WO2009019311A1 - Harz-formulierung auf bismaleinimid-basis zur herstellung einer folie, herstellung einer folie unter verwendung der harz-formulierung und verwendung der folie - Google Patents

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film
component
bismaleimide
formulation according
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Stefan Czwienczek
Caroline Cassignol
Walter Fischer
Michael Kaspar
Volker Muhrer
Karl Weidner
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Bismaleimide-based resin formulation for producing a film, producing a film using the resin formulation and using the film
  • the invention relates to a bismaleimide-based resin formulation for producing a film, to the production of a film using the resin formulation, and to the use of the film.
  • a method for the planar contacting of an electrical component known.
  • a contact surface of the component for example a semiconductor component arranged on a substrate, is contacted over a large area.
  • an insulating film is laminated onto the semiconductor component.
  • the contact surface of the semiconductor device is exposed.
  • the contact surface is electrically contacted by metal deposition on the contact surface and on areas of the insulating film through the window.
  • the known method is used for example in the high-performance electronics for contacting
  • the object of the invention is to provide a resin formulation for
  • a resin formulation for producing a film is provided with at least one crosslinkable bismaleimide component which has a melting temperature of less than 100 ° C, at least one thixotropic agent and at least one co-monomer
  • the melting temperature is below 90 ° C and especially at 80 ° C.
  • the bismaleimide component has one or more bismaleimides (BMI).
  • Bismaleimide bismaleimide, Bismaleinklareanhydrid
  • Bismaleimide is a difunctional reactive resin that reacts at temperatures from 200 0 C with itself.
  • Bismaleimide may be subjected to crosslinking (polymerization or polycondensation).
  • the crosslinking can be initiated in any way, for example thermally or by the action of light.
  • crosslinked bismaleimides Because of their high crosslink density and high chain stiffness, crosslinked bismaleimides have a very high thermal stability and show a significantly reduced mass loss over time as compared to epoxy resins.
  • crosslinked bismaleimides have a low thermal expansion coefficient. The fact that the melting temperature of the bismaleimide component is below 100 ° C, the resin formulation can be processed very well.
  • the co-monomer reacts with bismaleimide. Preferably, a reaction takes place from a temperature of 150 ° C.
  • the co-monomer is incorporated by crosslinking in the network by polycondensation.
  • the co-monomer acts as a so-called Toughening Modifier (TM). It serves to modify the mechanical properties of the resulting film.
  • TM Toughening Modifier
  • thixotropy is generally understood the phenomenon that the viscosity of a liquid or a gel is reversibly increased by the action of a mechanical force.
  • the thixotropic agent of the resin formulation causes the resin formulation to show thixotropy.
  • thixotropic agent By thixotropy is generally understood the phenomenon that the viscosity of a liquid or a gel is reversibly increased by the action of a mechanical force.
  • the thixotropic agent of the resin formulation causes the resin formulation to show thixotropy.
  • the processability of the resin formulation with the thixotropic agent can be control the processability of the resin formulation with the thixotropic agent.
  • the bismaleimide component comprises bismaleimidophenylindane having the following structural formula:
  • radicals R 1, R 2 and R 3 are any identical or different saturated or unsaturated organic radicals, for example ethyl, phenyl or toluyl groups. Hydrogen is also conceivable.
  • the radicals Rl to R3 are each a methyl group.
  • R 1 is preferably always a methyl group.
  • R2 and R3 may be the same or different.
  • BMPI Bismaleimidophenylindane
  • a single bismaleimide may have the low melting temperature. It is also conceivable that a
  • Compimide C353A® 1,6-bismaleimindo- (2,2,4-trimethyl) hexane, which is marketed, for example, under the name Compimide C353A® by Degussa.
  • This bismaleimide component has a Melting temperature of below 100 ° C on.
  • Compimide C353A® has a low viscosity at the melting temperature (but not as pronounced as BMPI).
  • BMPI BMPI
  • Crystallization inhibitors essentially the bismaleimides MDAB® and TDAB® from Degussa.
  • any co-monomers are conceivable.
  • a particularly suitable co-monomer has been found to have an allyl group and / or a phenol group.
  • both groups are present, as in the case of the Compimids TM 124® from Degussa:
  • a degassing agent is present in the resin formulation.
  • the degassing agent facilitates degassing of the resin formulation during processing.
  • films with a smooth film surface are available.
  • the degassing agent comprises at least one polyacrylate, wherein an essential constituent of the degassing agent is formed by the polyacrylate.
  • polyacrylates A wide variety of polyacrylates are conceivable. Modaflow® from Monsanto has proven to be particularly suitable.
  • thixotropic agents also a variety of materials or combinations of materials are conceivable. Particularly advantageous is the use of highly dispersed pyrpgemer silicic acid, which is produced by flame hydrolysis of silicon tetrachloride. Such a silica is sold, for example, by the trade name Aerosil® from Degussa. In a particular embodiment, therefore, the thixotropic agent Aerosil® on.
  • This thixotropic agent increases the durability of a not yet cured (crosslinked) film made from the resin formulation after a molding process. Otherwise, the film would contract during curing or "bleeding out.” Liquefied resin components would separate from the solid resin components.
  • the thixotropic agent In addition to the viscosity agent, the thixotropic agent, the co-monomer and optionally the degassing agent, the before
  • other ingredients may be present in the resin formulation.
  • the other ingredients can target both the processability of the resin formulation and the thermal stability of a film derived from the resin formulation.
  • a wide variety of organic and inorganic, reactive or non-reactive additives are conceivable.
  • the filler has at least one fracture toughness modifier which is essentially inert with respect to the bismaleimide component.
  • Fracture modifier is a substance with which a mechanical property, e.g. Softness, flexibility or elasticity, and thus the processability of a resulting film can be improved.
  • the fracture toughness modifier prevents cracking and crack propagation in the fully or partially cured film.
  • substantially inert means that there is no or almost no chemical reaction between the fracture toughness modifier and the bismaleimide component during the preparation, storage and / or further processing of the resin formulation.
  • the fracture toughness modifier comprises a polyetherimide (PEI).
  • PEI polyetherimide
  • ULTEM 1010® from General Electric has proven particularly suitable. This fracture toughness modifier, a thermoplastic, combines very well the desired low reactivity with the bismaleimide component with the desired elasticity of a resulting film.
  • inorganic fillers may be included in the resin formulation. These fillers can exercise various functions. For example, a flammability of the resin formulation or the resulting film is reduced by inorganic fillers. Likewise, an electrical breakdown strength of the film can be increased.
  • the additive has at least one inorganic filler selected from the group of boron nitride and / or wollastonite. Wollastonite increases flexibility of the system due to its needle-shaped crystal structure. Boron nitride, especially when used finely milled, shows very good compatibility with bismaleimide and thus leads to improved temperature stability.
  • boron nitride is characterized by a high thermal conductivity. This leads to a corresponding thermal conductivity of the resulting film. This is particularly advantageous with regard to high temperature applications.
  • an adhesion promoter is present for improving adhesion between crosslinked bismaleimide formed by a crosslinking reaction from the bismaleimide component and the filler and / or improving adhesion between the film formed by crosslinking the bismaleimide and a binder Substrate on which the film is to be applied.
  • a coupling agent in the form of a silane has proven to be particularly favorable.
  • Silan is also considered Proven adhesion promoter for metal or ceramic substrates, on which a film obtained from the resin formulation is laminated. In a particular embodiment, therefore, the adhesion promoter on a silane.
  • the silane preferably has an epoxide group. Very good experiences were made with the silane A-187 (3- (trimethoxysilyl) -propoxy-methyl-oxirane).
  • a process for producing a film using the resin formulation comprising the steps of: a) providing the resin formulation, b) molding the resin formulation, and c) initiating crosslinking of the bismaleimide component of the Resin formulation, wherein the film is formed.
  • the provision includes, inter alia, mixing the ingredients of the resin formulation together.
  • the molding process includes a film casting process.
  • the resin formulation at 100 0 C to 120 0 C on a heat-set, one-side siliconized PET (polyethylene terephthalate) carrier film in a thin layer (layer thickness, for example 100 .mu.m to 200 .mu.m) applied.
  • the crosslinking is initiated. This is achieved, for example, by increasing the temperature.
  • the networking process can be completed.
  • the crosslinking takes place only partially. In a particular embodiment, therefore, the crosslinking is terminated. There is a hardening process.
  • the termination of the crosslinking is preferably carried out at a degree of crosslinking of not more than 20%. This means that 20% or less of the
  • Bismaleinimid component of the resin formulation is implemented. This leads to the fact that the film is still flexible and in the further processing of a mechanical stress, for example when clamping, heating, lamination, etc., holds and does not crack. At the same time, the film wears itself through the hardening itself and may be added by one Forming process used carrier sheet to be peeled off. The Abvant succeeds relatively easily, as formed on a surface of the film and thus at a boundary surface to a carrier film oligomers of the bismaleimide component, which lead to a loss of stickiness of the resin formulation or the film. Through the use of thermoplastics as further additives, both the flexibility and the self-sustainability of the geharteten film can be increased.
  • films with any film thicknesses are accessible.
  • a use of the film for the planar contacting of an electrical contact point of an electrical component is specified with the following method steps: a ') providing the component with the contact point, b') laminating the film onto the component, so that the contact point of the film is covered, c ') opening a window in the film, so that the contact point of the device is exposed, and d')
  • the film is particularly suitable for this process:
  • the film is laminatable (for example under vacuum) and shows good adhesion to a wide variety of materials (Cu, Si).
  • the film is suitable for the laser ablation provided for planar contacting.
  • the low melting temperature and the associated low viscosity it is possible to achieve a relatively high degree of filling fillers. This allows a variety of properties of the film, such as thermal conductivity, mechanical stability (e.g.
  • Fracture toughness coefficient of thermal expansion, adhesion to the substrate, etc., can be set in a wide range.
  • the cured film shows good storage stability. Freezing as with comparable products is not necessary.
  • a film obtained from the resin formulation shows at 175 ° C for 1000 h only discoloration, but no significant decomposition (measured by mass loss).
  • the resulting film shows a low thermal expansion coefficient. This results in an increased degree of freedom with regard to other properties such as flexibility and thermal stability.
  • the figure shows a section of a power semiconductor module from the side.
  • the resin formulations are composed as follows:
  • the resin formulations are processed into partially crosslinked films.
  • the partially cross-linked films are used for the planar contacting of a component.
  • the device is a power semiconductor device 10 disposed on a DCB (Direct Copper Bonding) substrate with a ceramic plate having copper layers 112 and 113 attached to major surfaces thereof.
  • the power semiconductor device is soldered onto the copper layer 112 of the substrate.
  • the power semiconductor component has a contact surface 101 on the side facing away from the substrate.
  • the partially crosslinked film is laminated onto the power semiconductor component and the substrate.
  • a window 121 is produced in the film, thus exposing the contact surface.
  • the window is generated by laser ablation.
  • a photolithography process is performed to create the window.
  • electrically conductive material 14 is deposited on the exposed contact surface and on the laminated foil.
  • the electrically conductive material is deposited in several layers from the gas phase. The conclusion is a galvanically deposited copper layer. In this way, the contacting surface of the power semiconductor component is contacted with an electrical conduction path which has a high current carrying capacity. Component, substrate and the corresponding conductor tracks form the power semiconductor module.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Harz-Formulierung zur Herstellung einer Folie, wobei die Harz-Formulierung mindestens eine vernetzbare Bismaleinimid-Komponente, die eine Schmelztemperatur von unter 100° C aufweist, mindestens ein Thixotropierungsmittel und mindestens ein Co-Monomer zur Bildung eines Co-Polymerisats mit der Bismaleinimid-Komponente aufweist. Vorzugsweise liegt die Schmelztemperatur unter 90° C und insbesondere bei 80° C. Daneben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Folie unter Verwendung der Harz-Formulierung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen der Harz-Formulierung, b) Formgebungsprozess der Harz-Formulierung und c) Initiierung einer Vernetzung der Bismaleinimid-Komponente der Harz-Formulierung, wobei die Folie entsteht. Schließlich wird eine Verwendung der Folie zur planaren Kontaktierung einer elektrischen Kontaktstelle eines elektrischen Bauelements mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a' ) Bereitstellen des Bauelements mit der Kontaktstelle, b' ) Auflaminieren der Folie auf das Bauelement, so dass die Kontaktstelle von der Folie bedeckt ist, c' ) Offnen eines Fensters in der Folie, so dass die Kontaktstelle des Bauelements freigelegt wird, und d' ) Kontaktieren der elektrischen Kontaktstelle durch das Fenster hindurch.

Description

Beschreibung
Harz-Formulierung auf Bismaleinimid-Basis zur Herstellung einer Folie, Herstellung einer Folie unter Verwendung der Harz-Formulierung und Verwendung der Folie
Die Erfindung betrifft eine Harz-Formulierung auf Bismaleinimid-Basis zur Herstellung einer Folie, die Herstellung einer Folie unter Verwendung der Harz-Formulierung und die Verwendung der Folie.
Aus der WO 03/030247 A2 ein Verfahren zum planaren Kontaktieren eines elektrischen Bauelements bekannt. Dabei wird eine Kontaktfläche des Bauelements, beispielsweise ein auf einem Substrat angeordnetes Halbleiterbauelement, großflächig kontaktiert. Zur Kontaktierung wird eine Isolationsfolie auf das Halbleiterbauelement auflaminiert . Durch Erzeugen eines Fensters in der Isolationsfolie wird die Kontaktfläche des Halbleiterbauelements freigelegt. Nachfolgend wird die Kontaktfläche durch Metallabscheidung auf der Kontaktfläche und auf Bereichen der Isolationsfolie durch das Fenster hindurch elektrisch kontaktiert.
Das bekannte Verfahren wird beispielsweise in der Hochleistungselektronik zur Kontaktierung von
Leistungshalbleiterbauelementen eingesetzt. Im Betrieb derartiger Bauelemente kann es zu einer hohen Wärmeentwicklung und in Folge davon zu einer erheblichen thermischen Belastung der Folie kommen. Die thermische Belastung führt bei den kommerziell erhältlichen Folien, beispielsweise auf Epoxid-Basis, zu Degradationsprozessen. Aufgrund der Degradationsprozesse verschlechtern sich beispielsweise die mechanischen Eigenschaften der Folie.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Harz-Formulierung zur
Herstellung einer Folie anzugeben, die thermischen Belastungen bei Temperaturen von bis zu 225° C Stand hält. Zur Lösung der Aufgabe wird eine Harz-Formulierung zur Herstellung einer Folie angegeben, mit mindestens einer vernetzbaren Bismaleinimid-Komponente, die eine Schmelztemperatur von unter 100° C aufweist, mindestens einem Thixotropierungsmittel und mindestens einem Co-Monomer zur
Bildung eines Co-Polymerisats mit der Bismaleinimid-Komponente. Vorzugsweise liegt die Schmelztemperatur unter 90° C und insbesondere bei 80° C.
Die Bismaleinimid-Komponente weist eine oder mehrere Bismaleinimide (BMI) auf. Bismaleinimid (Bismaleimid, Bismaleinsäureanhydrid) ist ein difunktionelles Reaktionsharz, das bei Temperaturen ab 2000C mit sich selbst reagiert. Bismaleinimid kann einer Vernetzung (Polymerisation oder Polykondensation) unterworfen werden. Die Vernetzung kann auf beliebige Weise initiiert werden, beispielsweise thermisch oder durch Einwirkung von Licht. Aufgrund ihrer hohen Vernetzungsdichte und hohen Kettensteifigkeit besitzen vernetzte Bismaleinimide eine sehr hohe thermische Beständigkeit und zeigen einen im Vergleich zu Epoxid-Harzen deutlich reduzierten Massenverlust über die Zeit. Darüber hinaus besitzen vernetzte Bismaleinimide einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch, dass die Schmelztemperatur der Bismaleinimid-Komponente unter 100° C liegt, kann die Harz-Formulierung sehr gut verarbeitet werden.
Das Co-Monomer reagiert mit Bismaleinimid. Bevorzugt findet eine Reaktion ab einer Temperatur von 150° C statt. Das Co-Monomer wird bei der Vernetzung in das Netzwerk durch Polykondensation eingebaut. Das Co-Monomer fungiert dabei als so genannter Toughening Modifier (TM) . Es dient der Modifizierung der mechanischen Eigenschaften der resultierenden Folie.
Unter Thixotropie wird im Allgemeinen die Erscheinung verstanden, dass die Viskosität einer Flüssigkeit oder eines Gels durch Einwirken einer mechanischen Kraft reversibel erhöht wird. Das Thixotropierungsmittel der Harz-Formulierung führt dazu, dass die Harz-Formulierung Thixotropie zeigt. Somit lässt sich mit dem Thixotropierungsmittel die Verarbeitbarkeit der Harz-Formulierung steuern.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist die Bismaleinimid-Komponente Bismaleinimidophenylindan mit folgender Strukturformel auf:
Figure imgf000004_0001
Die Reste Rl, R2 und R3 sind beliebige gleiche oder verschiedene gesättigte oder ungesättigte organische Reste, beispielweise Ethyl-, Phenyl- oder Toluyl-Gruppen . Wasserstoff ist ebenfalls denkbar. Vorzugsweise sind die Reste Rl bis R3 jeweils eine Methylgruppe. Rl ist vorzugsweise immer eine Methylgruppe. R2 und R3 können gleich oder unterschiedlich sein.
Bismaleinimidophenylindan (BMPI) zeichnet sich durch einen niedrigen Schmelzpunkt von unter 900C aus. Darüber hinaus zeigt das BMPI bei der Schmelztemperatur eine niedrige Viskosität. Dies führt zu einer sehr guten Verarbeitbarkeit. Gleichzeitig weist BMPI eine gute thermische Stabilität auf. BMPI vereint somit eine gute Verarbeitbarkeit und eine zu erzielende hohe thermische Stabilität.
Wie im Fall des BMPIs kann ein einziges Bismaleinimid die niedrige Schmelztemperatur aufweisen. Denkbar ist aber auch, dass eine
Mischung mehrerer Bismaleinimide vorliegt. Als besonders geeignet hat eine Mischung aus 4,4'-
Bismaleinimidodiphenylmethan, 2, 4-Bismaleinimindotoluol und
1 , 6-Bismaleinimindo- (2,2, 4-trimethyl) hexan, die beispielsweise unter dem Namen Compimide C353A® von Firma Degussa vertrieben wird. Diese Bismaleinimid-Komponente weist eine Schmelztemperatur von unter 100° C auf. Darüber hinaus zeigt Compimide C353A® bei der Schmelztemperatur eine niedrige Viskosität (im Vergleich zu BMPI allerdings nicht so stark ausgeprägt) . Compimide C353A® enthält neben
Kristallisationsinhibitoren im Wesentlichen die Bismaleinimide MDAB® und TDAB® von Degussa.
MDAB:
Figure imgf000005_0001
TDAB:
Figure imgf000005_0002
Aufgrund der hohen Reaktivität der funktionellen Gruppen von BMIs sind beliebige Co-Monomere denkbar. Als besonderes geeignet hat sich ein Co-Monomer herausgestellt, das eine Allyl-Gruppe und/oder eine Phenolgruppe aufweist. Vorzugsweise sind beide Gruppen vorhanden, wie im Fall des Compimids TM 124® von Degussa:
Figure imgf000006_0001
In einer besonderen Ausgestaltung ist in der Harz-Formulierung ein Entgasungsmittel vorhanden. Das Entgasungsmittel erleichtert ein Entgasen der Harz-Formulierung während der Verarbeitung. Somit sind Folien mit einer glatten Folienoberfläche erhältlich.
In einer besonderen Ausgestaltung weist das Entgasungsmittel mindestens ein Polyacrylat auf, wobei ein wesentlicher Bestandteil des Entgasungsmittels von dem Polyacrylat gebildet wird. Dabei sind verschiedenste Polyacrylate denkbar. Als besonders geeignet hat sich dabei Modaflow® von Monsanto herausgestellt .
Als Thixotropierungsmittel sind ebenfalls verschiedenste Materialien bzw. Materialkombinationen denkbar. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz hochdisperser pyrpgemer Kieselsäure, die durch Flammenhydrolyse von Siliziumtetrachlorid hergestellt wird. Eine derartige Kieselsäure wird beispielsweise über den Handelsnamen Aerosil® von Degussa vertrieben. In einer besonderen Ausgestaltung weist daher das Thixotropierungsmittel Aerosil® auf. Dieses Thixotropierungsmittel erhöht eine Standfestigkeit einer nach einem Formgebungsprozess aus der Harz-Formulierung hergestellten, noch nicht ausgehärteten (vernetzten) Folie. Ansonsten würde sich nämlich die Folie beim Aushärten zusammenziehen oder es käme zum „Ausbluten". Es würden sich verflüssigte Harzanteile von den festen Harzanteilen trennen .
Neben dem Viskositätsmittel, dem Thixotropierungsmittel, dem Co-Monomer und gegebenenfalls dem Entgasungsmittel, die vor allen Dingen im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit der Harz-Formulierung eingesetzt werden, können weitere Bestandteile in der Harz-Formulierung vorhanden sein. Die weiteren Bestandteile können sowohl auf die Verarbeitbarkeit der Harz-Formulierung als auch auf die thermische Stabilität einer aus der Harz-Formulierung gewonnenen Folie abzielen. In einer besonderen Ausgestaltung ist daher mindestens ein Zusatz zur Einstellung einer chemischen, elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaft der Harz-Formulierung und/oder einer aus der Harz-Formulierung hergestellten Folie vorhanden. Dabei sind verschiedenste organische und anorganische, reaktive oder nicht reaktive Zusätze denkbar.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Füllstoff mindestens einen gegenüber der Bismaleinimid-Komponente im Wesentlichen inerten Bruchzähigkeitsmodifikator auf. Der
Bruchzähigkeitsmodifikator ist eine Substanz, mit der eine mechanische Eigenschaft, z.B. Weichheit, Biegsamkeit bzw. Elastizität, und damit die Verarbeitbarkeit einer resultierenden Folie verbessert werden kann. Der Bruchzähigkeitsmodifikator unterbindet insbesondere die Rissbildung und Rissfortpflanzung in der ganz oder nur teilweise ausgehärteten Folie. Im Wesentlichen inert bedeutet dabei, dass es während der Herstellung, der Lagerung und/oder der Weiterverarbeitung der Harz-Formulierung zu keiner oder nahezu keiner chemischen Reaktion zwischen dem Bruchzähigkeitsmodifikator und der Bismaleinimid-Komponente kommt.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Bruchzähigkeitsmodifikator ein Polyetherimid (PEI) auf. Als besonders geeignet hat sich dabei ULTEM 1010® von General Electric gezeigt. Dieser Bruchzähigkeitsmodifikator, ein Thermoplast, verbindet sehr gut die gewünschte niedrige Reaktivität gegenüber der Bismaleinimid-Komponente mit der gewünschten Elastizität einer resultierenden Folie.
Insbesondere können in der Harz-Formulierung anorganische Füllstoffe enthalten sein. Diese Füllstoffe können verschiedenste Funktionen ausüben. Beispielsweise wird durch anorganische Füllstoffe eine Brennbarkeit der Harz-Formulierung bzw. des resultierenden Folie herabgesetzt. Ebenso kann eine elektrische Durchschlagsfestigkeit der Folie erhöht werden. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Zusatz zumindest einen aus der Gruppe Bornitrid und/oder Wollastonit ausgewählten anorganischen Füllstoff auf. Wollastonit erhöht aufgrund seiner nadeiförmigen Kristallstruktur eine Flexibilität des Systems. Bornitrid, insbesondere wenn es fein vermählen eingesetzt wird, zeigt sehr gute Kompabilität zu Bismaleinimid und führt somit zu einer verbesserten Temperaturstabilität. Darüber hinaus zeichnet sich Bornitrid durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Dies führt zu einer entsprechenden Wärmeleitfähigkeit der resultierenden Folie. Im Hinblick auf Hochtemperaturanwendungen ist dies besonders vorteilhaft.
Die genannten anorganischen Füllstoffe führen zu einer zusätzlichen Thixotropierung. Da dies eine Fließfähigkeit der Harz-Formulierung behindert und somit eine Verarbeitbarkeit einschränkt, ist gegebenenfalls der Anteil an Aerosil® anzupassen .
Zur Verbesserung einer Homogenität der Harz-Formulierung und der daraus gewonnenen Folie können weitere Additive, beispielsweise Bindemittel oder Dispergatoren enthalten sein. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Verteilung des Füllstoffs oder der Füllstoffe in der Harz-Formulierung bzw. der resultierenden Folie geworfen. Ebenso kann hier die spätere Anwendung der Folie im Blickpunkt stehen. In einer besonderen Ausgestaltung ist daher ein Haftvermittler vorhanden zur Verbesserung einer Haftung zwischen vernetztem Bismaleinimid, das durch eine Vernetzungsreaktion aus der Bismaleinimid-Komponente gebildet wird, und dem Füllstoff und/oder zur Verbesserung einer Haftung zwischen der durch die Vernetzung des Bismaleinimids gebildeten Folie und einem Untergrund, auf dem die Folie aufgebracht werden soll. Zur Anbindung der Füllstoffe Bornitrid und Wollastonit hat sich ein Haftvermittler in Form eines Silans als besonders günstig herausgestellt. Silan ist hat sich auch als Haftvermittler für Metall- oder Keramik-Untergründe bewährt, auf die eine aus der Harz-Formulierung gewonnene Folie auflaminiert wird. In einer besonderen Ausgestaltung weist daher der Haftvermittler ein Silan auf. Vorzugsweise weist dabei das Silan eine Epoxi-Gruppe auf. Sehr gute Erfahrungen wurden dabei mit dem Silan A-187 (3- (Trimethoxysilyl) -Propoxy-Methyl- Oxiran) gemacht .
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Folie unter Verwendung der Harz-Formulierung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen der Harz-Formulierung, b) Formgebungsprozess der Harz-Formulierung und c) Initiierung einer Vernetzung der Bismaleinimid-Komponente der Harz-Formulierung, wobei die Folie entsteht.
Das Bereitstellen beinhaltet u.a. ein Vermischen der Bestandteile der Harz-Formulierung miteinander. Der Formgebungsprozess umfasst einen Foliengieß-Prozess . Dazu wird beispielsweise die Harz-Formulierung bei 1000C bis 1200C auf eine thermofixierte, einseitig silikonisierte PET (Polyethylenterephthalat ) -Trägerfolie in dünner Schicht (Schichtdicke z.B. 100 μm bis 200 μm) aufgetragen.
Nach dem Formgebungsprozess wird die Vernetzung initiiert. Dies gelingt beispielsweise durch Temperaturerhöhung. Dabei kann der Vernetzungsprozess vollständig durchlaufen werden. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung aber lediglich teilweise. In einer besonderen Ausgestaltung wird daher das Vernetzen abgebrochen. Es findet ein Anhärteprozess statt. Der Abbruch der Vernetzung erfolgt vorzugsweise bei einem Vernetzungsgrad von maximal 20%. Dies bedeutet, dass 20% oder weniger der
Bismaleinimid-Komponente der Harz-Formulierung umgesetzt ist. Dies führt dazu, dass die Folie noch flexibel ist und bei der Weiterverarbeitung einer mechanischen Beanspruchung, beispielsweise beim Einspannen, Aufheizen, Auflaminieren, etc., Stand hält und nicht reißt. Gleichzeitig trägt sich die Folie durch das Anhärten selbst und kann von einer eventuell bei Formgebungsprozess verwendeten Tragerfolie abgelost werden. Das Ablosen gelingt relativ leicht, da sich an einer Oberflache der Folie und damit an einer Grenzflache zu einer Tragerfolie Oligomere der Bismaleinimid-Komponente bilden, die zu einem Verlust einer Klebrigkeit der Harz-Formulierung bzw. der Folie fuhren. Durch den Einsatz von Thermoplasten als weitere Zusätze kann sowohl die Flexibilität als auch die Selbst-Tragfahigkeit der angeharteten Folie erhöht werden.
Da bei geeigneter Prozessfuhrung selbstragende Folien hergestellt werden können, sind Folien mit beliebigen Foliestarken zuganglich. Vorzugsweise wird aber eine Folie mit einer aus dem Bereich von 20 μm bis 400 μm und insbesondere aus dem Bereich von 50 μm bis 200 μm ausgewählten Folienstarke. Diese Folienstarken eignen sich für beliebige, nachfolgende Folienverarbeitungsprozesse .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung der Folie zur planaren Kontaktierung einer elektrischen Kontaktstelle eines elektrischen Bauelements mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a' ) Bereitstellen des Bauelements mit der Kontaktstelle, b' ) Auflaminieren der Folie auf das Bauelement, so dass die Kontaktstelle von der Folie bedeckt ist, c' ) Offnen eines Fensters in der Folie, so dass die Kontaktstelle des Bauelements freigelegt wird, und d' )
Kontaktieren der elektrischen Kontaktstelle durch das Fenster hindurch. Einzelheiten dieser Art der Kontaktierung sind der WO 03/030247 A2 zu entnehmen. Dabei ist festzuhalten, dass sich die Folie gerade für diesen Prozess besonders eignet: Die Folie ist laminierbar (z.B. unter Vakuum) und zeigt eine gute Haftfähigkeit auf verschiedensten Materialien (Cu, Si) . Darüber hinaus eignet sich die Folie für die zur planaren Kontaktierung vorgesehenen Laserabiation .
Zusammenfassend sind mit der Erfindung folgende Vorteile verbunden : Durch den Einsatz von Bismaleinimid-Komponenten, die bei relativ niedriger Temperatur schmelzen (ca. 300C bis 400C unter der Schmelztemperatur von Standard-BMIs) , wird die Verarbeitung stark vereinfacht.
- Durch die niedrige Schmelztemperatur und der damit einhergehenden niedrigen Viskosität ist es möglich, einen relativ hohen Füllgrad an Füllstoffen zu erzielen. Dadurch lässt sich eine Vielzahl von Eigenschaften der Folie, beispielsweise Wärmeleitfähigkeit, mechanische Stabilität (z.B.
Bruchzähigkeit) , Temperaturausdehungskoeffizient, Haftung am Untergrund, etc., in einem weiten Bereich einstellen.
- Durch das Anhärten und die Flexibilisierung mit Bruchzähigkeitsmodifikatoren (Thermoplasten) wird eine gut applizierbare Folie erhalten, die selbst tragend ist und bereits einer relativ niedrigen Prozesstemperatur von etwa 700C für die planare Kontaktierung eingesetzt werden kann.
- Die angehärtete Folie zeigt eine gute Lagerbeständigkeit. Ein Einfrieren wie bei vergleichbaren Produkten ist nicht nötig.
- Eine aus der Harz-Formulierung gewonnene Folie zeigt bei 175°C über 1000 h lediglich Verfärbung, jedoch keine nennenswerte Zersetzung (gemessen am Masseverlust) .
- Bereits im ungefüllten Zustand (ohne entsprechenden Füllstoff) zeigt die resultierende Folie einen niedrigen thermischen Ausdehungskoeffizienten . Daraus resultiert ein erhöhter Freiheitsgrad hinsichtlich anderer Eigenschaften wie Flexibilität und thermische Stabilität.
Anhand zweiter Ausführungsbeispiele und einer Figur wird die Erfindung näher erläutert. Die Figur ist schematisch und stellt keine maßstabsgetreue Abbildung dar.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt eines Leistungshalbleitermoduls von der Seite. Gemäß den Ausführungsbeispielen setzen sich die Harz-Formulierungen wie folgt zusammen:
Beispiel 1:
Bismaleinimidophenylindan 50 MT (Massenteile) Compimide TM 124® 50 MT
Bornitrid (fein vermählen) Aerosil® Modaflow® Silan A- 187 0, 5 MT
Beispiel 2:
Compimide C353A® 35 MT
Ultem 1010® 30 MT
Compimide TM 124® 35 MT
Wollastonit 283-900 Aerosil®
Modaflow®
Silan-187 0,5 MT
Diese Harz-Formulierungen werden zu teil-vernetzten Folien verarbeitet. Die teil-vernetzen Folien werden zur planaren Kontaktierung eines Bauteils verwendet.
Das Bauteil ist ein Leistungshalbleiterbauelement 10, das auf einem DCB (Direct Copper Bonding) Substrat mit einer Keramikplatte angeordnet ist, an deren Hauptflächen Kupferschichten 112 und 113 angebracht sind. Das Leistungshalbleiterbauelement ist auf die Kupferschicht 112 des Substrats aufgelötet.
Das Leistungshalbleiterbauelement weist auf der dem Substrat abgekehrten Seite eine Kontaktfläche 101 auf. Zur elektrischen Kontaktierung wird die teil-vernetzte Folie auf das Leistungshalbleiterbauelement und das Substrat auflaminiert . Nach dem Auflaminieren wird in der Folie ein Fenster 121 erzeugt und so die Kontaktfläche freigelegt. Das Erzeugen des Fensters erfolgt durch Laserablation. In einer alternativen Ausführung wird zum Erzeugen des Fensters ein Photolithographie-Prozess durchgeführt .
Nach dem Erzeugen des Fensters wird elektrisch leitendes Material 14 auf der freigelegten Kontaktfläche und auf der auflaminierten Folie abgeschieden. Das elektrisch leitende Material wird in mehreren Schichten aus der Gasphase abgeschieden. Den Abschluss bildet eine galvanisch abgeschiedene Kupferschicht. Auf diese Weise werden die Kontaktierungsflache des Leistungshalbleiterbauelements mit einer elektrischen Leitungsbahn kontaktiert, die über eine hohe Stromtragfähigkeit verfügt. Bauelement, Substrat und die entsprechenden Leitungsbahnen bilden das Leistungshalbleitermodul.

Claims

Patentansprüche
1. Harz-Formulierung zur Herstellung einer Folie mit
- mindestens einer vernetzbaren Bismaleinimid-Komponente, die eine Schmelztemperatur von unter 100° C aufweist, und
- mindestens einem Thixotropierungsmittel und
- mindestens einem Co-Monomer zur Bildung eines Co-Polymerisats mit der Bismaleinimid-Komponente.
2. Harz-Formulierung nach Anspruch 1, wobei die
Schmelztemperatur unter 90° C und insbesondere bei 80° C liegt.
3. Harz-Formulierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bismaleinimid-Komponente Bismaleinimidophenylindan mit folgender Strukturformel aufweist:
Figure imgf000014_0001
4. Harz-Formulierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bismaleinimid-Komponente eine Mischung aus 4,4'-
Bismaleinimidodiphenylmethan, 2, 4-Bismaleinimindotoluol und 1 , 6-Bismaleinimindo- (2,2, 4-trimethyl) hexan aufweist .
5. Harz-Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Co-Monomer eine Allyl-Gruppe und/oder eine Phenolgruppe aufweist .
6. Harz-Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens ein Entgasungsmittel vorhanden ist.
7. Harz-Formulierung nach Anspruch 6, wobei das Entgasungsmittel mindestens ein Polyacrylat aufweist.
8. Harz-Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Thixotropierungsmittel pyrogene Kieselsäure aufweist.
9. Harz-Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens einen Zusatz zur Einstellung einer chemischen, elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaft der Harz-Formulierung und/oder einer aus der Harz-Formulierung hergestellten Folie vorhanden ist.
10. Harz-Formulierung nach Anspruch 9, wobei der Zusatz mindestens einen gegenüber der Bismaleinimid-Komponente im Wesentlichen inerten Bruchzähigkeitsmodifikator aufweist.
11. Harz-Formulierung nach Anspruch 10, wobei der Bruchzähigkeitsmodifikator ein Polyetherimid aufweist.
12. Harz-Formulierung nach Anspruch 9, wobei der Zusatz zumindest einen aus der Gruppe Bornitrid und/oder Wollastonit ausgewählten anorganischen Füllstoff aufweist.
13. Harz-Formulierung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein Haftvermittler vorhanden ist zur Verbesserung einer Haftung zwischen vernetztem Bismaleinimid, das durch eine Vernetzungsreaktion aus der Bismaleinimid-Komponente gebildet wird, und dem Füllstoff und/oder zur Verbesserung einer Haftung zwischen der durch die Vernetzung des Bismaleinimids gebildeten Folie und einem Untergrund, auf dem die Folie aufgebracht werden soll .
14. Harz-Formulierung nach Anspruch 13, wobei der Haftvermittler ein Silan aufweist.
15. Harz-Formulierung nach Anspruch 14, wobei das Silan eine Epoxi-Gruppe aufweist.
16. Verfahren zur Herstellung einer Folie unter Verwendung der Harz-Formulierung mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen der Harz-Formulierung, b) Formgebungsprozess der Harz-Formulierung und c) Initiierung einer Vernetzung der Bismaleinimid-Komponente der Harz-Formulierung, wobei die Folie entsteht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vernetzen abgebrochen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei eine Folie mit einer aus dem Bereich von 20 μm bis 400 μm und insbesondere aus dem Bereich von 50 μm bis 200 μm ausgewählten Folienstarke hergestellt wird.
19. Verwendung einer Folie, die nach einem der Ansprüche 16 bis 18 hergestellt wurde, zur planaren Kontaktierung einer elektrischen Kontaktstelle eines elektrischen Bauelements mit folgenden Verfahrensschritten: a' ) Bereitstellen des Bauelements mit der Kontaktstelle, b' ) Auflaminieren der Folie auf das Bauelement, so dass die Kontaktstelle von der Folie bedeckt ist, c' ) Offnen eines Fensters in der Folie, so dass die Kontaktstelle des Bauelements freigelegt wird, und d' ) Kontaktieren der elektrischen Kontaktstelle durch das Fenster hindurch.
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