。MRT测试参照《Preconditioning of Non-hermeticSurface Mount Devices Prior to Reliability Testing》,版本号为JESD22-A113D(Revision of JESD22-A113C),由美国JEDEC固态技术协会(JEDEC SOLID STATETECHNOLOGY ASSOCIATION)制定。
本实施例提供9组紫外固化粘合剂配方,编号分别为WBC-SC01、WBC-SC02、 WBC-SC03、WBC-SC04、WBC-SC05、WBC-SC06、WBC-SC07、WBC-SC08、WBC-SC09,各配方组成及性能测试结果如表1、表2、表3所示。
表1
表1中,MRT L2表示防潮性/可靠性的等级,L1为最高级别。
表2
表2中,对于防潮性/可靠性(Reliability)测试结果,“否”表示没有通过任何MRT测试。
表3
表1、表2、表3中,“-”表示没有对应的组分。
表1、表2、表3中,各组分的来源说明如下:
聚氨酯基丙烯酸型树脂:
DR-U-384,购自中国台湾长兴材料工业股份有限公司。
UN-6305,购自日本根上工业株式会社(Negami)。
双官能度的丙烯酸酯单体:
SR 833S,购自沙多玛公司(Sartomer)。
含有环氧端基的反应性液体丁腈橡胶:
ETBN,具体为1300×68 ETBN,线性环氧基封端的低分子量的丁二烯-丙烯腈共聚物,27℃下Brookfield 粘度为135,000 至250,000mPa·s,购自CVC特种材料公司(CVC Thermoset Specialties)。
聚丙烯酸酯:
SG-P3,官能团为环氧基,重均分子量为850000,Tg为12℃,购自日本长瀬化成株式会社,亦称NEGASE GOSEI CO LTD[JP]。
环氧树脂:
Epiclon EXA 835LV,购自大日本油墨化学公司,即DIC株式会社。
PB3600,商品全名为脂环族环氧树脂EPOLEAD PB3600,购自日本大赛璐公司(Daicel)。
丙烯酸酯单体:
Glycidyl methacrylate,购自沙多玛公司(Sartomer)。
Hydrobutyl acylate glycidylether monomer (4HBAGE),购自日本三菱化学株式会社 (Mitsubishi Chemical)。
ACMO(4-丙烯酰吗啉),购自日本兴人株式会社。
光引发剂:
Irgacure 651,购自美国西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich)。
Irgacure TPO,购自美国西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich)。
填料:
Silica SE-2030,购自日本株式会社亚都玛科技(Admatechs公司)。
从表1、表2、表3的实验结果可以看出,对于表1中的粘合剂,裸片剪切原始强度(Green Strength)>200g;4小时后的热裸片剪切强度(HDSS)>1000g;裸片附着后的模制加工性 (Moldability right after die attach)良好;175℃下可保持模制加工性的时长高达4小时,也即是说,在175℃下热处理4小时后,仍然具有良好的模制加工性,可以满足多达128层芯片贴合;裸片没有发生移动,防潮性/可靠性良好。而表2中,4小时后的热裸片剪切强度(HDSS) <1000g,WBC-SC04组和WBC-SC05组在175℃下可保持模制加工性的时长仅仅为1小时,最多只能满足16层芯片贴合;WBC-SC05组在175℃下可保持模制加工性的时长仅仅为2小时,最多只能满足32层芯片贴合,热预算性能差于表1。表3中,175℃下可保持模制加工性的时长均小于1小时,该时间内所能贴合的芯片层数少于16层,热预算性能远不及表1和表2,并且,4小时后的热裸片剪切强度(HDSS)<1000g,裸片还发生了移动。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (6)
1.一种具有免固化且高热预算性能的紫外固化粘合剂,其特征在于,按重量计,由如下组分组成:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯类单体 5-15份、光引发剂 1-8份、填料 1-8份;
所述聚氨酯基丙烯酸型树脂为如下化合物:中国台湾长兴材料工业股份有限公司生产的DR-U-384;日本根上工业株式会社生产的UN-6305;
所述环氧树脂为大日本油墨公司生产的Epiclon EXA 835LV;
所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、4HBAGE以及4-丙烯酰吗啉;
所述光引发剂为Irgacure 651以及Irgacure TPO。
2.如权利要求1所述的紫外固化粘合剂,其特征在于,按重量计,由如下组分组成:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯类单体 8-14份、光引发剂 5份、填料 5份。
3.如权利要求2所述的紫外固化粘合剂,其特征在于,按重量计,由如下组分组成:聚氨酯基丙烯酸型树脂4-10份、环氧树脂 4-10份、丙烯酸酯类单体 8份、光引发剂 5份、填料 5份。
4.如权利要求3所述的紫外固化粘合剂,其特征在于,按重量计,由如下组分组成:聚氨酯基丙烯酸型树脂 10份、环氧树脂 4份、丙烯酸酯类单体 8份、光引发剂 5份、填料 5份。
5.如权利要求1-4任意一项所述的紫外固化粘合剂,其特征在于,所述填料选自石英粉、熔融硅石、非晶硅石、滑石、玻璃珠、石墨、碳黑、氧化铝、粘土、云母、蛭石、氮化铝、氮化硼中的至少一种。
6.如权利要求1-5任意一项所述的紫外固化粘合剂在制备晶圆组件中的应用。
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