TW201708399A - 高性能、熱傳導性之表面安裝（晶粒附接）黏著劑 - Google Patents

高性能、熱傳導性之表面安裝（晶粒附接）黏著劑 Download PDF

Info

Publication number
TW201708399A
TW201708399A TW105122713A TW105122713A TW201708399A TW 201708399 A TW201708399 A TW 201708399A TW 105122713 A TW105122713 A TW 105122713A TW 105122713 A TW105122713 A TW 105122713A TW 201708399 A TW201708399 A TW 201708399A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
adhesive
component
silver
polyorganosilsesquioxane
composition
Prior art date
Application number
TW105122713A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI711670B (zh
Inventor
凱西 史瓦 特璐伯爾
馬克傑 帕特卡
坂井徳幸
尼可拉斯Ｃ 克拉斯克
Original Assignee
納美仕有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 納美仕有限公司 filed Critical 納美仕有限公司
Publication of TW201708399A publication Critical patent/TW201708399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI711670B publication Critical patent/TWI711670B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J183/00—Adhesives based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J183/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J11/00—Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
    • C09J11/02—Non-macromolecular additives
    • C09J11/04—Non-macromolecular additives inorganic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/045—Polysiloxanes containing less than 25 silicon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0806—Silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/085—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/014—Additives containing two or more different additives of the same subgroup in C08K

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

一種組成物，包含(a)20至85wt%的熱傳導銀成分，含有具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子；(b)聚有機倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選自由下列者所組成群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末、(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；以及(c)3至12wt%的全部溶劑含量，該全部溶劑含量係(i)一種或一種以上之溶劑、(ii)含有一種或一種以上之溶劑之媒介或(iii)該溶劑及該媒介之組合的形式。

Description

高性能、熱傳導性之表面安裝(晶粒附接)黏著劑 〔相關申請案之交互參照〕
本申請案依據35 USC 119(e)主張2015年8月3日提交之美國臨時申請案序號62/200,333之優先權。
一種黏著劑成分係含有聚有機倍半矽氧烷粉末((R-SiO3/2)n，polyorgano-silsesquioxane powder)及銀粉末。該黏著劑是有利於作為接合構件以接合電子、光電及半導體裝置之組件。該黏著劑呈現高效能及理想的熱傳導性。
在電子、光電及半導體產業上的進步促使對於高效能黏著劑之需求。尤其，高功率裝置需要低應力、高熱傳導性、熱穩定的及防潮的黏著劑以用於高可靠度裝置之製造。尤其，高功率半導體裝置需要高熱傳導黏著劑以有效率地由該裝置之半導體組件(晶片或晶粒)排出熱源，以使該裝置之長期的效能(意即，功能上的性質)不會衰退。
半導體裝置之製造通常涉及使用熱傳導黏著劑固定半導體晶粒(諸如由矽、碳化矽、氮化矽、氮化鋁或氮化鎵所製成)至基板(諸如陶瓷、銅或銅合金)或電路板上。第1圖說明半導體裝置，其中該晶粒(或晶片)之下側視需要使用金或銀金屬化，並且該黏著劑是使用作為接合構件以固定該晶粒(或晶片)至使用銅金屬化之基板上，其視需要以金或銀而金屬化。使用黏著劑作為該接合構件而固定該半導體晶粒至基板上之製程以下將稱為“固晶(die attach)”。在該晶粒及該基板之間之該黏著劑層通常稱為“膠層(bondline)”。
之前已經使用於表面安裝或固晶之黏著劑一般落入依據糊料(paste)配方、功能性效能及使用溫度之類別。通常，銀固晶黏著劑可以分類為三種類型。其中一種為樹脂型黏著劑、另一種為燒結型黏著劑及第三種為無機的銀-玻璃燒結型黏著劑。
典型的樹脂型(有機的/無機的)固晶黏著劑可能含有該下列成分：(a)銀粉末(具有約0.5至50微米之直徑，該銀粉末為球形、不規則形狀或薄片狀)，(b)熱固型樹脂(例如，環氧樹脂、壓克力樹脂、氰酸脂樹脂及該類樹脂之混合)，(c)熱固型硬化劑，(d)溶劑，以及(e)視需要的一種或一種以上之添加物(例如，偶聯 劑、分散劑或界面活性劑)。
典型的燒結型固晶黏著劑(該黏著劑可以是無機的或有機/無機的)可以含有下列成分：(a)銀奈米粒子(具有5至500奈米之直徑；該銀奈米粒子可以在低於350℃燒結)，(b)溶劑，(c)視需要的銀粉末(具有約0.2至20微米之直徑)，(d)視需要的樹脂(熱固型樹脂及/或熱塑型樹脂)，(e)視需要的燒結助劑(特定的分散劑可以表現作為燒結助劑)，以及(f)視需要的一種或一種以上之添加物(例如，偶聯劑、分散劑或界面活性劑)。
典型的無機的銀-玻璃固晶黏著劑可以含有下列成分：(a)銀粒子(具有約0.2至20微米之直徑)，(b)玻璃粉(低熔點溫度玻璃粉末)，(c)視需要的填料(例如，無機金屬氧化物粉末)，(d)溶劑，以及(e)視需要的一種或一種以上之添加物(例如，偶聯劑、分散劑或界面活性劑)。
在有機的/無機的黏著劑之實施例中，因為該黏著劑之化學組成而具有功能上的限制。例如，該有機的成分(例如，環氧樹脂及熱塑型材料)因為該有機材料之分解而具有溫度限制。含有環氧樹脂及/或熱塑型成分 之典型的固晶黏著劑已經報導為具有200℃至225℃之最大使用溫度。當所製造的裝置是曝露於諸如高溫焊料(例如，無鉛SCA305或金錫焊料)250℃至320℃之迴焊溫度之額外的加工步驟時，這些黏著劑在性質上呈現衰退(諸如高溫晶粒剪力強度)。當曝露於高使用溫度(例如，>200℃)而長期使用時，這些黏著劑在效能上亦顯示衰退。該黏著劑之衰退，尤其是裂縫之形成或功能上性質之衰退(例如，熱傳導性)，造成該製造的半導體裝置之降低的效能。
除了溫度限制之外，有機的/無機的黏著劑時常在達到低模數黏著劑(低應力)及防潮抗攻擊之間具有折衷，其中該糊料成分之有機成分通常是最易於受潮濕攻擊。再者，這種類型之低的模數黏著劑因為該高分子樹脂含量而傾向具有顯著性較低的熱傳導性。所有這些因素導致相對於用於高溫(高功率)、高效能裝置之長期可靠度之問題。
然而，還是有需要有機的/無機的黏著劑之時候。例如，當固晶之應用係使用裸(沒有金屬化)晶及/或裸基板時，時常在黏著劑配方中使用有機的成分以達到良好的接著性。對於某些應用(諸如不需要高溫操作之應用)而言，裸晶固晶組件之使用可能造成相對於該裝置之製造之節約成本。此外，若該糊料配方之銀粉末成分並未在低於該黏著劑之典型的加工溫度之溫度(意即，≦200℃)燒結，則有機成分係被加入至該糊料配方以符合該黏著劑之功能上的需求。
在組成上主要為無機之黏著劑，諸如該燒結型的黏著劑，呈現關於熱傳導性及熱穩定性出色的性質；然而，儲存模數值通常是高的。因為在該黏著劑膠層處之高度應力，高儲存模數黏著劑通常是不適合於大的晶粒應用或其中在該晶粒及基板之間具有大量的熱膨脹不匹配之應用。有機成分可以加入至該燒結型黏著劑以修正該功能上的性質，諸如減少用於較低的應力膠層之儲存模數。
在熱傳導的銀-玻璃複合物之例子中，在2014年1月17日提出的美國臨時申請案序號61/928,533，標題為“傳導糊料及使用該傳導糊料用於生產半導裝置之方法”，發明者Raymond Dietz等人(WO2015/108205)，係有關將熱傳導金屬及低熔點溫度玻璃粉(粉末)與溶劑系統(媒介，vehicle)混合在一起以製造用於高溫應用(例如，最多達300℃連續使用溫度)之固晶黏著劑。這種類型的黏著劑配方在高溫使用上是強健的，並且相對於碳化矽晶粒接合於銀的金屬化氧化鋁基板之可靠度測試上執行良好。當在該固晶裝置之製造期間使用該銀-玻璃黏著劑以將裸晶及裸基板接合在一起時，該銀-玻璃黏著劑亦顯示出色的效能。
雖然銀-玻璃黏著劑顯示最多達300℃使用溫度的優異效能，但該黏著劑之加工溫度是約370℃，該加工溫度對於某些溫度敏感的電子裝置或封裝而言是太高的。此外，因為玻璃及玻璃陶瓷材料之剛性、易脆性質，對於銀-玻璃複合黏著劑之儲存模數是非常的高。對於這種 原因，因為在該黏著劑膠層處之高度應力，此類黏著劑並不適合於大的晶粒應用或其中在該晶粒及該基板之間具有大量的熱膨脹不匹配之應用。
金屬及金屬合金焊料對於表面安裝(固晶)焊料是另一種選擇。鉛基焊料由無鉛焊料選項所取代，諸如SCA305焊料，用於電子組件及裝置之無鉛組裝。SCA305焊料一般在工業上使用作為對於鉛基焊料之無鉛焊料替代；並且時常使用助焊劑用於該焊接製程，該助焊劑可能造成焊接後殘留物於該組件上。此外，在一般波焊(wave solding)製程需要約265℃之情形下，該SCA305焊料需要在250至270℃之範圍內之處理溫度而。使用SCA305焊料之可靠度測試已經顯示在界面處具有金屬間相之形成之問題，其造成焊接組件及裝置之可靠度測試之問題。
高溫金基焊料，諸如金、金-錫、金-矽及金-鍺，係使用於需要高溫效能之各種固晶應用。沖壓焊料預型件時常使用於表面安裝應用以消除在該焊接製程期間之對於助焊劑之需求；然而，低氧氛圍(諸如氮或氮及氫之混合物)對於該焊接製程是需要的。金基焊料需要大於280℃之加工溫度，而在加工期間施加於該固晶工件上之外部壓力的加入以達到滿意的固晶膠層及界面之情形下，使用於固晶應用之金-錫焊料之加熱曲線可以達到320℃持續短時間。金-錫焊料呈現約57W/mK之適度的熱傳導性。
聚甲基倍半矽氧烷粉末((CH3-SiO3/2)n,polymethylsilsesquioxane powders)通常使用於化妝品產業 上，並且在使用在固晶黏著劑的目的之大範圍的粒子尺寸(particle size)上是商業上可獲得的(例如，0.8至20微米)。第2圖是聚甲基倍半矽氧烷粉末之概要圖，其中矽氧烷鍵結已經形成以建立3維網路；該甲基基團是未交聯的，該未交聯造成低的模數材料。聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末是商業上可獲得的，具有來自諸如Grant Industries,Inc.,Elmwood Park,New Jersey及ABC NANOTECH,Daejeon,Korea之公司(參見第3圖之掃描電子影像)之產品。雖然這些細緻粉末在粒子尺寸上不同，該物理性質是類似的，如同在表1中所顯示。
來自ABC NANOTECH之該聚甲基倍半矽氧烷粉末資料表亦顯示呈現該細緻粉末之優異的熱穩定性之數據。這種性質是如同顯示在第4圖中所確認，其中該粉末之熱分析(使用微差掃描熱量法(differential scanning calorimetry))顯示該甲基基團(放熱峰值(exothermic peak))在溫度>350℃之分解。
此外，聚甲基倍半矽氧烷材料在對於很多 固晶應用之感興趣的溫度範圍內(-55℃至350℃)並未熔解或流動(沒有玻璃轉換溫度(Tg))。因此，材料在高溫下在該裝置之熱循環期間之“再熔解”並不是主要考量。再者，由於在感興趣的溫度範圍中未具有Tg，在對於很多環氧樹脂及高分子(例如，熱塑型)材料通常可以觀察到的性質上未具有快速改變，諸如儲存模數或熱膨脹。
對於Nguyen等人之美國專利USP8,835,574為導引至黏著劑成分用於使用在固晶應用上。美國專利USP8,835,574之第18欄，第25行揭露聚甲基倍半矽氧烷粉末在Nguyen等人的黏著劑成分中可以使用作為填料。
日本專利JP S62-128162考量用於封裝半導體之環氧樹脂成分。該成分含有下列者：(a)環氧樹脂，(b)硬化劑，(c)描述為(RSiO3/2)n之矽氧樹脂粉末，以及(d)矽油。
在日本專利JP S62-128162中，該專利陳述該成分用於減少半導體裝置之應力。
日本專利JP 2003-347322為導引至含有熱固型樹脂及聚甲基倍半矽氧烷粉末之固晶糊料。這種是絕緣糊料並且並未含有銀粉末。
日本專利JP 2009-013294描述銀薄片(“A1”)或球形聚有機倍半矽氧烷粉末(A2)之使用為用於固晶黏著劑之填料(參見段落[0194]以下等等)。然而，銀薄片及 聚有機倍半矽氧烷粉末並未同時使用於該糊料(參見表1)中。
日本專利JP 2010-003848揭露用於含有聚有機倍半矽氧烷粉末之LED之固晶黏著劑。
美國專利USP 5,415,912考量含有聚有機倍半矽氧烷細緻粒子之壓力敏感黏著劑(黏著膠帶)。
美國專利USP 5,827,921係關於含有包括膠體二氧化矽或聚有機倍半矽氧烷材料之成分之矽氧基材料。
美國專利公開號US 2012/0114927及US 2013/0266796分別地處理奈米銀黏著劑及熱接合黏著劑。
本發明係關於在包含該電子、汽車及航空產業之各種產業中可以使用於高溫、高功率及高可靠度應用之高效能、熱傳導表面安裝(例如，固晶)黏著劑。對於不需要高溫操作或較佳為使用裸(未金屬化)晶固晶組件之應用，黏著劑配方提供該最佳化功能性效能、可靠度及用於該製造裝置之成本。該黏著劑成分之優點包含下列一項或一項以上：(a)範圍從約150℃至400℃之熱處理溫度，(b)具有低模數及低熱膨脹係數之低應力黏著劑，(c)諸如高熱傳導及具有界面電阻值之出色的熱學性質，(d)諸如所需的高溫接著性之出色的接著性性質， (e)高溫穩定性，(f)出色的耐濕性，以及(g)適合分散應用(小點)及細間距網版印刷應用。
除非特別提及，以下所提及的wt%是相對於該整體的黏著劑糊料配方。
在一實施態樣中，提供一種黏著劑組成物，係含有下列成分：(a)熱傳導銀成分，該熱傳導銀成分係選自由下列者所組成之群組：(i)具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子，該銀奈米粒子可以在低於350℃下燒結，(ii)具有約0.5至50微米之直俓之銀粉末，並且具有球形形狀、不規則形狀或薄片形狀及(iii)該銀奈米粒子及該銀粉末之組合；(b)視需要的銅粒子，具有約0.5至50微米之直徑，並且具有球形形狀、不規則形狀或薄片形狀；(c)視需要的覆銀的銅粒子(silver coated copper particles)，具有約0.5至50微米之直徑，並且具有球形形狀、不規則形狀或薄片形狀；(d)聚有機倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選自由下列者所組成之群組：(i)聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；(e)視需要的樹脂(熱固型樹脂及/或熱塑型樹脂)； (f)一種或一種以上之溶劑、含有一種或一種以上之溶劑之媒介或該溶劑及該媒介之組合；以及(g)視需要的一種或一種以上之添加物(例如，偶聯劑、分散劑或界面活性劑)。
在更進一步的實施態樣中，提供一種高效能無樹脂黏著劑成分，係包括該下列成分：(a)熱傳導銀奈米粒子成分，較佳為包括20至85wt%的具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子，該銀奈米粒子可以在350℃以下燒結；(b)0至70wt%的銀粉末；(c)由下列者所組成之群組所選擇之聚有機倍半矽氧烷成分：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；(d)3至12wt%的在一種或一種以上之溶劑、含有一種或一種以上之溶劑之媒介或該溶劑及該媒介之組合中之全部溶劑含量；(e)0至1wt%的一種或一種以上之分散劑；以及(f)0至0.5wt%的一種或一種以上之界面活性劑。
在更進一步的實施態樣中，提供第一黏著劑成分(無鉛成分)，係含有下列成分：(a)20至85wt%的熱傳導銀成分，含有具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子之(該銀奈米粒子可以在350℃以下燒結)；(b)聚有機 倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選自由下列者所組成之群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；(c)3至12wt%的在一種或一種以上之溶劑、含有一種或一種以上之溶劑之媒介或該溶劑及該媒介之組合中之全部溶劑含量；(d)0至1wt%的一種或一種以上之分散劑；以及(e)0至0.5wt%的一種或一種以上之界面活性劑。
在又一個實施態樣中，提供第二黏著劑(含有樹脂成分)，係含有該下列成分：(a)熱傳導銀成分，該熱傳導銀成分係選自由下列者所組成之群組：(i)0.5至85wt%的具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子(該銀奈米粒子可以在低於350℃下燒結)，(ii)0.5至86wt%的具有約0.5至50微米之直俓之銀粉末(並且具有球形形狀、不規則形狀或薄片形狀)及(iii)60至85wt%的該銀奈米粒子及該銀粉末之組合；(b)聚有機倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選自由下列者所組成之群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；(c)0.5至14wt%的樹脂，該樹脂係選自由下列者所組 成之群組：(i)包括熱固型樹脂之熱固型樹脂成分，(ii)熱塑型樹脂及(iii)該熱固型樹脂及該熱塑型樹脂之組合；(d)3至12wt%的在一種或一種以上之溶劑、含有一種或一種以上之溶劑之媒介或該溶劑及該媒介之組合中之全部溶劑含量；(e)0至1wt%的一種或一種以上之分散劑；以及(f)0至0.5wt%的一種或一種以上之界面活性劑。
在更進一步的實施態樣中，本發明提供一種物件，包含頂部接合組件(例如，陶瓷晶粒、玻璃晶粒或金屬晶粒，其中該晶粒可以是半導體)、底部接合組件或基板(諸如陶瓷(例如，氧化鋁)、銅、銅合金或電路板)及黏結該頂部組件至該基板之黏著劑，其中該黏著劑為前述的第一黏著劑成分或前述的第二黏著劑成分。該頂部接合組件及/或該基板可以經金屬化(通常為金或銀)或非經金屬化(裸的)。
在另一個實施態樣中，本發明提供一種方法，用於減少含有銀及溶劑之熱傳導黏著劑之儲存模數，該方法包括混合該黏著劑與聚有機倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選自由下列者所組成之群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合，其中該聚有機倍半矽氧烷成分之該wt%是基於該熱傳導黏著劑及該聚 有機倍半矽氧烷成分之組合量。該熱傳導黏著劑可以是樹脂型、燒結型或無機銀-玻璃燒結型。溶劑(該溶劑可以是相同於或不同於在該熱傳導黏著劑中之溶劑)可以加入以調整用於黏著劑糊料分散或黏著劑糊料網版印刷應用之糊料流變性。
在又一個更進一步的實施態樣中，本發明提供一種物件，包含頂部接合組件(例如，陶瓷晶粒、玻璃晶粒或金屬晶粒，其中該晶粒可以是半導體)、底部接合組件或基板(諸如陶瓷(例如，氧化鋁)、銅、銅合金或電路板)及黏結該頂部組件至該基板之黏著劑，其中該黏著劑為前述的已經與聚有機倍半矽氧烷成分混合之熱傳導黏著劑。該頂部接合組件及/或該基板可以經金屬化(通常為金或銀)或非經金屬化(裸的)。
該附加的圖式，其中類似的圖示標號於該個別的視圖中意指等同或功能上類似的元件，並且該視圖結合該下文的詳細說明為併入及成為該說明書之部分，依據本發明提供以更進一步說明各種實施態樣及以解釋各種原理及所有優點。
第1圖為使用固晶(“DA(die attach)”)黏著劑被接合至基板之半導體裝置(晶粒或晶片)之概要表示。
第2圖為在(R-SiO3/2)n內之R為甲基基團(CH3)之聚有機倍半矽氧烷粒子之概要表示。矽氧烷鍵係被建立以形成 3維網路，以形成低模數矽氧樹脂粉末之球體。
第3圖顯示為商業上可獲得之各種聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之掃描式電子影像。該細緻粉末包括在大範圍的粒子尺寸上可以獲得之球形粒子，具有狹窄的粒子尺寸分佈。
第4圖為顯示用於使用微差掃描熱量法之各種聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末(如第3圖所示)之圖表。該聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末細緻粉末呈現出色的熱穩定性，具有約350℃(放熱峰值)以上所觀察到之該甲基基團(CH3)之分解。
第5圖為依據本發明之實施態樣之含有高效能黏著劑之固晶工件之剖視圖。
第6a及6b圖為分別地製備具有(a)無樹脂熱傳導銀黏著劑及(b)含有聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之無樹脂熱傳導銀黏著劑之製造的固晶工件之切片掃描式電子影像。
第7圖為顯示含有聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之無樹脂熱傳導銀黏著劑(下文之黏著劑糊料配方8)，並且燒製至200℃之熱分析(微差掃描熱量法)之圖表。該黏著劑呈現出色的熱穩定性，具有約450℃(放熱峰值)以上所觀察到之由該聚甲基倍半矽氧烷成分之該甲基基團(CH3)之分解。
第8圖為具有含有環氧樹脂、熱塑型樹脂及聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之熱傳導銀黏著劑所製備之製造的固晶工件之切片掃描式電子影像。
第9圖為說明加入聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末至燒結型黏著劑之製程之掃描式電子影像；工件被燒製於200 ℃。該掃描式電子影像顯示該聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末為良好分散於該黏著劑微結構中並且該商業上黏著劑之該緊密的銀微結構及出色的界面接合是受到保留的。
第10圖為顯示使用含有聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末，並且被燒製於200℃之無樹脂熱傳導銀黏著劑之固晶溢出測試(“bleed”test)之結果之照片。在放置該晶粒於該基板上之後可以觀察得到媒介溢出環；然而，在該燒結製程之後未觀察到具有溢出環，或糊料殘留於該晶粒四周。
所屬技術領域中具有通常知識者將會瞭解在該圖式中之元件是為了說明簡化及明確並且沒有必要按比例繪製。例如，在該圖式中之某些該元件之尺寸可以相對於其它元件而誇大以輔助促進瞭解本發明之該實施態樣。
固晶黏著劑成分可以在大氣或鈍氣(例如，氮氣)環境中於大範圍的溫度下操作。寬廣的操作溫度範圍允許多樣化的效能性質及裝置應用。第5圖為依據本發明之實施態樣之使用高效能黏著劑之固晶工件之剖視圖。工件由晶粒接合於具有黏著劑之基板所組成。黏著劑膠層及薄片是由所使用之黏著劑糊料之數量及在晶粒之放置期間所施之壓力所控制。晶粒在製造的固晶工件之加工(燒結)期間並未需要施加壓力。
聚有機倍半矽氧烷細緻粉末、含有聚有機倍半矽氧烷及聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物 粉末、或聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及共聚物粉末兩者之組合，可以加入至上文所討論之固晶黏著劑之三個種類(意即，樹脂型、燒結型或銀-玻璃型)以修正黏著劑之功能性質。尤其，上文所提到的將聚甲基倍半矽氧烷加入至三個種類的黏著劑，可以造成減少黏著劑之儲存模數。黏著劑糊料配方可以藉由混合聚甲基倍半矽氧烷粉末成分與熱傳導糊料而製備，或者藉由使用個別的糊料成分製備黏著劑糊料配方。
本發明之黏著劑糊料配方之主要成分在下文作描述，並且作為提供意想不到的黏著劑效能之獨特的黏著劑糊料系統之整體部分。
熱傳導成分
熱傳導成分包含銀奈米粒子、銀粉末或結合熱傳導粉末之銀奈米粒子，該熱傳導粉末可以包含銀粉末、銅粉末、覆銀的銅粉末(silver coated copper powder)或該粉末之組合。在較佳的實施態樣中，該等熱傳導成分之化學組成為實質上相同(意即，銀)，但是該等熱傳導成分在物理性質上不同。
熱傳導成分以下述形式而加入：(i)0.5至85wt%的具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子，銀奈米粒子可以在低於350℃下燒結，(ii)0.5至86wt%的含有粒子之銀粉末，具有約0.5至50微米之直俓，並且具有球形形狀、不規則形狀或薄片形狀)及(iii)60至85wt%的銀奈米粒子及銀粉末之組合。較佳為銀奈米粒子及銀粉末含 量之組合為75至85wt%。
此類銀奈米粒子可以依據美國專利公開號US 2015/0041974A1而產生，銀奈米粒子之整體的含量在此參照併入。較佳為銀奈米粒子具有40至350奈米之平均直徑，並且可以藉由加熱至溫度低於350℃而燒結，例如，從130℃至320℃。銀奈米粒子在無樹脂黏著劑糊料配方中之較佳的含量為20至70wt%，並且較佳在30至60wt%的黏著劑糊料配方。
銀粉末粒子尺寸較佳的情況為0.5至20微米，並且較佳為銀粉末粒子尺寸為0.5至5微米。在無樹脂黏著劑配方中(意即，結合奈米銀粒子)之較佳的銀粉末含量為20至70wt%，並且較佳為銀粉末含量為30至60wt%。在含有黏著劑糊料配方中之較佳的銀粉末含量為30至86wt%，並且較佳的銀粉末含量為65至86wt%(未具有奈米-銀粒子存在)。含有此類銀粉末含量之成分可以在低於200℃溫度下操作。
雖然銀是較佳的熱傳導填料粉末，銅及/或覆銀的銅粉末能以1至50wt%之量(較佳為約5至15wt%之量)部分地取代銀奈米粒子、銀粉末或銀奈米粒子及銀粉末之組合。銀、銅或覆銀的銅之組合可以經使用以最佳化用於特定固晶應用之功能上的性質。
聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及共聚物粉末
聚有機倍半矽氧烷粒子具有含有(R-SiO3/2)n之三維結構，其中有機基團(R)可以是甲基、乙基、丙基、丁基、環 烷基、乙烯基、酚、環氧基或氨基。甲基有機基團是較佳的，其中聚有機倍半矽氧烷，例如，聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末較佳為含有數量在2及10wt%之間，並且較佳為含有數量在4及9wt%之間。聚有機倍半矽氧烷，例如，聚甲基倍半矽氧烷，粒子尺寸範圍從0.8至20微米，具有較佳的粒子尺寸範圍為3至10微米。對於具有大的膠層厚度之固晶應用，諸如50至100微米，5至10微米粒子尺寸範圍是最佳的。對於具有小的膠層厚度之固晶應用，諸如10至25微米，3至6微米粒子尺寸範圍是最佳的。此外，各種粒子尺寸粉末可以混合以最佳化用於特定黏著劑應用之功能上的性質。當使用兩種粒子尺寸粉末時，粉末之較佳的比例為50：50。當使用三種粒子尺寸粉末時，粉末之較佳的比例為50：30：20，從最大至最小粒子尺寸直徑。
共聚物粉末可以加入至數量為黏著劑糊料配方之0至8wt%，其中粒子/結塊尺寸範圍從2至50微米，並且較佳的粒子/結塊尺寸為5至20微米。共聚物含有(i)聚有機倍半矽氧烷(R-SiO3/2)n及(ii)聚二有機矽氧烷((R2-SiO)n)之交錯聚合物網路，其中有機基團(R)可以是甲基、乙基、丙基、丁基、環烷基、乙烯基、酚、環氧基或氨基。甲基有機基團是較佳的，其中聚甲基倍半矽氧烷/聚二甲基矽氧烷共聚物粉末(例如，來自Grant Industries,Inc.,Elmwood Park,New Jersey之Gransil EPSQ)包括糊料0至8wt%之黏著劑糊料配方，具有較佳的含量為1至5wt%的黏著劑糊料配方。
在共聚物中，聚二有機矽氧烷對聚有機倍半矽氧烷之重量比為1至50，並且較佳為20至40。
聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及共聚物粉末之組合範圍從0.5至12wt%，且較佳的含量為2至10wt%。
樹脂：熱固型樹脂及熱塑型樹脂
樹脂型及燒結型黏著劑可以藉由加入如同上文所描述之聚有機倍半矽氧烷細緻粉末、如同上文所描述之共聚物粉末或聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及共聚物粉末之組合，至含有樹脂(熱固型樹脂成分及/或熱塑型樹脂)之黏著劑糊料配方而製備。
熱固型樹脂成分主要包括熱固型樹脂，並且額外可以提供具有，或者需要固化催化劑/硬化劑之加入。熱固型樹脂成分以下將稱為“熱固型樹脂”，其中存在著促進聚合物材料(意即，促進高分子之交聯)之固化之催化劑/硬化劑。熱固型樹脂之含量可以從0.5至10wt%的黏著劑糊料配方而變動，具有較佳的熱固型樹脂含量範圍從4至8wt%的黏著劑糊料配方。
各種已知的熱固型樹脂可以使用於本發明中，並且將視固化材料之功能上的需求而定以作選擇。固化催化劑/硬化劑為加入至液體熱固型脂以促進熱固型樹脂材料之固化(交聯)。併入於液體熱固型樹脂中之催化劑/硬化劑應是潛在的，意即，在溫度大於約100℃而觸發。對於具有液體熱固型樹脂所使用之固化催化劑/硬化劑可以依據熱固型材料之需要的功能上及處理上的性質而選 擇。可以使用各種類型的催化劑/硬化劑，包含封閉酸催化劑類型、有機金屬催化劑類型及光引發劑催化劑類型。較佳的熱固型包含雙酚A型、雙酚F型、苯酚酚醛型、脂環型、縮水甘油酯型及脂環型環氧樹脂。此外，熱固型樹脂可以具有已經混入液體樹脂內之潛在的催化劑/硬化劑。
用於使用在本發明中之熱塑型樹脂將視燒結的黏著劑之功能上的需求而定以作選擇。熱塑型含量可以從0.5至10wt%的黏著劑糊料配方而變化，具有較佳的熱固型樹脂含量範圍從4至7wt%。較佳的熱塑型樹脂包含聚酯類、聚氨酯類、聚醯胺類及苯氧樹脂類熱塑型。
熱固型樹脂可以使用於與熱塑型樹脂作組合以最佳化用於特定固晶應用之功能上的性質。熱固型樹脂及熱塑型樹脂之組合的含量可以從1至14wt%而變化，具有較佳的含量範圍從4%至10%。在這個實施例中，最佳的範圍視用於固晶應用之所需的功能上的性質而定。
媒介：溶劑、分散劑及界面活性劑
各種有機成分可以加入至黏著劑糊料配方以調整糊料之流變性，以作為燒結助劑或以改變最終黏著劑糊料配方之表面張力或氣相壓力。當諸如一種或一種以上之溶劑及一種或一種以上之分散劑之有機成分，及/或一種或一種以上界面活性劑混合在一起時，最終混合物稱為“媒介(vehicle)”。在此之成分含有3至12wt%的全部溶劑含量於(i)一種或一種以上之溶劑，(ii)含有一種或一種以上之溶劑 之媒介或(iii)溶劑及媒介之組合中。在本發明之實施態樣中，對於黏著劑成分之媒介配方之實施例顯示於下文表2中。
使用於高效能糊料配方中之溶劑之特徵較佳為下列一般性質：(a)不與矽氧樹脂粉末反應(例如，如上文所描之聚甲基倍半矽氧烷及共聚物粉末)，例如，不會溶解樹脂或造成粒子之大幅膨潤；(b)呈現低的溢出特性，意即，具有特定表面張力之微量極性溶劑是需要的以減少在固晶薄片之邊緣處之溢出；以及(c)溫和的氣相壓力，意即，在實行的時間內可以大量由具高溫之模子萃取之溶劑。
在這些參數中，可以使用各種不同的溶劑，包含，例如，醇、乙酸酯、醚、酯及酮。此類溶劑之實施例包含松油醇、酯醇(諸如TexanolTM)、2-乙基-1,3-己二醇、2-苯氧基乙醇、二氫松油醇、苄醇及丁基卡必醇TM乙酸酯(butyl CarbitolTM acetate)；溶劑可以單獨使用，或者經組合以達到所需的性質。用於黏著劑糊料配方之較佳的溶劑包含2-乙基-1,3-己二醇、苄醇及丁基卡必醇TM乙酸酯。
全部的溶劑含量在一種或一種以上之溶劑、含有一種或一種以上之溶劑之媒介或溶劑及媒介之組合中可以從3至12wt%的黏著劑糊料配方而改變，具有較佳的溶劑含量(或媒介含量)範圍從5至9wt%。最佳的溶劑 含量(或媒介含量)視糊料應用方法而定，其中糊料透過注射器或糊料之網版印刷而分散以形成圖案在時常具有不同的黏度/流變需求之基板上。
額外的有機成分可以加入以調整黏著劑糊料配方之性質。例如，分散劑可以加入數量最多達1wt%的黏著劑糊料配方以輔助具有黏著劑糊料成分之分散性及以有助於黏著劑之燒結。在本發明之實施態樣中，將分散劑BYK111(D.N.Lukens Inc.,Westboro,Massachusetts)使用於黏著劑配方中。界面活性劑亦可以加入，諸如在最多達0.5wt%之數量。通常，界面活性劑之目的是改變最終黏著劑糊料配方之表面張力。在本發明之實施態樣中，界面活性劑FC4432(3M Center,St.Paul,Minnesota)是使用於表面糊料配方中。
固晶工件
第6a及6b圖為分別地製備具有(a)無樹脂熱傳導銀黏著劑(下文為黏著劑糊料配方1)及(b)含有聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之無樹脂熱傳導銀黏著劑(下文為黏著劑糊料配方7)之固晶工件之切片掃描式電子影像。第6a圖顯示非常緊密的銀微結構，具有出色的界面接合在晶粒及基板界面。第6b圖顯示加入聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末至無樹脂銀黏著劑之影響，其中聚甲基倍半矽氧烷粒子為完全分散於銀糊料中並且形成高熱傳導銀黏著劑之緊密區域(通路)；並且其中最終的界面接合仍然是出色的。
第8圖為具有含有聚甲基倍半矽氧烷細緻 粉末、熱固型樹脂及熱塑型樹脂成分(下文為黏著劑糊料配方46)之熱傳導銀黏著劑所製備之固晶工件之切片掃描式電子影像。第8圖顯示緊密的銀微結構，其中聚甲基倍半矽氧烷粒子、熱固型樹脂及熱塑型樹脂為良好分散於銀黏著劑，並且形成高熱傳導銀黏著劑之緊密的區域；並且其中最終的界面接合仍然是出色的。
〔實施例〕
實施例1：黏著劑糊料配方1至29之製備
黏著劑糊料配方1至29為製備使用在表2中所提出之媒介配方及具有在表3中所提出之成分。在表3中之配方並未含有熱固型樹脂或熱塑型樹脂成分，並且因此考量為“無樹脂”；意即配方為無樹脂燒結型黏著劑。
在表3中所稱為奈米銀糊料(“NAMICS”)是由日本Namics Corporation,Niigata-shi所生產並且其特性如下：含有具有100奈米的平均粒子直徑及具有40奈米的晶粒直徑之90wt%的銀細緻粒子之傳導糊料，結合2wt%的胺酯及8wt%的溶劑(2-乙基-1,3-己二醇)。
黏著劑糊料製備包含下列步驟：(a)若任何乾躁的成分具有粒子結塊，使用剪切混合以分離該粒子結塊；(b)依據以重量百分比之黏著劑糊料配方秤重每一個成分之適當劑量；(c)糊料成分以手工先混合直到所有乾躁成分經過混 合；(d)經混合糊料成分接著使用Thinky行星離心混合器混合及脫氣；(e)若有需要，糊料藉由加入額外的溶劑，諸如2-乙基-1,3-己二醇，而調整糊料黏性；(f)將糊料立即使用或儲存在-40℃用於未來使用；(g)若儲存在-40℃，糊料在用於零件製備之前解凍至室溫。
實施例1(a)：黏著劑糊料配方7之製備
黏著劑糊料配方7為以20克批次製備用於評估。糊料藉由混合10.44克的奈米銀糊料(使用奈米-銀所製備之“NAMICS”(Namics Corporation,Niigata-shi,Japan)奈米-銀糊料、2wt%的胺酯及8wt%的溶劑)、6.94克的名義上1微米(D50)銀粉末(Metalor Technologies,North Attleboro,Massachusetts)、0.7克的“PSQ”聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末(Grant Industries,Inc.,Elmwood Park,New Jersey)及1.22克的媒介而製備。糊料媒介成分在上文表2中提出，並且由下列材料所組成：2-乙基-1,3-己二醇(Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri)、丁基甘醇丁醚醋酸酯(BCA,Butyl CarbitolTM Acetate)(The Dow Chemical Company,Midland,Michigan)、BYK111分散劑(D.N.Lukens Inc.,Westborough,Massachusetts)及FC-4432界面活性劑(3M Center,St.Paul,Minnesota)。
黏著劑糊料首先藉由手工混合直到所有成分經混合在內，接著糊料使用Thinky行星離心混合器混合及脫氣。糊料是立即使用或儲存在-40℃用於未來使用於零件製備(糊料在用於零件製備之前解凍至室溫)。
實施例1(b)：黏著劑糊料配方1至6及8至29之製備
黏著劑糊料配方1至6及8至29是以類似於黏著劑糊料配方7之製備之方式而製備。
實施例2：黏著劑糊料配方30至52之製備
黏著劑糊料配方30至52為使用2-乙基-1,3-己二醇溶劑(或者在表2中所提出及描述於上文之實施例1(a)中之媒介配方)及具有在表4中所提出之成分而製備。黏著劑糊料配方30至52是以類似於實施例1之方式而製備。
在表4中之配方含有環氧樹脂及熱塑型樹脂成分並且考量為有機/無機黏著劑，其中熱傳導填料粉末及黏著劑處理溫度之選擇決定是否黏著劑是具有樹脂型或燒結型之特徵。對於每一者，環氧樹脂或熱塑型含量的範圍從0.5至8wt%，或者對於組合的環氧樹脂及熱塑型含量之0.5至14wt%之範圍。環氧樹脂及/或熱塑型含量之較佳的含量為2至10wt%，並且最佳的含量為4至9wt%。
在表4中稱為奈米-銀糊料(“NAMICS”)是藉由如同在實施例1中所描述之Namics Corporation,Niigata-shi,Japan所生產。
實施例2(a)：黏著劑糊料配方42之製備
黏著劑糊料配方42為以30克批次製備用於評估。糊料藉由混合23.55克的名義上1微米(D50)銀粉末(Metalor Technologies,North Attleboro,Massachusetts)、1.8克的EpoPro602環氧樹脂(特種聚合物及服務，Specialty Polymers and Services,Valencia,California)、0.9克的SF3110熱塑型樹脂(Schaetti,Wallisellen,Switzerland)、1.8克的“E+380”聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末(ABC NANOTECH,Daejeon,Korea)及1.95克的2-乙基-1,3-己二醇溶劑而製備。
實施例2(b)：黏著劑糊料配方30至41及43至52之製備
黏著劑糊料配方30至41及43至52以類似於黏著劑糊料配方42之製備之方式而製備。
實施例3：黏著劑糊料配方53至64之製備
樹脂型、燒結型或無機銀-玻璃燒結型黏著劑可以藉由將個別的成分一起混合而製備，或者藉由加入聚有機倍半矽氧烷細緻粉末、上文所描述之共聚物粉末或聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及共聚物粉末之組合至已知的黏著劑配方(例如，商業上可獲得的產品)；聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末及聚甲基倍半矽氧烷/聚二甲基矽氧烷共聚物粉末是較佳的。
第9圖包含顯示將聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末加入至UNIMEC XH9890-6A黏著劑(Namics Corporation,Niigata-shi,Japan)，燒結型黏著劑，在結構上的影響之掃 描式電子影像。UNIMEC XH9890-6A糊料是含有熱固型樹脂及熱塑型樹脂成分(意即，燒結型有機/無機黏著劑)之熱傳導型銀糊料。聚甲基倍半矽氧烷粒子是良好分散於整個黏著劑微結構內，並且形成高熱傳導黏著劑之緊密區域；以及其中最終的界面接合仍然是出色的。
表5提供此類黏著劑之黏著糊料配方及功能上性質。將聚甲基倍半矽氧烷細緻粒子為加入至UNIMEC XH9890-6A燒結型黏著劑(配方53至56)、DM6030Hk/F945樹脂型黏著劑(配方至57至61)及XH9930銀-玻璃燒結型黏著劑(配方62至64)；所有黏著劑是來自於Namics Corporation,Niigata-shi,Japan。聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末、聚甲基倍半矽氧烷/聚二甲基矽氧烷共聚物或聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末及聚甲基倍半矽氧烷/聚二甲基矽氧烷共聚物之組合之較佳的含量範圍從3至12wt%，且最佳的範圍為4至9wt%。
實施例3(a)：黏著劑糊料配方55之製備
黏著劑糊料配方55是以20克批次製備用於評估。糊料藉由混合18.8克的UNIMEC XH9890-6A(Namics Corporation,Niigata-shi,Japan)黏著劑糊料及1.2克的“E+360”聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末(ABC NANOTECH,Daejeon,Korea)而製備。黏著劑糊料配方55是首先以手工混合直到乾躁成分經混合於內，接著糊料使用Thinky行星離心混合器混合及脫氣而製備。糊料是立即使用或儲存在-40℃用於未來使用於零件製備上(在零件製備之前糊料將解凍至室溫)。
實施例3(b)：黏著劑糊料配方54及56之製備
黏著劑糊料配方54及56是以類似於黏著劑糊料配方55之製備之方式而製備。
實施例3(c)：黏著劑糊料配方58之製備
黏著劑糊料配方58是以20克批次製備用於評估。糊料藉由混合19.4克的DM6030Hk/F954(Namics Corporation,Niigata-shi,Japan)黏著劑糊料及0.6克的“E+360”聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末(ABC NANOTECH,Daejeon,Korea)而製備。黏著劑糊料配方58是首先以手工混合直到乾躁成分經混合於內，接著糊料使用Thinky行星離心混合器混合及脫氣而製備。糊料是立即使用或儲存在室溫下用於未來使用於零件製備上。
實施例3(d)：黏著劑糊料配方59至61及 63至64之製備
黏著劑糊料配方59至61及63至64是以類似於黏著劑糊料配方58之製備之方式而製備。
當聚甲基倍半矽氧烷含量增加時，顯示於表5中之黏著劑糊料配方之功能上性質在儲存模數上呈現顯著的降低，同時維持出色的晶粒剪力強度。
燒結的黏著劑糊料配方55亦顯示非常良好的熱傳導數值55.8W/mK，熱傳導數值可相比於用於金-錫焊料之約57W/mK之熱傳導數值。這些資料顯示聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末添加物在減少各種商業上的黏著劑之儲存模數上是有效的，同時維持良好的熱學性質。
實施例4 用於燒結黏著劑糊料配方1至64之熱處理
各種工件經製配用於黏著劑功能上效能之評估，並且黏著劑糊料配方使用其中一個下列溫度曲線而處理(燒結)：(a)200℃曲線：60分鐘升溫至200℃及在大氣(無對流)或機械式大氣對流烘箱內維持在200℃持續60分鐘；(b)175℃曲線：30分鐘升溫至175℃及在機械式大氣對流烘箱內維持在175℃持續60分鐘；(c)修正曲線：曲線(a)及(b)具有加入60分鐘維持在100℃用於改善對於一層熱傳導工件之溶劑/媒介糊料成分之蒸發；(d)370℃曲線：30分鐘升溫至370℃及在大氣(無對流) 爐內維持在370℃持續10分鐘。
因為在對於相同糊料配方之功能上的性質中所觀察到之差異性，在糊料配方表中於使用大氣相對於機械式大氣對流而用於處理零件之溫度曲線之間產生區隔。通常，可以發現具有機械式大氣對流之處理造成黏著劑糊料及固晶工件之改良的燒結。
實施例5：測試工件之製備及性質量測
各種測試工件經製備而用於功能上性質評估。其中一個群組的測試工件包含塊材樣品工件。塊材樣品工件為形成(或形狀)成為用於性質量測之適當尺寸，其中薄的或厚的薄膜燒結黏著劑為使用濕式糊料“Dr-Blade”製程而製備，接著以在實施例4中所描述之方式而燒結工件。
另一個群組的工件組成固晶測試工件。通常，固晶測試工件是藉由注入適當數量的黏著劑糊料配方於基板上而製備並且金的金屬化矽晶粒放置在黏著劑糊料配方上及施加輕微的壓力。黏著劑糊料配方流動及散佈至晶粒周圍並且形成升起約晶粒之一半厚度之薄片層。黏著劑膠層厚度值通常在25至50微米。固晶工件是以在實施例4中所描述之方式而處理。第5圖提供固晶工件之說明。
體積電阻率量測為實施在名義上量測5毫米寬乘以60毫米長及0.25毫米厚之塊體黏著劑工件上。使用四點電阻量測，使用Keithley 2400 SourceMeter，以決定體積電阻率。
儲存模數量測是，使用動態機械分析(DMA, Dynamic Mechanical Analysis)設備(Hitachi DMS7100 EXSTAR)，實施在名義上量測5毫米寬乘以40毫米長及0.25毫米厚之燒結的塊體黏著劑工件上。使用來自動態機械分析設備之黏/彈性比值曲線(Tan Delta curve)以決定黏著劑之玻璃轉換溫度(Tg)。熱膨脹係數(CTE,coefficient of thermal expansion)量測使用類似於動態機械分析測試之形狀的工件而實施，使用熱機械分析(TMA,Thermomechanical Analysis)設備(NETZSCH TMA 402 F3)。
熱傳導(意即，一層熱傳導)量測為實施在名義上量測10毫米寬乘以10毫米長及0.5毫米至0.8毫米厚之燒結的塊體黏著劑工件上。使用雷射閃光技術(LFA,Laser Flash Technique)設備(NETZSCH LFA447 Nano-Flash)以量測工件之熱擴散性，並且熱傳導性為使用計算的熱容量值及黏著劑密度(使用阿基米德(Archimedes)方法而量測)而計算。
亦使用雷射閃光技術以量測燒結的固晶工件之界面阻值(Rth)。使用Rth量測以評估接合界面之品質，具有低的Rth值顯示出色的接合在製造的固晶工件之黏著劑界面處。測試工件為使用7.5mm×7.5mm(或5mm×5mm)金的金屬化矽晶粒接合至10mm×10mm金的金屬化矽基板而製備；使用約10-15毫克的黏著劑膠粒以形成測試工件。
晶粒剪力量測量測是實施在由各種尺寸之金的金屬化矽晶粒接合至金屬化的基板所組成之燒結的固 晶工件上；基板包含金的金屬化氧化鋁、銀的金屬化氧化鋁及銀的金屬化銅導線架。使用SATEC(T1000)及DAGE(4000 Optima)接合測試器(BondTesters)以測試工件之晶粒剪力強度(接著性)。DAGE接合測試器配備有可程式化加熱板以使得晶粒剪力強度量測在高溫下完成。
實施例6：耐濕性測試
黏著劑糊料配方6及7為如同上文在實施例1中所描述而製備。固晶工件(用於晶粒剪力測試)是以類似於實施例5使用約1.5毫克的糊料於金的金屬化氧化鋁基板上之方式而製備；將2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件是使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線而在200℃下處理。
燒結的固晶工件為曝露至稱為高溫蒸汽壓試驗(“PCT”,Pressure Cooker Test)之加速的耐濕性測試。高溫蒸汽壓試驗由放置固晶工件於高溫蒸汽壓(僅曝露至蒸汽)之頂部空間內及升溫至121℃並且升壓至15psi所組成。工件是由高溫蒸汽壓試驗在8小時及16小時曝露後而移除，並且使用DAGE接合測試器以量測晶粒剪力強度。對於高溫蒸汽壓試驗曝露之0、8及16小時之晶粒剪力強度值為顯示於表6中。
在兩者的實施例中，黏著劑對於濕氣攻擊呈現優異的抵抗性，晶粒剪力強度觀察到作為高溫蒸汽壓試驗曝露時間之函數未具有衰退。尤其，在25℃具有7.5GPa之儲存模數值之黏著劑糊料配方7呈現出色的晶粒剪力強度，並且具曝露至濕氣下並未呈現接著性之損失。這些工件之優異的效能經考量為是歸因於聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之疏水性質。
實施例7：熱晶粒剪力測試
黏著劑配方21(依據實施例1所製備)是使用於評估在高溫下之固晶接著性(意即，晶粒剪力強度)。晶粒剪力測試工件是以在實施例5中所描述之方式中而製備，藉由注入約1.5毫克的黏著劑糊料配方21於金的金屬化氧化鋁基板上；將2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件是使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線而在200℃下處理。
燒結的固晶工件之接著性是使用具備可程 式化加熱板以使晶粒剪力強度量測在高溫下進行之DAGE接合測試器而測試；晶粒剪力強度值是在21℃、250℃、300℃及350℃下量測並且顯示於表7中。晶粒剪力強度顯示從在室溫下之40MPa至在350℃下之12.1MPa之穩定的下降。雖然可以觀察到在晶粒剪力強度隨著增加的溫度而下降，晶粒剪力工件維持非常良好的結構整體性最多達350℃，其中造成工件之晶粒剪力失效需要7.7公斤力量。
在260℃下良好的晶粒剪力強度是重要的，因為半導體裝置時常經歷在溫度下之焊料迴焊製程，並且晶粒需要維持良好的接著性。在300℃至350℃下之良好的晶粒剪力強度是優異的，並且開啟了用於高溫二次製程之機會而不會損壞固晶工件之接著性或功能上的性質。
實施例8：熱循環測試
熱循環測試是具有以黏著劑糊料配方21所製備之固晶工件而進行；黏著劑糊料配方21是以如同上文在實施例1中所描述而製備。晶粒剪力測試工件是以在實施例5中所描述之方式中而製備，藉由注入約1.5毫克的黏著劑糊料配方於銀的金屬化氧化鋁基板上；將2.5mm×2.5mm金 的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件在200℃下處理，使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線。
熱循環測試是在ESPEC熱衝擊腔室(Thermal Shock Chamber)中進行，其中工件是在170℃(30分鐘維持)及-55℃(30分鐘維持)之溫度區間之間穿梭持續一個循環計次。熱循環測試為設計以評估工件/裝置之長期可靠度之加速測試。當曝露至熱循環測試時，具有高應力在接著性膠層處之固晶工件/裝置通常呈現嚴厲的晶粒剪力強度衰退(因為裂紋形成)，或者晶粒由基板剝離。
燒結的固晶工件是以黏著劑糊料配方21而製備，並且為受到+175℃及-55℃之250及480個循環。晶粒剪力強度值為使用DAGE接合測試器而量測並且顯示於表8中。
在接著性中之小量減少在後續的250及480個循環之晶粒剪力強度中可以觀察得到；然而，晶粒剪力強度值仍然非常良好。這些數據顯示對於這些工件具有可接受的黏著劑膠層應力水準。
實施例9：高溫儲存測試
黏著劑在大於200℃之溫度之熱穩定性是隨著在高功率半導體裝置中之進步而變得逐漸地重要。雖然黏著劑在間歇性曝露之高溫下(>200℃)可以滿足地進行，持續性的高溫使用黏著劑是需要的以符合高功率、高溫裝置之操作條件。
250℃高溫儲存測試是使用以黏著劑糊料配方21所製備之固晶工件而執行。黏著劑糊料配方21為如同在上文實施例1中所描述之而製備。晶粒剪力測試工件是以在實施例5中所描述之方式中而製備，藉由注入約1.5毫克的黏著劑糊料配方21於金的金屬化氧化鋁基板上；將2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件在200℃下處理，使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線。
使用黏著劑糊料配方21所製備之固晶工件是放置在250℃的爐子中，在大氣下，持續250小時以評估高溫儲存之效果。晶粒剪力強度值是使用DAGE接合測試器而量測並且界面阻值數值(Rth)是使用雷射閃光技術而量測；熱儲存數據為顯示於表9中。
表9糊料配方21固晶工件之高溫儲存(250℃)評估，燒結至200℃；2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒於金的金屬化氧化鋁上
晶粒剪力強度在接續250℃高溫儲存測試後從40MPa降低至26.4MPa。雖然在晶粒剪力強度中之顯著的降低可以觀察到，接著性仍然是非常良好。然而，界面阻值數值在整個實驗中仍然是出色的，測試顯示使用黏著劑之界面接合並未衰退；對於透過固晶工件維持良好的熱流(熱散逸)這是非常重要的。
第二高溫儲存測試是在225℃於大氣中進行。在這個實施例中，將5mm×5mm金的金屬化矽晶粒接合至銀的金屬化銅導線架基板。這個固晶組合有時使用於高功率裝置之架構上，其中約225℃之操作溫度在黏著劑膠層處可以觀察到。
225℃高溫儲存測試是使用以黏著劑糊料配方21所製備之固晶工件而執行。黏著劑糊料配方21為如同在上文實施例1中所描述而製備。晶粒剪力測試工件是以實施例5中所描述之方法中而製備，藉由注入約10毫克的黏著劑糊料配方21於銀的金屬化銅導線架基板上；將5mm×5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件在200℃下處理，使用在實施例4(a)中所提出之加熱曲線。
以黏著劑糊料配方21所製備之固晶工件為 放置在225℃爐子中(在大氣下)持續250、500及1000小時以評估225℃高溫儲存之效果。晶粒剪力強度值是使用DAGE接合測試器而量測並且界面阻值數值(Rth)是使用雷射閃光技術而量測；225℃儲存數據為顯示於表10中。
固晶工件顯示用於225℃之出色的效能，其中晶粒剪力強度數值(最多達500小時)及Rth數值(最多達1000小時)兩者顯示未具有衰退。尤其，晶粒剪力強度工件對於產生失效需要約70公斤之剪力力量在具有5mm×5mm晶粒於覆銀的銅導線架上。
實施例10：圍繞晶粒之溢出之評估
使用黏著劑糊料配方7(以類似於實施例1之方式而製備)以評估具有並未含有環氧樹脂或熱塑型成分(意即，無樹脂糊料)之銀-聚甲基倍半矽氧烷糊料之固晶溢出議題。固晶工件是以類似於實施例5使用約1.5毫克的黏著劑糊料配方於銀的金屬化氧化鋁基板上之方式而製備，並且使 用在實施例4之(a)所提出之加熱曲線在200℃下處埋。如同在第10圖中所顯示，固晶工件之照片為採取晶粒之下列的配置(當糊料仍然是濕潤時)，並且接著處理(燒結)工件。在第10圖中工件下列的晶粒配置之影像顯示液體成分之溢出環沿著濕潤的糊料之周圍而散佈開來。黏著劑糊料配方7之液體成分僅由媒介所組成，媒介被考慮在燒結製程期間分解/蒸發。處理的工件之影像顯示未具有溢出環之明確證據。
對於含有液體樹脂或有機成分之固晶糊料，圍繞固晶工件之溢出可能是嚴重的問題，液體樹脂或有機成分在處理期間可能流動以形成圍繞燒結的固晶工件之材料環。尤其，當晶粒放置在基板或者電路板上是接近時，圍繞固晶工件之溢出將造成問題，並且溢出區與半導體裝置之操作形成干涉。
在顯示於上文表3中之銀-聚甲基倍半矽氧烷黏著劑糊料配方1至29之實施例中，未具有環氧樹脂、液體樹脂或熱塑型成分，並且這些黏著劑糊料配方是考量為“無樹脂”。使用於這些配方中之糊料媒介在燒結期間顯示出出色的燃盡情況，因此，即使媒介可能已經顯示某些溢出，在後續的熱處理之溢出環中並未具有殘留材料之可視的跡象。媒介成分應小心選擇以確保後續的固晶工件處理之燃盡未具有殘留材料，固晶工件處理可能影響製造的固晶工件/裝置或封裝之功能上的效能。
實施例11：高效能無樹脂黏著劑
高功率裝置需要具有功能上效能之穩固的固晶黏劑，包含，例如，高溫穩定性(意即，≧225℃)、低應力固晶膠層及高熱傳導。雖然固晶黏著劑存在著滿足某些這類需求，找到符合所有效能之商業上可獲得的黏著劑是具有挑戰性。
對於上文所描述之無樹脂黏著劑糊料配方之黏著劑效能數據顯示對於用於高功率半導體裝置之符合所有效能需求之可能性。例如，以黏著劑糊料配方21所製備之工件之功能上的性質是顯示於上文之表3中。黏著劑糊料配方21如同在上文實施例1中所描述而製備。晶粒剪力測試工件是以在實施例5中所描述之方式而製備，藉由注入約1.5毫克的黏著劑糊料配方於銀的金屬化氧化鋁基板上；將2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件是在200℃下處理，使用實施例4之(a)所提出之加熱曲線。
使用糊料配方21所製備之工件之功能性效能是強調下列特性：(a)在-55℃為12.9、在25℃為12.0GPa及在200℃為9.1GPa之儲存模數；(b)在25℃為19.3×10-6/K及在200℃為24.3×10-6/K之熱膨脹係數；(c)40MPa之晶粒剪力強度；以及(d)103W/mK之1層熱傳導。
這個黏著劑糊料配方之功能上的性質顯示 出色的熱穩性，具有200℃之處理溫度及在性質上之最小的改變，諸如在橫跨大範圍的溫度之儲存模數及熱膨脹係數。
適當的儲存模數值及低的熱膨脹之組合對於低應力膠層是需要的。低應力膠層加上出色的晶粒剪力強度是在高可靠度固晶組件及裝置之製造之後所尋求之性質。這個黏著劑糊料配方亦顯示出色的熱傳導性，熱傳導性必須有效率地溢出熱能遠離高功率裝置。這種黏著劑糊料配方之組合的功能性效能使得黏著劑成為用於高功率、高溫固晶組件或裝置之良好的選擇。
實施例12：具有共聚物之無樹脂黏著劑
低儲存模數黏著劑對於大的固晶應用或者其中在晶粒及基板之間之熱膨脹中具有大量差異性之固晶應用是需要的。雖然在黏著劑配方中之聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末之使用造成降低的儲存模數，但具有限制。共聚物添加物之使用(單獨或結合聚甲基倍半矽氧烷)可以更進而減少黏著劑之儲存模數。黏著劑糊料配方17及18，如同在上文表3中所提出之具有成分，是僅以共聚物而製備；黏著劑糊料配方17及18是如同在上文實施例1中所描述而製備。工件是以在實施例5中所描述之方式用於功能上的測試而製備。固晶工件是使用約1.5毫克的糊料於金的金屬化氧化鋁基板上而製備；將2.5mm×2.5mm金的金屬化矽晶粒使用於固晶。固晶工件是在200℃處理，使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線。
黏著劑儲存模數隨著糊料之共聚物含量增加至5wt%而快速地降低，具有對於黏著劑17所量測之在25℃為3.3GPa及在200℃為2.5GPa之儲存模數值。
實施例13 有機/無機熱傳導黏著劑
有機/無機樹脂型或燒結型熱傳導黏著劑提供給製造其中未具有晶粒或基板接合表面之金屬化的固晶工件之優點。因為固晶組件之金屬化之加入的費用，裸(意即，非金屬化的)晶的裸的基板組件之使用對於半導體裝置可以減少裝置之製造成本。
熱固型樹脂及/或熱塑型樹脂成分之加入可以達到改變功能上的性質及對於裝置之應用性特定需求。例如，大的晶粒(例如，15mm×15mm)應用時常需要熱固型樹脂及/或熱塑型樹脂成分至黏著劑糊料配方以獲得均勻、無孔隙膠層微結構。
再者，當銀成分之燒結性質並不足以與裝置之金屬化的晶粒及金屬化的基板組件形成強壯的金屬間接合時，熱固型樹脂及/或熱塑型樹脂可以加入以改良接著性。
上文在表4中所提出之黏著劑糊料配方，是使用環氧樹脂、熱塑型樹脂或環氧樹脂及熱塑型樹脂兩者樹脂成分之組合而製備；黏著劑糊料配方是以在上文實施例1中所描述而製備。提供寬廣範圍的糊料配方，包含含有個別的的銀成分之配方，諸如奈米-銀糊料或銀粉末或該銀成分之組合。
如同上文所討論的，所製造的固晶工件是使用黏著劑糊料配方46所製備。
黏著劑糊料配方46含有相當低含量的環氧樹脂及熱塑型成分以達到良好的熱學性質。熱傳導性及界面阻值(Rth)工件是以在實施例5中所描述之方式而製備，並且在200℃下操作，使用在實施例4之(a)中所提出之加熱曲線。
黏著劑糊料配方46顯示62.1W/mK之非常良好的熱傳導性，熱傳導性超過用於金-錫銲料之約57W/mK之熱傳導數值。此外，具有晶粒及基板組件之燒結的黏著劑之界面接合是出色的；其中對於固晶工件可量測得到0.012cm2K/W之界面阻值數值。
所屬技術領域中具有通常知識者將會瞭解環氧樹脂及熱塑型含量可以做變更以調整製造工件之接著性/熱學功能上的性質。
實施例14 用於非金屬化(裸)晶粒及基板之有機/無機熱傳導黏著劑
有些時候非金屬化(裸)晶粒及基板對於裝置製造是較佳的選擇，其中經常使用之銅基板是使用於輔助在製造裝置內之散熱。此外，這些類型的裝置對於高溫處理可能是敏感的，並且諸如175℃之較低的處理溫度是較佳的。
很多在表4中所顯示之有機/無機熱傳導糊料是在175℃下處理並且呈現出色的功能上的性質。工件是以在實施例5中所描述之方式而製備用於功能上的測 試；具有數據提供於表4中，上文中，用於配方30至40。固晶工件是使用約1.5毫克的糊料於金的金屬化氧化鋁基板而製備；工件是在175℃下處理，使用在實施例4(b)中所提出之加熱曲線。
額外的工件經製備以評估接合至金屬化及非金屬化銅導線架基板；工件是在175℃下處理，使用在實施例4(b)中所提出之加熱曲線。因為在晶粒及基板組件之間在熱膨脹中之大量不匹配，接合矽晶粒至銅導線架基板增加黏著劑膠層應力。固晶工件是受到在+150℃至-55℃(持續46循環)之短暫熱循環測試以評估在黏著劑膠層處之應力-水準。固晶工件結構之細節，以及晶粒剪力強度數據是提供於表11。
用於金屬化晶粒及金屬化基板工件之固晶 接著性數值是出色的。對於裸的晶粒及裸的基板裝置之固晶接著性數值是中等的，但是仍然顯示可接受的接著性。在兩者的實施例中，當曝露至熱循環在+150℃至-55℃時，固晶工件呈現出色的效能，實施例顯示可接受的應力水準在黏著劑膠層處。

Claims (36)

  1. 一種組成物，包括：(a)20至85wt%的熱傳導銀成分，包括具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子；(b)聚有機倍半矽氧烷成分，係選自由下列者所組成群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末，及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；以及(c)3至12wt%的於(i)一種或一種以上之溶劑、(ii)含有3至12wt%的一種或一種以上之溶劑的媒介或(iii)該溶劑及該媒介之組合中的全部溶劑含量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷成分實質上由該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末所組成，並且該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末具有0.8微米至20微米之粒子尺寸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷成分實質上由該共聚物粉末所組成，並且該共聚物粉末具有2微米至50微米之粒子尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該奈米-銀粒子是在低於350℃之溫度下燒結。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該熱傳導 銀成分更包括20至70wt%的具有約0.5至50微米之粒子直徑之銀粉末。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該熱傳導銀成分更包括具有約0.5至50微米之直徑的銅粒子。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該熱傳導銀成分更包括具有約0.5至50微米之直徑之覆銀的銅粒子(silver coated copper particles)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷成分實質上由含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之混合物之共聚物粉末所組成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷成分實質上由(i)該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及(ii)含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合網路之該共聚物粉末之組合所組成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中成分(c)更包括由一種或一種以上之分散劑及一種或一種以上之界面活性劑所組成之群組所選擇之至少一種添加物。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之組成物，其中該添加物包括含量最多達1wt%之一種或一種以上之分散劑。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末是聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，其中該溶劑為2-乙基-1,3-己二醇。
  14. 一種物件，包括上方接合組件、基板及接合該上方接 合組件至基板之黏著劑，其中該黏著劑為申請專利範圍第1項所述之組成物。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之物件，其中該上方接合組件是選擇自由陶瓷晶粒、玻璃晶粒及金屬晶粒所組成之群組；而該基板是選擇自由陶瓷、銅、銅合金及電路板所組成之群組。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之物件，其中該上方接合組件是半導體晶粒。
  17. 一種組成物，包括：(a)熱傳導銀成分，該熱傳導銀成分係選擇自由下列者所組成之群組：(i)0.5至85wt%的具有5至500奈米之粒子直徑之銀奈米粒子、(ii)0.5至86wt%的具有約0.5至50微米之直俓之銀粒子及(iii)60至85wt%的該銀奈米粒子及該銀粒子之組合；(b)聚有機倍半矽氧烷成分，該聚有機倍半矽氧烷成分係選擇自由下列者所組成之群組：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末、(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合；(c)0.5至14wt%的樹脂，該樹脂係選擇自由下列者所組成之群組：(i)包括熱固型樹脂之熱固型樹脂成分、(ii)熱塑型樹脂及(iii)該熱固型樹脂及該熱塑型樹脂之組合；以及 (d)3至12wt%的於(i)一種或一種以上之溶劑、(ii)含有3至12wt%的一種或一種以上之溶劑之媒介或(iii)該溶劑及該媒介之組合中的全部溶劑含量。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷成分實質上由該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末所組成，並且該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末具有0.8微米至20微米之粒子尺寸。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之組成物，其中該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末為聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之組成物，其中該熱傳導銀成分包括65至86wt%的具有約0.5至5微米之直徑之銀粒子。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之組成物，其中該黏著劑成分是在低於200℃之溫度下處理。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之組成物，其中該熱傳導銀成分更包括具有約0.5至50微米之直徑之銅粒子。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之組成物，其中該熱傳導銀成分更包括具有約0.5至50微米之直徑之覆銀的銅粒子。
  24. 一種物件，包括上方接合組件、基板及接合該上方接合組件至該基板之黏著劑，其中該黏著劑是申請專利範圍第17項所述之組成物。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之物件，其中該上方接合組件是選擇自由陶瓷晶粒、玻璃晶粒及金屬晶粒所組 成之群組；而該基板是選擇自由陶瓷、銅、銅合金及電路板所組成之群組。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之物件，其中該上方接合組件是半導體晶粒。
  27. 一種用於減少熱傳導黏著劑之儲存模數之方法，該熱傳導黏著劑含有銀及第一溶劑，該方法包括混合該黏著劑與選擇自由下列者所組成之群組的聚有機倍半矽氧烷成分：(i)0.5至12wt%的聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，(ii)0.5至8wt%的含有(I)聚有機倍半矽氧烷及(II)聚二有機矽氧烷之交錯聚合物網路之共聚物粉末，以及(iii)0.5至12wt%的該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末及該共聚物粉末之組合，其中該聚有機倍半矽氧烷成分之該wt%是基於該黏著劑及該聚有機倍半矽氧烷成分之組合量者。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該熱傳導黏著劑是樹脂型黏著劑。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該熱傳導黏著劑是燒結型黏著劑。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該熱傳導黏著劑是無機銀-玻璃燒結型黏著劑。
  31. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該聚有機倍半矽氧烷成分為該聚有機倍半矽氧烷細緻粉末，該聚 有機倍半矽氧烷細緻粉末為聚甲基倍半矽氧烷細緻粉末。
  32. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該聚有機倍半矽氧烷成分為該共聚物粉末，該共聚物粉末為聚甲基倍半矽氧烷及聚二甲基矽氧烷之交錯聚合物網路。
  33. 如申請專利範圍第27項所述之方法，該方法更包括加入第二溶劑以調整最終黏著劑之流變性，其中該第一溶劑及該第二溶劑是相同的或不同的。
  34. 一種物件，包括上方接合組件、基板及接合該上方接合組件至該基板之黏著劑，其中該黏著劑是申請專利範圍第27項所製造之具有減少的儲存模數之該熱傳導黏著劑。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之物件，其中該上方接合組件是選擇自由陶瓷晶粒、玻璃晶粒及金屬晶粒所組成之群組；而該基板是選擇自由陶瓷、銅、銅合金及電路板所組成之群組。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之物件，其中該上方接合組件是半導體晶粒。
TW105122713A 2015-08-03 2016-07-19 高性能、熱傳導性之表面安裝（晶粒附接）黏著劑 TWI711670B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562200333P 2015-08-03 2015-08-03
US62/200,333 2015-08-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201708399A true TW201708399A (zh) 2017-03-01
TWI711670B TWI711670B (zh) 2020-12-01

Family

ID=57942771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105122713A TWI711670B (zh) 2015-08-03 2016-07-19 高性能、熱傳導性之表面安裝（晶粒附接）黏著劑

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10590319B2 (zh)
EP (1) EP3331952B1 (zh)
JP (1) JP6749653B2 (zh)
KR (1) KR102487472B1 (zh)
CN (1) CN107849356B (zh)
TW (1) TWI711670B (zh)
WO (1) WO2017022191A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI790258B (zh) * 2017-07-31 2023-01-21 日商阪東化學股份有限公司 金屬接合用組成物、金屬接合積層體及電控制機器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017057645A1 (ja) * 2015-10-02 2017-04-06 三井金属鉱業株式会社 ボンディング接合構造
CN109642027A (zh) 2017-01-27 2019-04-16 积水化学工业株式会社 固化性树脂组合物、固化物、粘接剂、粘接膜、覆盖层膜、柔性覆铜层叠板和电路基板
TWI655693B (zh) * 2017-02-28 2019-04-01 日商京瓷股份有限公司 半導體裝置之製造方法
CN111655752B (zh) 2018-03-28 2024-04-16 积水化学工业株式会社 固化性树脂组合物、粘接剂、粘接膜、电路基板、层间绝缘材料、以及印刷布线板
KR20210143224A (ko) * 2019-03-20 2021-11-26 스미또모 베이크라이트 가부시키가이샤 반도체 패키지, 반도체 패키지의 제조 방법, 및 이에 이용하는 열전도성 조성물
KR102576953B1 (ko) * 2019-09-05 2023-09-11 스미또모 베이크라이트 가부시키가이샤 열전도성 조성물 및 반도체 장치
KR20210048012A (ko) * 2019-10-22 2021-05-03 주식회사 엘지화학 반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체용 접착 필름
KR102636434B1 (ko) * 2021-09-29 2024-02-14 주식회사 테라온 전력 반도체 패키지용 칩 본딩 조성물

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0682764B2 (ja) 1985-11-28 1994-10-19 日東電工株式会社 半導体装置
JP3262570B2 (ja) 1991-09-06 2002-03-04 ジーイー東芝シリコーン株式会社 シリコーン系感圧接着剤組成物
US5827921A (en) 1995-11-29 1998-10-27 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silicone-based aqueous emulsion composition
JP4019254B2 (ja) * 2002-04-24 2007-12-12 信越化学工業株式会社 導電性樹脂組成物
JP4387085B2 (ja) 2002-05-27 2009-12-16 住友ベークライト株式会社 ダイアタッチペースト及び半導体装置
JP2006523760A (ja) 2003-04-01 2006-10-19 アグイラ テクノロジーズ インコーポレイテッド デバイス取付け用熱伝導性接着剤組成物および取付け方法
KR100834351B1 (ko) * 2006-11-24 2008-06-02 제일모직주식회사 멀티칩 패키지　밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를이용한 멀티칩 패키지
JP5352970B2 (ja) 2007-07-04 2013-11-27 住友ベークライト株式会社 樹脂組成物および半導体装置
US8795837B2 (en) * 2007-08-20 2014-08-05 Diemat, Inc. Adhesives with thermal conductivity enhanced by mixed silver fillers
JP5112089B2 (ja) * 2008-01-28 2013-01-09 京セラケミカル株式会社 接着剤組成物
WO2009117345A2 (en) 2008-03-17 2009-09-24 Henkel Corporation Adhesive compositions for use in die attach applications
JP2010003848A (ja) 2008-06-19 2010-01-07 Momentive Performance Materials Inc 発光装置
JP5247557B2 (ja) * 2009-03-25 2013-07-24 帝人株式会社 無機ナノ粒子−マトリックス材料繊維状複合体及びその製造方法
JP5544819B2 (ja) * 2009-10-20 2014-07-09 住友金属鉱山株式会社 エポキシ基含有接着剤樹脂組成物及びそれを用いた光半導体用接着剤
CN102019514A (zh) * 2010-06-01 2011-04-20 重庆大学 三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法
KR20210117357A (ko) 2010-11-03 2021-09-28 알파 어셈블리 솔루션스 인크. 소결 재료 및 이를 이용한 부착 방법
WO2012081255A1 (ja) 2010-12-17 2012-06-21 古河電気工業株式会社 加熱接合用材料、加熱接合用コーティング材料、コーティング物、及び電子部品の接合方法。
WO2013099460A1 (ja) * 2011-12-26 2013-07-04 東亞合成株式会社 有機半導体絶縁膜用組成物及び有機半導体絶縁膜
CN104160490B (zh) * 2012-03-05 2018-07-03 纳美仕股份有限公司 银微粒烧结体
JP6018476B2 (ja) 2012-10-29 2016-11-02 ナミックス株式会社 熱硬化型導電性ペースト
JP6140189B2 (ja) * 2012-11-30 2017-05-31 ナミックス株式会社 導電ペースト及びその製造方法
TWI652694B (zh) * 2014-01-17 2019-03-01 日商納美仕有限公司 導電性糊及使用該導電性糊製造半導體裝置之方法
WO2015108215A1 (ko) * 2014-01-17 2015-07-23 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 최저 우선순위 정보를 기반으로 한 통신 방법 및 이를 지원하는 장치
JP7082492B2 (ja) 2018-01-19 2022-06-08 株式会社ミツトヨ 計測用ｘ線ｃｔ装置、及び、その干渉防止方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI790258B (zh) * 2017-07-31 2023-01-21 日商阪東化學股份有限公司 金屬接合用組成物、金屬接合積層體及電控制機器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3331952B1 (en) 2020-01-29
JP6749653B2 (ja) 2020-09-02
KR20180037217A (ko) 2018-04-11
KR102487472B1 (ko) 2023-01-12
CN107849356A (zh) 2018-03-27
JP2018528998A (ja) 2018-10-04
EP3331952A4 (en) 2019-03-06
US10590319B2 (en) 2020-03-17
US20180251663A1 (en) 2018-09-06
EP3331952A1 (en) 2018-06-13
WO2017022191A1 (en) 2017-02-09
CN107849356B (zh) 2021-05-07
TWI711670B (zh) 2020-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI711670B (zh) 高性能、熱傳導性之表面安裝（晶粒附接）黏著劑
TWI696681B (zh) 薄膜狀接著劑、使用薄膜狀接著劑之半導體封裝體之製造方法
WO2014057902A1 (ja) 半導体装置、セラミックス回路基板及び半導体装置の製造方法
JP2007527102A (ja) 相互接続用のナノスケールの金属ペーストおよび使用方法
JP2017514995A (ja) 低圧焼結用粉末
WO2013125685A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US20220068518A1 (en) Method of manufacturing an electronic device and conductive paste for the same
CN108780784B (zh) 带Ag基底层的金属部件、带Ag基底层的绝缘电路基板、半导体装置、带散热器的绝缘电路基板及带Ag基底层的金属部件的制造方法
JP5863323B2 (ja) 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
WO2021235447A1 (ja) 導電性組成物、導電性焼結部、および導電性焼結部を備えている部材
TW201930074A (zh) 積層體及電子裝置
CN114450107A (zh) 接合用铜糊料、接合体的制造方法及接合体
EP3203514A1 (en) SUBSTRATE FOR POWER MODULE WITH Ag UNDERLAYER AND POWER MODULE
TW202012070A (zh) 用於燒結黏晶及類似應用之奈米銅糊及膜
WO2021039874A1 (ja) 低温焼結性接合ペースト及び接合構造体
CN106415822B (zh) 半导体封装体及其制造方法
TW202033708A (zh) 半導體用接著劑、半導體裝置的製造方法及半導體裝置
CN113913133B (zh) 一种导电热固性树脂组合物的应用
TWI807135B (zh) 半導體用膜狀接著劑、半導體裝置及其製造方法
CN114269849A (zh) 银粒子的制造方法、热固化性树脂组合物、半导体装置以及电气电子部件
TW202413537A (zh) 導熱組合物、導熱片、導熱組合物的製造方法和導熱片的製造方法
JPWO2019167460A1 (ja) 半導体用接着剤及びそれを用いた半導体装置の製造方法
JP2020136398A (ja) 半導体用接着剤
JP2019019194A (ja) 加圧実装用ｎｃｆ