CN1763145A - 用于电子元件的粘合带组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电子元件的粘合带组合物，该粘合带组合物用来粘合用于半导体设备中的电子元件，例如导线、PRH、半导体芯片、冲模垫等。具体地，本发明涉及具有极好的电可靠性、粘合强度和缠带可加工性的粘合带组合物。本发明的粘合带组合物的特征在于，它包含末端含羧基官能团的丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、环氧树脂、苯酚树脂、和选自胺和酸酐硬化剂中的一种或多种硬化剂。

Description

用于电子元件的粘合带组合物
发明背景
技术领域
本发明涉及一种粘合带组合物，更具体地涉及用于电子元件的粘合带组合物，该粘合带组合物可以用来粘合用于半导体器件中的电子元件如FPC(柔性印刷电路板)、TAB(带式自动焊结)、引线框的引线、PRH(辐射热板)、半导体芯片、冲模垫等等。
现有技术描述
通常，用于半导体器件的典型粘合带包括固定引线框的粘合带、结合PRH的那些粘合带、TAB粘合带、LOC(片载引线)粘合带等。固定引线框的粘合带用来固定引线框的引线以提高整个半导体装配过程中的生产率、成品率和引线框自身。引线框制造商在随后传递给半导体装配公司的引线框上应用粘合带，以在进行引线结合等的框架上装备半导体芯片，然后用环氧树脂模塑化合物密封框架。因此，粘合带包含于半导体封装中。粘合带如用于结合PRH的粘合带和用于固定引线框的粘合带也包含于半导体封装中。
因此，用于电子元件的粘合带必须在半导体缠带中具有综合的可靠性和可加工性，在半导体器件装配过程中和在装配过程后作为成品使用时具有可以抵抗苛刻条件如外界施加的高温、湿度、电压等的足够物理性质，以及粘合强度。
这样使用的用于电子元件的典型粘合带通过如下步骤进行利用：在耐热薄膜如聚酰亚胺薄膜上只应用聚丙烯腈树脂、聚丙烯酸酯树脂、可熔酚醛苯酚树脂或丙烯腈-丁二烯共聚物等的合成橡胶树脂，或通过应用由将一种树脂改性为另一种树脂或混合这些树脂制备的粘合剂，然后应用在B阶段通过涂覆和干燥所应用的粘合剂的步骤而转化的粘合带。但是，粘合带不具有足够的热阻，所以在装配最近生产的半导体器件的过程中，粘合带不能承受高温(高达260℃)的加热条件。
最近，为了解决前述问题应用了热固性酰亚胺树脂。因为用来将树脂结合和固定到粘合衬底如引线框等的热和压力很高，但是粘合衬底例如引线可能在缠带(粘合)中变形，金属材料如缠带工具等可能被毁坏。
对于由半导体器件的薄主体和小螺距结构导致的微型和高度集成的封装结构，急切需要用于这些器件的有机材料如粘合带等趋向于应用到它们的电、化学和物理性质。从而，一直需要开发具有极好的粘合强度、可加工性等以及足够的电可靠性和耐久性的用于电子元件的粘合带组合物。
为了解决前述问题，申请人TORAY SAEHAN在韩国专利出版物2004-0009616中公开了“Heat-resistant adhesive tape for electroniccomponents”。对于在上述专利说明书中公开的组合物，粘合强度、电可靠性等的问题相比于以前使用的常规粘合带有很大改善，并且目前它已广泛应用于相关领域。
当电子和半导体组件继续随微型-、薄-和高度-集成结构发展时，需要用于电子元件的粘合带的持续开发。在研究过程中完成本发明。
发明概述
本发明准备解决前述问题。本发明的一个目的是，提供当结合电子元件时具有极好的粘合强度和缠带加工性、以及足够的热阻和极好的电可靠性的粘合带组合物。
附图概述
当阅读下列参照附图说明的优选实施方案的详细描述时，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中；
图1为依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造的粘合带的横截面图；
图2为依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造的另一种粘合带的横截面图；
图3示意性地显示了用于测试用于电子元件的粘合带的电可靠性的样品，该样品依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造；
图4为用于测试用于电子元件的粘合带的电可靠性的样品的横截面图，该样品依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造。
优选实施方案详述
依照本发明以达到前述目的的粘合带组合物的特征在于：它包含100重量份的包含1到20wt％的羧基官能团的丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、5到300重量份的环氧树脂、50到200重量份的苯酚树脂、2到50重量份的选自胺和酐硬化剂中的一种或多种硬化剂。
优选地，NBR包含10到60wt％的丙烯腈和1到20wt％的羧基官能团，其重量平均分子量优选为3,000到200,000。
更优选地，苯酚树脂为选自酚醛清漆树脂和可熔酚醛树脂中的一种或多种苯酚树脂，用环球法测定的其软化点为50到120℃。
在下文中，本发明将参照实施方案和附图被详细描述。对本领域的技术人员而言，显而易见的是这些实施方案将有意更明确地描述本发明，但是本发明的范围将不限于依照本发明主题的实施方案。
图1为依照本发明一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造的粘合带的横截面图。在该图中，在耐热薄膜(10)的一个表面上形成了粘合层(20)，该粘合层用含羧基官能团的NBR、环氧树脂、苯酚树脂和硬化剂等制造。在层(20)的上面叠压着隔离薄膜(30)，如图1所示。
耐热薄膜(10)可以为耐热薄膜如聚酰亚胺、聚苯硫醚或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，但是最优选地为聚酰亚胺薄膜。如果耐热薄膜太厚(70μm或更厚)或太薄(10μm或更薄)，在缠带中不容易实施粘合带穿孔。因此，厚度在10到70μm范围内是优选的，更优选地为40到60μm。
对于100重量的包含羧基官能团的NBR，粘合层(20)具有3到300重量份的多官能环氧树脂和3到300重量份的多官能苯酚树脂的比率，其中硬化剂、橡胶交联剂和其它添加剂加入其中。
前述包含羧基官能团的NBR具有2,000到200,000、优选3,000到200,000的重量平均分子量，10到60wt％、优选20到50wt％的丙烯腈含量，和1到20wt％的羧基官能团含量。在这种情况下，如果重量平均分子量小于2,000，它表现差的热稳定性。如果它大于200,000，它表现对于溶剂的弱溶解性、差的可加工性和降低的粘合强度，因为粘度在生产液体时增加。如果丙烯腈的含量小于10wt％，溶剂的溶解性降低。丙烯腈的含量大于60wt％会导致弱电绝缘性。如果羧基官能团的含量为1到20wt％，可以达到在NBR和其它树脂与粘合衬底之间的便利粘合，导致增加的粘合强度。
对于100重量的NBR，添加用于本发明中的5到300重量份的环氧树脂。使用的环氧树脂可以为双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、或酚醛清漆环氧树脂，其当量(g/eq)为200到1000。
苯酚树脂为选自酚醛清漆树脂和可熔酚醛树脂类中的一种或多种苯酚树脂。对于100重量的NBR，添加了5到300重量份、优选50到200重量份的苯酚树脂。如果苯酚树脂的含量大于300重量份，那么粘合层变脆，所以它不能用作粘合剂。所使用的苯酚树脂的分子量优选地为200到900。用环球法测定的所使用树脂的软化点优选地为50到120℃。如果使用软化点为50℃或更低的树脂，那么粘合层在用于电子元件的粘合带的缠带过程中流动，到达缠带工具或不希望的引线框位置，这又导致缠带工具故障或差的引线框。相反，如果使用软化点为120℃或更高的树脂，必须应用更高的温度来粘结粘合带，这可能导致电子元件的热变形。因此，必须使用具有50到120℃的适当软化点的树脂。
对于硬化剂而言，胺硬化剂和酸酐可以独立或一起使用，对于100重量NBR，2到50重量份的硬化剂优选被使用。对于橡胶交联剂，可以使用有机或无机过氧化物。对于100重量NBR，优选添加1到5重量份硬化剂到试剂中。
用如上描述的粘合带组合物制造的粘合层(20)具有100～2,000CPS的粘度，优选地为400～1,500CPS。层(20)被涂敷到耐热薄膜(10)上，所以其干燥后的厚度可以为10到30μm。在50到200℃下将该层固化2到10分钟后，隔离薄膜(30)结合其上以得到用于电子元件的粘合带。
隔离薄膜(30)具有20到100μm、优选30到60μm的厚度。隔离薄膜可以为聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、或聚丙烯薄膜，如果需要，可以用硅树脂提供隔离能力。
图2为依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造的另一个粘合带的横截面视图，其中粘合层(20)在耐热薄膜(10)的两侧上形成，隔离薄膜(30)叠压在每个粘合层(20)的表面上。
实施方案1
向200重量份的NBR(包含27.1wt％的丙烯腈含量和4.3wt％的羧基官能团含量)中添加100重量份的用下列化学结构1表示的酚醛清漆环氧树脂、100重量份的用下列化学结构2表示的苯酚树脂、作为硬化剂的3重量份的六甲氧基甲基三聚氰胺和3重量份的邻苯二甲酸酐，然后添加10重量份的氧化锌作为橡胶交联剂。然后使用丙酮溶剂调整所得溶液的粘度为400到1,500CPS。随后将粘合剂液体充分混合，然后涂敷在厚度为50μm的聚酰亚胺薄膜表面上，使得粘合层的厚度在干燥后可以为20μm。干燥粘合层(160℃，3分钟)后，叠压厚度为38μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜以产生粘合带。
[化学结构1]
[化学结构2]
Figure A20051005309300082
实施方案2
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构3表示的苯酚树脂代替苯酚树脂产生，从而得到粘合带。
[化学结构3]
Figure A20051005309300091
实施方案3
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构4表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构4]
R1～R5＝H或Alyl
实施方案4
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构5表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构5]
Figure A20051005309300093
实施方案5
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构6表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构6]
Figure A20051005309300101
实施方案6
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构7表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构7]
Figure A20051005309300102
实施方案7
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构8表示的树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构8]
Figure A20051005309300111
实施方案8
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构9表示的树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构9]
Figure A20051005309300112
R1～R5＝H或Alyl
实施方案9
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构10表示的树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构10]
Figure A20051005309300121
实施方案10
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构11表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构11]
Figure A20051005309300122
实施方案11
根据与实施方案1中相同的方法，使用如下粘合剂，该粘合剂通过在实施方案1的组合物中仅用下列化学结构12表示的苯酚树脂取代苯酚树脂制得，从而得到粘合带。
[化学结构12]
Figure A20051005309300123
比较实施例1
依照韩国专利出版物1998-0068284″Adhesive Composition forHeat-resistant Adhesive Tapes″，根据其中实施方案1中的方法制得粘合带。
比较实施例2
依照韩国专利出版物2004-0009616″Heat-resistant Adhesive Tapesfor Electronic Components″，根据其中实施方案1中的方法制得粘合带。测试性能的方法
测试粘合强度
当在130℃恒温的压机上放置铜箔时，依照实施方案和比较实施例生产的粘合带在10kg/m2的压力下热压1秒钟，然后用INSTRON测定约180°隔离强度。
测试分解温度
用DUPONT V4.1C 2200型号TGA在氮气气氛中测定粘合剂的近似分解温度。
测试电可靠性
图3为用来测试用于电子元件的粘合带的电可靠性的样品的示意图，该粘合带依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造。样品通过浸蚀柔性电路板的铜箔(其中铜箔叠压在聚酰亚胺薄膜上)制造。图4为测试用于电子元件的粘合带的电可靠性的样品的横截面图，该粘合带依照本发明的一个实施方案由用于电子元件的粘合带组合物制造。
依照实施方案和比较实施例生产的粘合带于30kg/m2的压力下在样品上热压2分钟，样品中引线间距离为150μm，如图3和图4所示。随后粘合带在170℃热处理1小时。然后测试样品的近似电可靠性，以测量135℃、85％相对湿度和5伏电压下电阻经过100小时的变化。
上述测试的结果示于表1中，其中电压下降时间说明当样品电阻值由于测试电可靠性中粘合剂组合物的影响而降低102(级)或更多时的时间。“N”表示100小时不发生电压下降的情况。
表1
  测试的性能   粘合强度(g/cm)   分解温度(℃)   电压下降时间(hr)
  实施方案1   3423   397   N
  实施方案2   3210   361   N
  实施方案3   3130   384   N
  实施方案4   3679   383   N
  实施方案5   3571   395   N
  实施方案6   2410   379   81
  实施方案7   2362   387   69
  实施方案8   3472   381   N
  实施方案9   3104   359   78
  实施方案10   2940   337   91
  实施方案11   3020   343   87
  比较实施例1   715   328   28
  比较实施例2   2600   324   42
如上表1中所示，由依照本发明的用于电子元件的粘合带组合物制造的用于电子元件的粘合带具有极好的粘合强度和分解温度，这是用于电子元件的粘合带的基本性质，相比于粘合强度为600g/cm和分解温度为280℃的用于电子元件的常规粘合带，本粘合带具有足够热阻。相比于用于电子元件的常规粘合带，用依照本发明的粘合带组合物制造的粘合带的电可靠性极好，电可靠性是本发明的一个重要目的。
在本发明的描述中，只描述了本发明者实施的很多生产和分析测试的情况中的一些例子，但是应该注意到本发明的技术范围不限于这些，本领域的技术人员可以修改和将它们用于不同应用中。

Claims (3)

1.粘合带组合物，其特征在于，包括100重量份的含1到20wt％的羧基官能团的丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、5到300重量份的环氧树脂、50到200重量份的苯酚树脂、2到50重量份的选自胺和酸酐硬化剂中的一种或多种硬化剂。
2.如权利要求1所述的粘合带组合物，其特征在于，NBR包含10到60wt％的丙烯腈和1到20wt％的羧基官能团，且其重量平均分子量优选为3,000到200,000。
3.如权利要求1所述的粘合带组合物，其特征在于，苯酚树脂为选自酚醛清漆树脂类和可熔酚醛树脂类中的一种或多种酚醛树脂，用环球法测定的树脂软化点为50到120℃。
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