包含苯并**嗪的助熔不流动底层填料组合物制造技术

在半导体封装产业中，苯并噁嗪化合物可以通过环氧树脂和助熔剂来固化以提供具有特别功能的热固材料，如不流动底层填料封装剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包含苯并噁嗪、环氧树脂类和酐以保护和加强在半导体封装中的集成电路(IC)芯片和衬底之间，或者在微电子器件中的半导体元件和衬底之间的互连的底层填料封装剂组合物。
技术介绍
微电子器件包含电连接到和支撑在载体或衬底如引线框架或印刷电路板上的集成电路元件。在集成电路元件的结构上有许多变化，其中工业中已知的两个是倒装芯片和球栅阵列。和这两个一起，如与其它集成电路元件一起，在集成电路元件上的电气端子和衬底上对应的电气端子之间进行电连接。用于进行这些连接的一个方法使用聚合物或金属焊料材料，该材料以凸块的形式涂敷到在元件或衬底上的电气端子。焊料易于氧化，因此将助熔剂加到元件(硅芯片)或衬底。该端子对准并一起接触，并且加热得到的组件以回流金属或聚合物材料并固化连接。在这种类型的互连中长期存在的问题是在集成电路元件、互连材料和衬底之间的热膨胀系数(CTE)的失配问题。为了减轻这种失配并支持聚合物或金属的互连，在元件和衬底之间的空隙中，在聚合物或金属焊料周围填充封装材料。这些材料被称为底层填料并且它们的使用延长了焊料结点的疲劳寿命。传统的底层填料涂敷被称作毛细流动，底层填料分散和固化发生在金属或导电聚合物焊料回流和互连形成之后。在这个过程中，在端子对准和接触到一起之前，助熔剂或材料分配到衬底上的端子上。半导体芯片上和衬底上的端子对准，然后加热组件以回流焊点。对于金属互连，如共晶或无铅焊料，这大约在190℃至230℃。在这里，测定量的底层填料封装材料沿着电子组件的一个或更多外围侧分配，并且在元件到衬底间隙内的毛细管作用把材料向内吸。在间隙被填充后，另外的底层填料封装剂可以沿着完成的组件周边分配以帮助减小应力集中并延长组件结构的疲劳寿命。底层填料封装剂随后固化以到达它最佳的最终性能。普遍地，大部分的封装倒装芯片通过这个工艺制造。更有效的步骤是使用所谓的不流动助熔底层填料。在这个工艺中，助熔材料包含在底层填料中，其涂敷到半导体元件放置之前的衬底上。在放置元件后，整个组件经过一个回流炉，在此期间焊料回流并且底层填料固化。助熔剂作为固化的底层填料的部分保留。在这个工艺中，消除了涂敷助熔剂和后固化底层填料的分开步骤。典型地，底层填料封装剂通过喷射器分散，其意味着为了容易分配，粘度必须足够低。在不流动助熔底层填料操作中，在回流炉期间产生底层填料的焊接和固化，其意味着底层填料在焊料的熔化期间必须保持它的低粘度，并在那之后迅速固化。当前在产业中，出现了对环境有利的无铅焊料的需求，如具有225℃熔点的Sn/Ag，和具有217℃熔点的Sn/Ag/Cu。当使用这些材料时，不流动助熔底层填料必须在更高温度下固化。
技术实现思路
本专利技术是用作助熔底层填料的组合物，该底层填料包含苯并噁嗪树脂，环氧树脂和助熔剂。下面的例子将会公开双官能的苯并噁嗪树脂的合成，该树脂在室温下是液态并且适合在不流动助熔底层填料组合物中使用并得到性能，该组合物包括苯并噁嗪。用于这些组合物的合适的助熔剂包括1-萘酸，1-萘乙酸，聚癸二酸酐(自LONZA的PSPA)。合适的环氧树脂在商业上是可得到的，并且专业人员可以根据希望选择。实施例1合成 苯并噁嗪I装配有高架搅拌器、冷凝器、添加漏斗和温度计的两升的四颈圆底烧瓶，填充有162.30g的含水甲醛溶液(37WT％的水溶液，2.0mol)和400mL的二氧六环。该混合物通过冰浴冷却并且温度保持在10℃以下。将100mL的二氧六环中的73.15g的n-丁胺(1.0mol)，逐滴地加入这个混合物。在完成添加后，额外地搅拌混合物30分钟。在这个混合物中，将在500mL的二氧六环中的107.15g的双酚E(0.5mol)加入。然后升高温度到回流温度，反应进行一整夜。在真空中去除溶剂后，粘性油溶解在800mL的甲基-t-丁基醚(MTBE)中。利用3N含水氢氧化钠溶液(3×800mL)清洗醚溶液，随后用饱和碳酸氢钠溶液(3×600mL)、去离子水(3×800mL)，和饱和盐水(400mL)清洗。首先在硫酸钠然后在硅胶上干燥有机层。在真空中去除溶剂后，得到84％产率的171.28g的带黄色液体树脂。粘度是在室温下77,900mPa.s。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ6.94(d，2H)，6.76(s，2H)，6.68(d，2H)，4.81(s，4H)，3.93(s，5H)，2.72(t，4H)，1.52-1.55(m，7H)，1.32-1.38(m，4H)，0.92(t，6H)。实施例2合成 苯并噁嗪II装配有高架搅拌器，冷凝器，添加漏斗和温度计500mL的三颈圆底烧瓶，填充有32.46g的含水甲醛溶液(37wt％的水溶液，0.40mol)和80mL的二氧六环。该混合物通过冰浴冷却并且温度保持在10℃以下。将在20mL的二氧六环中的14.63g的n-丁胺(0.2mol)，逐滴地加入这个混合物。完成添加后，额外搅拌混合物30分钟。向这个混合物中，加入在100mL的二氧六环中的21.83g的4，4’-硫代二苯酚。然后升高温度到回流温度，反应进行一整夜。在真空中去除溶剂后，粘性油溶解在200mL的MTBE中。利用3N含水氢氧化钠溶液(3×200mL)清洗醚溶液，随后用饱和碳酸氢钠溶液(200mL)、去离子水(2×200mL)和饱和盐溶液(200mL)清洗。首先在硫酸钠然后在硅胶上干燥有机层。在真空中去除溶剂后，得到54％产率的22.46g的带褐色的液体树脂。在室温下粘度是45,300mPa.s。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ7.11(d，2H)，6.99(s，2H)，6.72(d，2H)，4.87(s，4H)，3.95(s，4H)，2.74(t，4H)，1.51-1.57(m，4H)，1.34-1.40(m，4H)，0.94(t，6H)。实施例3制剂。制备四个组合物(A至D)，其包含实施例1或2的苯并噁嗪，单苯并噁嗪(苯并噁嗪III或IV)作为稀释剂，环氧树脂和酐PSPA作为助熔剂。使用的单苯并噁嗪具有如下结构 苯并噁嗪III 苯并噁嗪IV使用的环氧树脂是来自Dainippon Ink & Chemicals的Epiclon EXA850CRP和来自Dow Chemical的XU71790-04L。使用的助熔剂是1-萘酸，1-乙酸萘，和聚癸二酸酐(来自Lonza的PSPA)。混合组合物的成分，然后在室温下通过三辊的炼机三次。组合物的成分按重量份计在表1中报道。 实施例4性能.将实施例3的苯并噁嗪组合物A到D，通过差示扫描量热法来热固化，其中在差示扫描量热法中，固化开始温度，固化峰值温度，和固化温升，利用DSC仪器(来自TA仪器，New Castle，Delaware)表征。使用热机械分析器(来自TA仪器，New Castle，Delaware的TMA2920)在已经在175℃下固化两小时的样品上测量组合物的玻璃转化温度(Tg)和热膨胀系数(CTE1在Tg之前，CTE2在Tg之后)。为了确定是否组合物具有助熔焊料的能力，在铜片上分配0.2克的组合物，将无铅焊料球(Sn/Ag/Cu熔化温度217℃)滴入到组合物中，在组合物上放置玻璃载玻片，组件放置在预加热到145℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
底层填料组合物，其包括：苯并噁嗪树脂；环氧树脂；和助熔剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R张，OM穆萨，M博诺，
申请(专利权)人：国家淀粉及化学投资控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]