晶片涂布用高传导性组合物制造技术

本发明专利技术涉及晶片涂布用高传导性组合物，提供用于涂布半导体晶片的传导性组合物，所述传导性组合物包括：传导性填料，其平均粒度在２微米以下并且最大粒度在１０微米以下；第一树脂，其软化点在８０－２６０℃之间；溶剂；固化剂；和第二树脂，其中在室温下所述第一树脂在溶剂中基本溶解。

【技术实现步骤摘要】
晶片涂布用高传导性组合物
0001本专利技术涉及半导体晶片用传导性涂料。
技术介绍
0002在电子器件组装过程中，有机和无机胶粘剂均被用于将 半导体芯片粘合到各种衬底上。传统上，单个芯片的连接是通过三种 截然不同的连接类型中的一种实现的共熔焊、钎焊(solderpre-form) 及以膜形式或作为分配膏(dispensedpaste)施用的有机胶粘剂。0003预成型结合涉及使用一小片特殊组合物材料，例如软焊 接材料，其将附着到芯片和封装体上。预成形焊料被置于基底的芯片 连接区域上并使其熔融。然后在芯片连接之前芯片的整个区域被擦洗， 然后将组件冷却。在这种结合方法的另一变型中，焊丝被用于形成此 结合。遗憾的是，该应用所使用的焊接材料经常是含有铅的合金，铅 被认为对环境有害。0004共熔芯片连接涉及使用共熔合金，例如金-硅或金-锗。 在这种方法中，在晶片背面上镀一层这种合金。然后将晶片安装在切 割载带上，进行切割，并且单切(singulated)为单个芯片。通过加热 衬底至共熔温度(例如对于金-硅，为37(TC)以上，并将芯片置于其 上，在芯片和衬底之间就形成结合。当温度被降低时，随着共熔组合 物凝固，结合强度迅速增加，使得该组件立刻进入下一步的丝焊和成 型工艺步骤，因此使其成为高产量的加工流程。0005共熔焊芯片结合方法是完善的结合技术并且被广泛用于具有小芯片的小型信号产品，例如分立器件和电力器件，包括二极管、 晶体管和其类似物。然而，共熔法需要使用昂贵的金。此外，共熔法 需要在晶片制造过程中将金共熔材料镀在晶片背面上这一步骤，这是 大部分半导体器件不需要的昂贵步骤。此外，这些共熔组合物典型地 具有很高的模量并且需要极高的加工温度，这两者都可在结合层中产 生很大的应力。这种应力可使晶片破裂或使器件失效，尤其是较新的器件，例如射频(RF)功率放大器设备，因为它们使用砷化镓半导体 而不是较不易碎的传统硅片。结合层上的应力对于使用薄芯片的器件 也可能产生问题，薄芯片固有地比传统较厚芯片更易碎。此外，当芯 片和引线框之间存在较大的热膨胀系数(CTE)失配时，应力更高， 正如当使用铜引线框而不是例如更昂贵的合金42时所观察到的。0006因此期望具有较低成本且较少结合层应力的焊接和共熔 焊的可选方法。寻找共熔焊替代材料，其能与在芯片和衬底之间形成 的金属间键合的高传导性相匹配，满足所有其它的加工要求并利用现 有的高产量加工设备，这一直是非常困难的。0007一个可能的替代材料是分配的传导性膏状胶粘剂 (dispensed conductive paste adhesive)。分酉己膏粘合涉及使用膏状胶粘 剂，例如环氧，以将芯片连接到封装体上。通过分配头或针将一滴膏 分配到衬底上。然后来自晶片的单切芯片(signulated die)被拾取并 连接到分配的胶粘剂上。然后典型地将该组件在高温下烘焙，以将环 氧膏状胶粘剂固化。0008传导性分配膏状胶粘剂作为焊料芯片连接或共熔焊的替 代品有四个主要问题。第一，当芯片尺寸变得更小时，每个晶片就有 更多芯片，而且分配膏所需的时间可能变成封装组件生产速度的限制 因素。0009第二，在芯片被附着到所分配的粘合剂之后，粘合剂在 芯片周围流动并且形成圆角。圆角有效地增加了芯片覆盖区面积，这意味着组装的封装体一定比芯片本身稍大。该额外的区域可能非常充 裕，因为容差必须考虑诸如膏的体积和流动变化等因素引起的圆角大 小的变化，以及膏和芯片的错位。此外，因为膏状胶粘剂易发生树脂渗出(resin bleed),也必须留有空间以确保周围的结合点不受过量渗 出的影响。对包括这种额外表面积的需要与对这些器件的成本降低和 形状更小因素的工业要求是相反的。0010第三，将芯片置于一点胶粘剂膏上是精细的操作。必须 控制力和时间，以确保粘合剂已经完全覆盖芯片的下面并且形成均匀 的粘结层。芯片的倾斜可能干扰丝焊工艺，或者通过在粘结层最薄的 地方产生高应力区而对器件可靠性产生不利影响。膏状胶粘剂有时分 配不均匀，在芯片结合点上产生不均匀或不一致分配的点，其可能引 起半导体器件立即或长期的电故障。当芯片变得更小时，这是特别棘手的问题，因为对于更小的芯片来说，分配操作和布置操作均更难于 控制。0011第四，可利用的胶粘剂组合物的传导性还不足以替代钎 焊和共熔焊材料。0012分配胶粘剂的上述前三个限制在最近几年通过晶片背面 涂敷(WBC)工艺和胶粘剂组合物的开发已经得以克服。典型地，晶 体背面涂料是可印刷、可B-阶段的胶粘剂组合物，其通过丝网印刷或 模版印刷被涂布到晶片的背面上。印刷后，涂布的晶片被加热以蒸发 溶剂和/或部分地改进树脂，使得该涂料硬化成非粘性状态。晶片然后 被层压到切割载带上，被切割，并且被单切成背面上带有胶粘剂层的 单个芯片。然后利用热和压力可将芯片连接至衬底。在芯片连接之后， 胶粘剂典型地以迅速固化或烘箱固化过程被固化。0013WBC方法很大程度上克服了所提到的胶粘剂分配过程中 的前三个限制，使其成为高产量方法，该方法具有均匀的胶粘剂覆盖、 最小的芯片倾斜(die tilt)以及胶粘剂圆角和渗出所需的有限(如果有的话)容差。0014与共熔焊法相比，WBC方法也是有利的，因为它利用了 现有的制造设备，但是在晶片制造中不需要昂贵的镀金工序。此外， 有机胶粘剂，例如那些在典型的WBC方法中使用的有机胶粘剂，可 容易被改变以具有比金-硅低共熔化合物更低的应力，因为它们需要更 低的加工温度以形成粘结并且具有更低的固有模量。0015WBC的胶粘剂必须满足几个性能要求。第一，它们必须 具有流变能力，其能够印刷(所需的特定流变能力(specific rheology) 随应用而变化，这取决于诸如印刷期间要施加的力和要施加的涂层厚 度这样的因素)。第二，在印刷和B-阶段之后，该涂层必须具有平滑 的表面，其具有期望的很低的表面粗糙度(Rz)值，并且目标典型地 为10微米以下(尽管所需的特定Rz值将取决于芯片大小、切割载带上胶粘剂的厚度和其它工艺特定的变量)。平滑的涂层表面对于小芯片 来说尤其重要，因为每个芯片具有少量的表面积接触切割载带。如果 涂层表面太粗糙，其接触将是不良的，并且将不能提供足够的力以在 切割操作期间将芯片固定至切割载带，导致芯片移动(die fly)， 这是一种不期望的现象，此时在切割期间芯片从载带上分层，使得将 其拾取以结合到衬底上是不可能的。此外，粗糙的涂层表面可产生不 良的粘结层厚度控制和芯片倾斜(die tilt)(此时在芯片连接和固 化之后该芯片在衬底上不平的)，这两者均可导致半导体器件发生故 障。第三，在涂料己经被印刷和B-阶段之后，它必须在室温下稳定， 使得涂布的晶片可以被处理和储存一定时间(一般几天至几个月)。第 四，该涂料必须具有良好的机械强度以经历切割和拾取过程。0016另外的关键性能要求是，在胶粘剂已经固化后，它必须 能在整个引线键合过程中支撑芯片，而不发生芯片移动、倾斜或从衬 底上分层。这个要求对于小芯片(2X2cm以下)来说是特别的挑战， 原因在于其与衬底的接触的表面积很小，因此芯片往往很容易移动。 一般地，在引线键合温度(典型地为200至300°C)下，该胶粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体器件，其通过使用已Ｂ－阶段的胶粘剂将半导体芯片结合到衬底上而形成，其中在进行Ｂ－阶段之前所述胶粘剂包括：　　　　（ａ）６６至８０ｗｔ％的传导性填料，其平均粒度在２微米以下并且最大粒度在１０微米以下，　　　　（ｂ）５至２５ｗｔ％的第一树脂，其软化点在８０－２６０℃之间，　　　　（ｃ）５至２５ｗｔ％的溶剂，　　　　（ｄ）０至５ｗｔ％的固化剂，和　　　　（ｅ）０至２０ｗｔ％的第二树脂，　　　　以及，其中在室温下所述第一树脂在所述溶剂中基本溶解。

【技术特征摘要】
US 2007-1-10 11/651,7191.半导体器件，其通过使用已B-阶段的胶粘剂将半导体芯片结合到衬底上而形成，其中在进行B-阶段之前所述胶粘剂包括(a)66至80wt％的传导性填料，其平均粒度在2微米以下并且最大粒度在10微米以下，(b)5至25wt％的第一树脂，其软化点在80-260℃之间，(c)5至25wt％的溶剂，(d)0至5wt％的固化剂，和(e)0至20wt％的第二树脂，以及，其中在室温下所述第一树脂在所述溶剂中基本溶解。2. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件是分 立器件。3. 制备半导体器件的方法，其包括(a) 提供半导体晶片，其具有有源的前面以及与所述前面相对的 无源的背面，(b) 提供传导性胶粘剂，其包含最大粒度在IO微米以下的填料，(c) 将所述传导性胶粘剂施加到所述半导体晶片的背面，以形成 传导性胶粘剂层，其暴露面与所述半导体晶片的前面相对，(d) 使所述传导性胶粘剂层B-阶段，形成已B-阶段的晶片，将 所述己B-阶段晶片的所述传导性胶粘剂层的暴露面固定到衬底上，形 成半导体器件，并使所述半导体器件固化；其中在B-阶段之后，所述传导性胶粘剂层具有12微米以下的表 面粗糙度，并且固化后所述传导性胶粘剂层在25(TC下具有500MPa 以上的弹性模量，在室温下具有3.8W/mK以上的热传导率，以及在室 温下具有0.0003欧姆-cm以下的体积电阻率。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述传导性胶粘剂包括 (a) 66至80wt。/。的传导性填料，其平均粒度在2微米以下并且最大粒度在I...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓绮茁，
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]