JPH11269443A - マイクロ電子デバイスのための小さい粒度の接着剤組成物 - Google Patents
マイクロ電子デバイスのための小さい粒度の接着剤組成物Info
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Abstract
剤組成物に関し、金属基板上に10.16mm(400mi
l )×10.16mm(400mil )以上のダイを有意な
離層なしに接着できる接着組成物を得ることを目的とす
る。 【解決手段】 少なくとも1種の有機重合体樹脂、無機
充填剤及び消散性液体から調製された接着剤組成物であ
って、前記液体と有機重合体樹脂は、互いに他に対して
不溶である接着剤組成物であって、前記少なくとも1種
の有機重合体樹脂が25μ以下の粒度の粒状形態で存在
することを特徴とする。
Description
イスのための小さい粒度を含有する接着剤組成物に関す
る。
少なくとも1種の有機重合体樹脂、無機充填剤及び消散
性液体から、セラミック基板上にシリコンダイを取り付
けるための接着剤ペーストを調製することができ、そこ
で前記樹脂と前記充填剤は番号325メッシュスクリー
ンを通過するのに十分に小さい粒状形態で存在し、前記
消散性(fugitive)液体と有機重合体樹脂が互
いに実質的に不溶であることが記載されている。
あるが、ブレンド物の熱可塑性が維持されるなら、熱可
塑性重合体と熱硬化性重合体の組み合わせでよい。有機
重合体樹脂の最大粒度は325メッシュスクリーン、好
ましくは400メッシュスクリーンを通過できる粒度で
ある。これらのペースト組成物は半導体チップまたはダ
イを基板に取り付けるために用いられる。このペースト
を基板の表面に塗布して、接着剤層を形成し、前記ペー
ストがダイと基板の間にあるように、半導体部品を接着
剤層の上に置く。次いで、この電子アセンブリを、熱可
塑性樹脂が軟化して、流体となり、そして前記液体がペ
ーストから蒸発するのに十分に高い温度で、十分な時
間、加熱する。このアセンブリを熱可塑性重合体が固体
となり、マイクロ回路の基板への接着をもたらす温度よ
り低い温度まで冷却する。この接着剤ペーストを用いる
利点は接着剤層にボイドがないことである。接着剤層中
のボイドは、ついには接着破壊を生じることがある。
イ取り付け組成物として、セラミック基板上の8.6mm
×8.6mm(350mil ×350mil )のシリコンダイ
(半導体ダイ)を用いて試験した。しかしながら、これ
らの組成物は金属基板または大きなサイズのダイ、特に
10.16mm(400mil )×10.16mm(400mi
l )以上のサイズの半導体ダイについて、有用性が乏し
いことが分かった。これらの従来技術の接着剤ペースト
を、このサイズのダイ及び特に大きなサイズのダイを金
属基板に接着するのに用いると、接着剤のための硬化サ
イクルの後に、ダイは基板から離層または剥離する。大
きなサイズのダイは、消散性液体を脱出しにくくし、そ
れがボイドをもたらす。また、金属基板とダイの熱膨張
係数(CTE)の差が大きい。このCTEのミスマッチ
が、ダイと基板の間の接着層を不断のストレス中に置
き、ダイの狂いと離層をもたらす。この因子、ダイの大
きなサイズ及び金属基板の組み合わせが、ほとんど必然
的に基板からのダイの離層をもたらす。
して高熱発生用途について重大な問題である。いくつか
の例では、離層がいくらかあっても、マイクロ電子回路
シリコンチップまたはダイは、うまく基板に接着したま
まであろう。しかしながら、高熱が生成すると、基板か
らのほんの少しの離層ですら、電子回路中に発生した熱
を基板へ転移させる接着剤の能力を損ねるだろう。結局
はこれはデバイスの破壊をもたらすだろう。したがっ
て、今だに、半導体シリコンダイ、特に大きなダイを基
板、特に金属基板に取り付けるのに用いるための改良さ
れた接着剤の必要性がある。
種の有機重合体樹脂、無機充填剤及び消散性液体から調
製された改良された接着剤組成物であって、前記液体及
び有機重合体樹脂は、互いに他に対して実質的に不溶で
あり、前記改良は、前記少なくとも1種の有機重合体樹
脂が、25μ以下の粒度の粒状形態で存在することを含
んでなる、前記接着剤組成物である。そのようにして調
製された接着剤組成物は、有意な離層なしに金属基板上
の10.16mm(400mil )×10.16mm(400
mil )以上のダイに用いることができる。
の有機重合体樹脂、無機充填剤、及び消散性液体から調
製された接着剤組成物であって、前記液体と有機重合体
樹脂は、互いに他に対して実質的に不溶であって、前記
少なくとも1種の有機重合体樹脂が25μ以下の粒度の
粒状形態で存在する前記接着剤組成物を用いて基板に接
着された10.16mm(400mil )×10.16mm
(400mil )サイズ以上の半導体を含む電子回路アセ
ンブリである。
樹脂は、前記樹脂が消散性液体に有意に溶解しないな
ら、そして、前記液体が前記樹脂に有意に溶解しないな
ら、前記液体に実質的に不溶であると考えられるだろ
う。有意に溶解するとは、20%未満の溶解性、好まし
くは10%未満の溶解性を意味する。本発明の改良され
た接着剤組成物の成分は、米国特許第5,488,08
2号に列挙されており、それを参照により本明細書に完
全に組み込む。簡単にいうと、これらの成分は、有機重
合体樹脂、無機充填剤及び、前記重合体樹脂のための溶
媒ではない消散性液体である。
所望の最終用途に適切である、任意の熱硬化性もしくは
熱可塑性有機重合体または熱硬化性及び熱可塑性有機重
合体の任意の組み合わせを包含する。好ましい熱可塑性
有機重合体は、ほぼ室温から、マイクロ回路電子部品が
働く環境温度までの温度で固体であり、マイクロ回路電
子部品の働く温度より高温まで加熱すると軟化して、部
品間の接着を創造するのに十分に流動性になるものであ
ろう。好ましい熱硬化性有機重合体は、硬化前に35〜
200℃、好ましくは50〜150℃の融点またはガラ
ス転移点及び35〜200℃、好ましくは50〜150
℃の硬化反応開始温度を有し、硬化後には、接着剤に寸
法安定性及び耐熱性をもたらす熱硬化物質に硬化するだ
ろう。
ポリ(フェニレンスルフィド)、ポリ(エーテルスルホ
ン)、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、
ポリスルホン、ポリアセタール、ポリハロゲン化ビニ
ル、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、アク
リル重合体、ビニル重合体及び熱可塑性エポキシ樹脂で
ある。重合体は上記熱可塑性重合体の共重合体または上
記熱可塑性重合体と他の適切な熱可塑性重合体の共重合
体であってもよい。代表的なポリアミドは、ポリ(ヘキ
サメチレンアジパミド)、ポリ(ε−カプロラクタ
ム)、ポリ(ヘキサメチレンフタルアミド)及びポリ
(イソフタルアミド)を包含する。代表的なポリエステ
ルはポリ(エチレンテレフタレート)及びポリ(ブチレ
ンテレフタレート)を包含する。
る熱硬化性重合体を用い得るが、好ましい熱硬化性重合
体は、エポキシ樹脂である。適切な無機充填剤は40容
量%までの量で存在する。好ましい無機充填剤は、銀、
金、銅、ニッケル及びそれらの金属の合金、アルミナ、
酸化ベリリウム、シリカ、シリコンカーバイド、グラフ
ァイト、タングステンカーバイド、チタン酸バリウム、
窒化硼素、窒化アルミニウム及びダイアモンドを包含す
る。導電性ダイ取り付け接着剤のために、好ましい充填
剤は銀のフレークであって、典型的には25μ以下の粒
度で市販されているものである。用いられるあらゆる充
填剤は25μ以下の粒度を有していることが好ましい。
めに、有機重合体樹脂及び無機充填剤を懸濁させるよう
に作用する。好ましい液体は非極性で、約50mmHg未満
の室温蒸気圧と低表面張力を有する。代表的な液体は、
脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素並びにグリコールエ
ーテル及びそれらの誘導体である。有機重合体は、25
μ以下の粒度を有する。メッシュスクリーンへのミクロ
ンでの粒度の参考のために、45μ粒子はほぼ325メ
ッシュスクリーンに相当し、40μ粒子はほぼ400メ
ッシュスクリーンに相当し、25μ粒子はほぼ500メ
ッシュスクリーンに相当する。粒度が25μ以下に低下
すると、大きい半導体ダイ、すなわち10.16mm(4
00mil )×10.16mm(400mil )以上のもの
を、硬化を受けた後に有機意な離層なしに金属基板に取
り付けることができることを、予想外に発見した。金属
基板はこの産業で最近用いられている任意のもの、たと
えば、銅及び銀めっきした銅である。
基板からのダイの表面積の25%を超える分離を意味す
る。硬化は一般に100〜200℃の範囲の温度で行な
われる。同じ化学的組成物であるが、25μより大なる
粒度の組成物を用いると、10.16mm(400mil )
×10.16mm(400mil )のダイは、硬化サイクル
の後で基板からの有意な離層、すなわち、25%を超え
る離層を示す。
のために当技術分野で公知の装置中で成分を混合するこ
とにより調製される。混合順序は重要でない。すなわ
ち、全成分をいっしょに混合することができるか、また
は、成分の組み合せを予備混合し、その後、残りの成分
を添加することによりペーストを調製することができ
る。好ましい接着剤組成物は、硬化前に約24〜37容
量%の無機充填剤及び11〜37容量%、好ましくは1
3〜29容量%の有機重合体樹脂と残余の消散性液体と
任意の添加剤を含有するだろう。
少量の添加剤、たとえば、接着促進剤、熱安定剤、酸化
防止剤、粘着付与剤及び粘度変性重合体を含有すること
もできる。好ましい粘度変性重合体は、スチレン−b−
エチレン(エチレン−コ−プロピレン)ブロック共重合
体であって、当業界で公知公用の同様な共重合体、たと
えば、(スチレン−コ−エチレン)−b−(ブチレン−
コ−スチレン)ブロック共重合体も適切である。添加剤
の選択及び量は当業者に公知であろう。
回路電子部品を基板に取り付けるのに用いることがで
き、この目的のために十分な接着強さを有していること
が当業界で明らかにされた。例は、接着剤のための硬化
サイクル後にダイが金属基板から分離しないという点
で、本発明の改良された組成物が、大きい半導体ダイに
ついてすぐれた性能を示すことを明らかにする。 例 接着剤組成物を表1に列挙された成分から明細書に従っ
て調製した。
塑性重合体について粒度を変化させて作成した。配合物
を、銀めっきした銀のリードフレーム上に分配し、1
0.16mm(400mil )×10.16mm(400mil
)のダイ及び12.7mm(500mil )×12.7mm
(500mil )のダイを接着剤と接触させて置いた。各
配合物について試験したダイの数は5〜14に変化し
た。
以内で温度100℃〜200℃で傾斜される、プログラ
ム可能なオーブン中に入れ、次いで200℃で15分保
持した。硬化されたアセンブリをオーブンから取り出
し、室温まで冷却させた。離層をSonix Inc.
による音響顕微鏡を用いて調査した。この装置は、ダイ
と基板の間の境界面離層のレベルの観測を可能とする。
離層のレベルは全ダイ面積のパーセントとして、報告さ
れている。
マーのための粒径、試験されたダイの数及び離層の発生
が表2に報告されている。離層は試験された数の内から
離層を示したダイの数として記録され、境界面離層のパ
ーセントによりグループに分割されている。たとえば、
「75%まで」の離層の下の記載事項「3/12」は、
12個のダイの内3個が、ダイと基板との境界面の75
%までの面積にわたる離層を示したことを意味する。
大きいダイの離層に関して、すぐれた結果を示すことを
明らかにしている。
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも1種の有機重合体樹脂、無機
充填剤及び消散性液体から調製された改良された接着剤
組成物であって、前記消散性液体及び有機重合体樹脂
が、互いに他に対して実質的に不溶であり、前記改良
が、前記少なくとも1種の有機重合体樹脂が25μ以下
の粒度の粒状形態で存在することを含んでなる、前記接
着剤組成物。 - 【請求項2】 前記有機重合体樹脂が、熱可塑性重合
体、熱硬化性重合体または熱硬化性重合体と熱可塑性重
合体の組み合わせである、請求項1に記載の接着剤組成
物。 - 【請求項3】 前記有機重合体樹脂が11〜37容量%
の範囲で存在する請求項2に記載の接着剤組成物。 - 【請求項4】 前記熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の粒
度が<15μである請求項3に記載の接着剤組成物。 - 【請求項5】 前記熱硬化性樹脂の粒度が<5μである
請求項4に記載の接着剤組成物。 - 【請求項6】 電子回路アセンブリであって、少なくと
も1種の有機重合体樹脂、無機充填剤、及び消散性液体
から製造された接着剤組成物であって、前記液体及び有
機重合体樹脂は、互いに他に対して実質的に不溶であっ
て、前記少なくとも1種の有機重合体樹脂が、25μ以
下の粒度の粒状形態で存在する前記接着剤で、基板に結
合された、10.16mm(400mil )×10.16mm
(400mil )の大きさ以上の半導体ダイを含む前記ア
センブリ。 - 【請求項7】 前記基板が金属基板である請求項7に記
載の電子回路アセンブリ。
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