專利名稱：連接材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將待結(jié)合在一起的元件粘合和連接在一起的連接材料，其中每個(gè)元件都具有多個(gè)與另一元件上的多個(gè)電極相對(duì)的電極。更具體而言，本發(fā)明涉及一種含有熱固性樹脂的連接材料。
為了將諸如IC、LSI等半導(dǎo)體組裝在基片線路板(substrate circuit board)上，實(shí)踐中是將半導(dǎo)體芯片，例如“比爾”芯片(bear chip)，使用連接材料直接安裝在基片線路板上。此時(shí)，這種芯片與線路板的粘合是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的將芯片和線路板的位置固定，使設(shè)置于芯片和線路板上的電極或終端相應(yīng)對(duì)立，同時(shí)在兩者之間插入連接材料，然后使連接材料固化，實(shí)現(xiàn)彼此間的牢固的機(jī)械粘合，以及可靠的相應(yīng)電極間的導(dǎo)電連接。
在這類連接材料中，熱固性樹脂是作為基本成分使用的。連接材料插入于基片線路板和半導(dǎo)體芯片之間，線路板和芯片位置固定，使得其上的待導(dǎo)電連接在一起的電極或終端彼此相應(yīng)對(duì)立，然后對(duì)所得到的組合件從兩邊熱壓，即在加熱狀態(tài)下從兩邊對(duì)其進(jìn)行擠壓，使熱固性樹脂固化，從而使它們牢固粘合。在這里，芯片與基片線路板的機(jī)械粘合是通過樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度(粘合強(qiáng)度)建立起來的，而在對(duì)應(yīng)電極或終端間的導(dǎo)電連接是通過由樹脂的熱固化而固定住的電極或終端的擠壓摩擦接觸(pressed contact friction)實(shí)現(xiàn)的。相對(duì)電極間的導(dǎo)電連接通過電極彼此間的直接接觸實(shí)現(xiàn)，或以包含在連接材料中處于分散狀態(tài)的導(dǎo)電顆粒作為它們之間橋接(bridging)實(shí)現(xiàn)。
裝配有半導(dǎo)體芯片的基片線路板應(yīng)具有耐熱性，以便在焊料回流(reflowing)的步驟中使基板耐高溫。所得到的線路板組件可能在相對(duì)高溫和高濕度的環(huán)境條件下使用，因此它應(yīng)該經(jīng)得住這一條件?？墒?，傳統(tǒng)的連接材料對(duì)環(huán)境條件的耐熱性和牢固性是不足的，因此，所產(chǎn)生的問題是當(dāng)組件暴露在高溫下時(shí)，在組件中有時(shí)會(huì)檢測(cè)到存在著有缺陷的電連接，它不僅發(fā)生在對(duì)耐熱性和對(duì)環(huán)境條件的牢固性的檢測(cè)中，例如熱震蕩測(cè)試(heat shock test)、加壓蒸煮器測(cè)試(PCT)和焊料-回流測(cè)試，而且在實(shí)際的生產(chǎn)過程中也會(huì)發(fā)生。這種有缺陷的導(dǎo)電連接經(jīng)常發(fā)生于大量電極以窄間距設(shè)置在一有限區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體芯片組件中。
為檢測(cè)其原因，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，用連接材料連接兩個(gè)線膨脹系數(shù)不同的元件，當(dāng)連接材料的溫度高于連接材料中粘合劑樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)時(shí)，即發(fā)生電極在所在位置處的偏差或位移，例如當(dāng)材料暴露于焊料回流時(shí)的高溫時(shí)，情況即如是，從而導(dǎo)致存在缺陷的導(dǎo)電連接。對(duì)此，認(rèn)為耐環(huán)境條件特性的降低的原因是長(zhǎng)時(shí)間使用后，在連接材料層和元件間的界面處的粘合層中，可能出現(xiàn)層間剝離(interlayer exfoliation)，這是由于粘合劑樹脂的固化收縮引起連接材料固化層中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并集中在這些界面處，而這些內(nèi)應(yīng)力對(duì)于高粘合力粘合劑樹脂而言也是大的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種將元件粘合和連接在一起的連接材料，其中在每個(gè)元件上的電極彼此處于彼此相對(duì)的關(guān)系，同時(shí)可確保實(shí)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)電極間的導(dǎo)電連接，該連接材料具有高的耐熱性并且當(dāng)元件上以窄的間距設(shè)置大量電極時(shí)，甚至連接材料暴露在高溫的條件下都不會(huì)發(fā)生有缺陷的電連接。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將元件粘合和連接起來的連接材料，其中在每個(gè)元件上的電極彼此處于彼此相對(duì)的關(guān)系。該連接材料具有高的耐熱性和在環(huán)境條件下具有高的牢固性，并且在高溫和高濕度的環(huán)境條件下使用時(shí)，也可使導(dǎo)電連接保持很高地可靠性。
因此，本發(fā)明在于下面的連接材料(1)一種用于將元件粘合和連接在一起的連接材料(第一連接材料)，其中每個(gè)元件上的電極彼此處于彼此相對(duì)的關(guān)系，該連接材料包括一種含有熱固性樹脂和無機(jī)填料的粘合劑組分，所述材料在固化后具有如下的特征彈性模量在1～12Gpa的范圍內(nèi)，玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)在120℃～200℃的范圍內(nèi)，在低于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α1)為50ppm/℃或更低，和在高于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α2)為110ppm/℃或更低，其中(α2-α1)的差不超過60ppm/℃。
(2)一種用于將元件粘合和連接在一起的連接材料(第二連接材料)，其中每個(gè)元件上的電極彼此處于彼此相對(duì)的關(guān)系，該連接材料包括一種含有熱固性樹脂和無機(jī)填料的粘合劑組分，
所述材料在固化后具有如下的特征線性收縮率為0.25％或更小，和在低于已固化材料的Tg溫度下，線性膨脹系數(shù)(α1)為35ppm/℃或更低。
(3)如上面(2)中所限定的連接材料，其中該材料在固化后的水分吸收性為2％或更低。
(4)如上面(1)～(3)中之一所限定的連接材料，其中粘合劑組分包括20～75重量％的熱固性樹脂，25～80重量％的無機(jī)填料和0～40重量％的熱塑性樹脂。
(5)如上面(1)～(4)中之一所限定的連接材料，其中它進(jìn)一步包括基于粘合劑組分的體積為0～30％的具有1～10μm平均顆粒尺寸的導(dǎo)電顆粒。
本發(fā)明的第一和第二連接材料是用材料特性彼此不同的性能特征進(jìn)行限定的，而它們的組成是相似的，其中第一連接材料在耐熱性上是優(yōu)異的，而第二連接材料在耐熱性和在環(huán)境條件下的牢固性上是優(yōu)異的。
對(duì)于將要通過本發(fā)明的連接材料粘合在一起的元件來說，每對(duì)元件中，在它們相對(duì)的面上，每個(gè)元件的各個(gè)電極與該對(duì)元件中的另一個(gè)元件上的每個(gè)電極彼此一一對(duì)應(yīng)，特別是，將要與另一元件上的相對(duì)電極導(dǎo)電連接的許多電極可用于連接的目的。本發(fā)明可特別應(yīng)用于要粘合在一起的兩個(gè)元件中的每一個(gè)上的電極設(shè)置在小的寬度、窄的間隔的情形中，具有較緊密度的有限區(qū)域內(nèi)的情況。如在將諸如“比爾”芯片等半導(dǎo)體芯片裝配到基板上的情況。在許多情況中，基板用作上述要粘合的半導(dǎo)體芯片的相對(duì)元件(counter element)。本發(fā)明的連接材料可用于將半導(dǎo)體芯片等直接組裝在基板上或在用例如插入器(interposer)的情況下使用本發(fā)明的連接材料。在這里，可使用由任何一種材料制成的基板，例如玻璃/環(huán)氧化物基板，樹脂板，玻璃板和柔性樹脂板。
本發(fā)明的連接材料含有包括熱固性樹脂和無機(jī)填料的粘合劑組分。連接材料插入于要連接在一起的元件之間，并且從兩邊將元件壓在一起，使面對(duì)面的每個(gè)元件上相對(duì)的電極彼此形成接觸，同時(shí)維持要填充連接材料的相鄰電極之間的間隙。在此情況下，固化連接材料，以同時(shí)獲得電連接和機(jī)械粘合。在相對(duì)電極間的電連接可通過將電極直接接觸來實(shí)現(xiàn)，或者在利用導(dǎo)電顆粒的情況下來實(shí)現(xiàn)。如果諸如接線柱凸緣(stud bump)等電極的較厚部分的表面積很小(例如，1,000μm2或更小)的話，可允許直接接觸，而在用導(dǎo)電顆粒的情況下，接觸對(duì)于具有較大表面積的電極是有利的。導(dǎo)電顆粒以分散的形式分布在連接材料中。
作為加入到本發(fā)明連接材料中的主要熱固性樹脂，可使用任何種類的樹脂而無限制，只要該樹脂在加熱或諸如UV射線等射線的輻射作用下通過同時(shí)使用固化劑而能被固化就行，例如環(huán)氧樹脂、酚樹脂、含羥基的聚酯樹脂、含羥基的丙烯酸樹脂等。從諸如樹脂的固化溫度、固化時(shí)間、儲(chǔ)存的穩(wěn)定性等參數(shù)間平衡的觀點(diǎn)上考慮，最優(yōu)選的是環(huán)氧樹脂。
可使用雙酚型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧一酚醛清漆型環(huán)氧樹脂和由在分子中具有兩個(gè)或多個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán)的環(huán)氧化合物獲得的環(huán)氧樹脂作為環(huán)氧樹脂。這些環(huán)氧樹脂的商業(yè)產(chǎn)品也可以直接使用。
粘合劑組分中熱固性樹脂的主要樹脂通?？赏ㄟ^同時(shí)使用固化劑進(jìn)行固化，當(dāng)促進(jìn)固化反應(yīng)的取代官能團(tuán)存在于主要樹脂的分子中時(shí)，可以不使用固化劑?？墒褂媚切┰诩訜峄蛏渚€輻射的影響下可與主要樹脂發(fā)生固化反應(yīng)的固化劑，例如咪唑、胺、酸酐、酰肼和二氰二酰胺和異氰酸酯以及它們的改性產(chǎn)品。還可使用商用產(chǎn)品。對(duì)于固化劑優(yōu)選使用的是潛在固化劑(latenthardeningagent)。
潛在固化劑在加工操作、常溫下的儲(chǔ)藏過程中以及在較低溫度(40～100℃)的干燥下都不會(huì)進(jìn)行固化反應(yīng)，但在壓力和加熱(熱壓)的狀態(tài)下在固化溫度下會(huì)引起固化反應(yīng)，或者通過諸如UV射線等射線輻射的作用下也可引起固化反應(yīng)。對(duì)于潛在固化劑，可特別優(yōu)選的是那種可裝入微膠囊中的上面提到的固化劑，例如咪唑或胺。另外還可直接使用商業(yè)產(chǎn)品。對(duì)于通過加熱使其活化的情形，優(yōu)選固化初始溫度為80～150℃的固化劑。
加入本發(fā)明連接材料中的無機(jī)填料用于改進(jìn)耐熱性，特別是連接材料的線性膨脹系數(shù)，可通過將其預(yù)混合到含有熱固性樹脂的粘合劑組分中。對(duì)于無機(jī)填料，優(yōu)選的是那些耐熱和耐壓的顆粒產(chǎn)品，其平均顆粒尺寸在0-1～15μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.1～5μm的范圍內(nèi)，莫氏硬度為3～9，優(yōu)選為5～9。無機(jī)填料的例子包括二氧化硅、氧化鋁、碳酸鈣和氮化鋁。在它們中，從與有機(jī)機(jī)物的適應(yīng)性、價(jià)格和易得性等觀點(diǎn)上考慮，二氧化硅是優(yōu)選的。在實(shí)際使用中，可使用結(jié)晶二氧化硅、熔融二氧化硅(molten silica)和合成二氧化硅，優(yōu)選使用平均顆粒尺寸為0.1～5μm的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，可允許將熱塑性樹脂混合到粘合劑組分中，使連接材料能涂覆在基片上或用于成膜。對(duì)于熱塑性樹脂可使用的有苯氧基樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、丁醛樹脂或橡膠聚合物如NBR或SBR。
本發(fā)明連接材料中的粘合劑組分還可含有其它添加劑，例如表面活性劑、偶聯(lián)劑(coupling agent)、離子吸附劑、抗氧劑等。
包含上面所述粘合劑組分的本發(fā)明的連接材料可含有或不含有導(dǎo)電顆粒。因此，它們可含有金屬顆粒，例如纖焊填充金屬(solder metal)，鎳金屬等；涂布有電導(dǎo)體的顆粒，其中芯樹脂顆粒通過噴鍍等方式涂布上導(dǎo)電材料；涂布絕緣體的顆粒，其中這些導(dǎo)電顆粒被涂覆上絕緣樹脂。這些導(dǎo)電顆粒的平均顆粒尺寸可以在1～20μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在2～10μm的范圍內(nèi)。
除了熱固性樹脂和無機(jī)填料外，本發(fā)明的第一和第二連接材料中的粘合劑組分還根據(jù)需要可包括其它的樹脂和添加劑。連接材料包括上述粘合劑組分，并根據(jù)需要上述導(dǎo)電顆粒。
本發(fā)明的第一和第二連接材料是由粘合劑組分構(gòu)成的，該粘合劑組分可由熱固性樹脂、熱塑性樹脂、無機(jī)填料和其它添加劑組成，其中熱固性樹脂的用量為20～75重量％，優(yōu)選在30～70重量％的范圍內(nèi)，熱塑性樹脂的用量在0～40重量％，優(yōu)選在0～25重量％范圍內(nèi)，無機(jī)填料的用量在25～80重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30～70重量％的范圍內(nèi)，其它添加劑的用量在0～10重量％，優(yōu)選在0～5重量％的范圍內(nèi)，如果需要的話，還可在其中加入導(dǎo)電顆粒，其基于粘合劑組分體積的比例為0～30％，優(yōu)選0～20％。
本發(fā)明的連接材料可以膏狀或片材形式的產(chǎn)品提供。
為了制備連接材料膏，可在不使用任何溶劑的情況下，在上述給定的成分中選擇合適的組成成分來形成膏，而通常形成膏的做法是將組成成分溶解或分散在合適的溶劑中?？墒褂玫娜軇┯欣绱肌⑼?、酯、醚、酚、乙縮醛和含氮的烴，其中具體可例舉的有甲苯、MEK、乙酸乙酯和溶纖劑醋酸酯(cellosolveacetate)。溶劑的使用量基于樹脂成分的重量為約20～40％。
為了制備片材形式的連接材料，上述膏狀連接材料被涂覆在剝離膜(exfoliativefilm)上呈一層，然后將膏中的溶劑揮發(fā)從而形成片材。
本發(fā)明的第一連接材料應(yīng)由上面給出的構(gòu)成成分通過選擇適當(dāng)?shù)某煞趾推浔壤渲贫?，以便使所得到的連接材料在固化后的彈性模量在1～12Gpa的范圍內(nèi)，優(yōu)選在2～10Gpa的范圍內(nèi)，玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg在120～200℃的范圍內(nèi)，優(yōu)選在140～190℃的范圍內(nèi)，在低于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α1)為50ppm/℃或更低，優(yōu)選為35ppm/℃或更低，而在高于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α2)為110ppm/℃或更低，優(yōu)選為100ppm/℃或更低，(α2-α1)的差為60ppm/℃或更低，優(yōu)選為50ppm/℃或更低。
本發(fā)明的第二連接材料應(yīng)由上面給出的構(gòu)成成分通過適當(dāng)選擇成分和其比例配制而成，以便使所得到的連接材料在固化后的線性收縮為0.25％或更低，優(yōu)選為0.22％或更低，在低于已固化連接材料的Tg溫度下的線性膨脹系數(shù)(α1)為35ppm/℃或更低，優(yōu)選為33ppm/℃或更低。在這里，第二連接材料可在固化后有利地具有不高于2重量％，優(yōu)選不高于1.7重量％的水分吸收性。
測(cè)定上述性能的具體步驟如下所示○彈性模量是根據(jù)JISK-7198法測(cè)定的。
○Tg確定為在彈性模量測(cè)定時(shí)tanδ峰值處的溫度值○線性膨脹系數(shù)是根據(jù)JISK-7161法測(cè)定的。
○線性收縮是根據(jù)JISK-6911法測(cè)定的。
○水分吸收性是通過把樣品保持在85℃，相對(duì)濕度為85％的環(huán)境下500小時(shí)并通過計(jì)算在該處理之前后觀察到的樣品的重量差來測(cè)定的。
本發(fā)明的連接材料插入于要連接在一起的兩個(gè)元件之間，例如基片線路板和半導(dǎo)體芯片之間，每個(gè)元件都在相對(duì)的面上配有許多電極，同時(shí)這些元件是按下述情況固定住的在面對(duì)面的每個(gè)元件上的電極彼此處于彼此相對(duì)的關(guān)系，然后元件在加熱的狀態(tài)下通過從兩側(cè)將它們擠壓在一起而被熱壓，使熱固性樹脂固化形成固體組件。在使用膏狀連接材料的情況下，將其涂在一個(gè)元件待粘合的區(qū)上，包括電極在內(nèi)，然后在兩個(gè)元件上的電極處于彼此相對(duì)關(guān)系的位置下，在涂層進(jìn)行干燥之前或之后把另一元件放置在前述元件所涂覆的面上，緊接著對(duì)組件進(jìn)行熱壓使樹脂固化。在使用連接材料片的情況下，連接材料放置在要連接在一起的兩個(gè)元件之間，緊接著對(duì)組件進(jìn)行熱壓以使樹脂固化。固化不僅可通過加熱來實(shí)現(xiàn)，而且也可通過諸如UV射線等射線的輻射作用來實(shí)現(xiàn)。
在上述連接步驟中，通過對(duì)介于兩個(gè)要連接在一起的元件間的連接材料從兩邊進(jìn)行熱壓，使得連接材料首先被熔融，之后從相對(duì)電極間的空隙處排到無電極的地方，直到在元件上相對(duì)的電極彼此接觸為止，于是相對(duì)的電極就被壓在了一起使它們形成導(dǎo)電摩擦接觸，而連接材料中的熱固性樹脂之后進(jìn)行固化形成固體組件。在含有導(dǎo)電顆粒的情況中，其中一些顆粒可在熱壓后保留在相對(duì)的電極間，并為相對(duì)的電極擠壓在相對(duì)的電極間形成導(dǎo)電摩擦接觸橋(bridge of electroconductive frictional contact)。從相對(duì)電極間的空隙處排到無電極地方的那部分連接材料將在那里固化，從而在兩個(gè)元件間形成固定粘合。用此方式，在相對(duì)電極間的導(dǎo)電連接以及兩元件的機(jī)械粘合可同時(shí)建立起來。
在將半導(dǎo)體芯片(作為一個(gè)要粘合元件)安裝在基片線路板(作為要粘合的另一元件)的情況中，前者可由本發(fā)明的第一連接材料裝配到后者上，然后將所得到的組裝件在高溫(例如，220～270℃)下進(jìn)行所謂的焊料-回流加工(solder-reflowing process)。在這里不會(huì)發(fā)生任何有缺陷的電連接，因?yàn)楸景l(fā)明的第一連接材料具有很高的耐熱性，這是由于高彈性模量，高玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以及較低數(shù)值的α1與α2和小數(shù)值的(α2-α1)的結(jié)果，因此在高于Tg的溫度下基本上沒有位移或滑動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)元件通過本發(fā)明的第二連接材料粘合時(shí)，因?yàn)榫€性收縮和線性膨脹系數(shù)α1很低，所以使得到的組件由于抑制了內(nèi)應(yīng)力的積聚，從而使其在高溫和高濕度的使用環(huán)境下具有優(yōu)異的牢固性。
在由包括熱震蕩試驗(yàn)、PCT和焊料-回流試驗(yàn)的環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行耐熱性的測(cè)試過程中，也沒有發(fā)生有缺陷的電極電連接。
正如上面所述，本發(fā)明的第一連接材料具有很高的耐熱性并且使連接組件幾乎不會(huì)產(chǎn)生有缺陷的電連接，甚至對(duì)于在窄間距處布置有大量電極的元件以及在高溫條件下也是如此，這是因?yàn)檫B接材料包括的含有熱固性樹脂的粘合劑組分和無機(jī)填料的組合和比例使得彈性模量、Tg以及在低于和高于Tg的溫度下固化連接材料的線性膨脹系數(shù)均在一特定的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第二連接材料在高溫和高濕度的環(huán)境條件下使用時(shí)具有優(yōu)異的牢固性，這是因?yàn)檫B接材料包括的含有熱固性樹脂的粘合劑組分和無機(jī)填料的組合和比例使得線性收縮和在低于固化連接材料的Tg溫度下的線性膨脹系數(shù)均在一特定的范圍內(nèi)。
下面通過實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明將作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1和2以及比較例1～4，第一連接材料
*第一連接材料的制備*將作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂A(一種Dainippon Ink&Chemicals Inc.的產(chǎn)品，商品名為4032D)或環(huán)氧樹脂B(一種Yuka Shell公司的產(chǎn)品，商品名為Epikote 1009)、作為固化劑的基于咪唑的固化劑(一種Asashi Ciba公司的產(chǎn)品，商品名為HX-3941HP)、作為熱塑性樹脂的苯氧基樹脂(一種TohtoKasei Co.,Ltd.的產(chǎn)品，商品名為YP50)和作為無機(jī)填料的商用二氧化硅(一種Tatsumori公司的產(chǎn)品，商品名為SOE 2，平均顆粒尺寸為0.5μm)與甲苯一起，以表1所給定的比例進(jìn)行混合制備連接材料膏。將所制備的膏涂覆在剝離膜上，將該涂覆層干燥得到厚度為40μm的連接材料片。所得到的連接材料片在200℃下加熱5分鐘以使材料固化。固化的連接材料的性能列于表1中。*材料性能測(cè)試*為了測(cè)定彈性模量，將具有未固化連接材料涂層的剝離膜切成大小為6cm×0.2cm的條，然后在180℃下固化5分鐘，連接材料的固化層從PET剝離膜上剝離下來作為測(cè)試樣品使用。為了進(jìn)行測(cè)試，使用Orientec公司的VIBRONDDV 01 FP(商品名)，并在振動(dòng)頻率為11Hz，升溫速率為3℃/分鐘，卡盤一卡盤(chuck-to-chuck)之間距離為5cm下進(jìn)行測(cè)試。
在彈性模量的測(cè)試過程中，以tanδ峰值處的溫度為Tg。
對(duì)15cm×1cm×4μm的樣品以10cm的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)度量距離根據(jù)JIS K-7161法測(cè)定線性膨脹系數(shù)。*評(píng)估測(cè)試*用上述連接材料樣品片，將具有作為電極的以150μm間距設(shè)置的鍍金凸緣(gold-plated bumps)的IC芯片組裝在玻璃/環(huán)氧基片線路板上，后者具有作為相對(duì)電極與凸緣電極處于對(duì)應(yīng)面對(duì)關(guān)系的印制銅圖樣。耐熱性的評(píng)估是通過下面的熱震蕩試驗(yàn)和焊料-回流試驗(yàn)對(duì)所得到的組件進(jìn)行的。使用菊花鏈(daisychain)來測(cè)定電阻。其結(jié)果列于表1中。其中OP指觀測(cè)到的接頭電阻(junctionresistance)比100Ω大。
在表1中，“Eval.A”表示的是連接組件在通過重復(fù)的熱循環(huán)進(jìn)行熱震蕩試驗(yàn)后所觀測(cè)到的電阻，其中組件在-55℃和+125℃下分別交替保留15分鐘達(dá)1000個(gè)循環(huán)?！癊val.B”表示的是連接組件在包括最高可達(dá)260℃的回流條件下通過對(duì)其加熱進(jìn)行焊料-回流試驗(yàn)后所觀測(cè)到的電阻。
從表1的結(jié)果可以看出，實(shí)施例1和2的連接組件顯示出較高的耐熱性，而比較例1～4中的連接組件發(fā)現(xiàn)存在有缺陷的電連接，對(duì)于比較例1和4而言，這可能是由于線性膨脹系數(shù)α2較高的緣故，對(duì)于比較例2而言這可能是由于(α2-α1)的值較大的緣故，而對(duì)于比較例3而言這可能是由于彈性模量較大的緣故。
表1
注釋1)百分比是基于粘合劑組分的重量。
實(shí)施例3～13和比較例5，第二連接材料*第二連接材料的制備*將作為熱固性樹脂的上述環(huán)氧樹脂A或環(huán)氧樹脂C(一種Yuka Shell-Epoxy公司的產(chǎn)品，商品名為EP828)、作為固化劑的基于咪唑的固化劑(一種AsahiCiba公司的產(chǎn)品，商品名為HX-3941HP)、作為熱塑性樹脂的苯氧基樹脂(一種Tohto Kasei Co.,Ltd.的產(chǎn)品，商品名為YP50)、作為無機(jī)填料的商用二氧化硅(一種Tatsumori公司的產(chǎn)品，商品名為SOE 2，平均顆粒尺寸為0.5μm)和涂有導(dǎo)電體的顆粒(一種Nippon Chemical Industrial Co.,Ltd的產(chǎn)品，商品名為20GNR-4.6EH，平均顆粒尺寸為5μm)與甲苯一起，以表2所給定的比例進(jìn)行混合制備連接材料膏。將所制備的膏涂覆在剝離膜上，將該涂覆層干燥得到厚度為35μm的連接材料片。在固化后連接材料的性能列于表2中。*材料的性能測(cè)試*線性收縮將從剝離膜取下的干燥的未固化連接材料的片材樣品(厚度為40μm)切割成尺寸大約為1cm×10cm大小的條并且在對(duì)條進(jìn)行熱處理前后準(zhǔn)確測(cè)定所得條的長(zhǎng)度，該熱處理是在100℃的烘箱中一小時(shí)之后在150℃下再放置一小時(shí)用以熱固化熱固性樹脂。連接材料線性收縮的百分比是用下面的公式計(jì)算的線性收縮％=[1-(L1/L0)]×100其中L0是條在熱固化前的長(zhǎng)度，L1是條在熱固化后的長(zhǎng)度。
線性膨脹系數(shù)使用一柱狀樣品，其直徑為5mm，長(zhǎng)度為15mm。將它在190℃下固化一小時(shí)，固化連接材料的線性膨脹系數(shù)是由該固化樣品與同樣大小的石英玻璃樣品在將它們從室溫加熱至200℃時(shí)兩者之間的膨脹差計(jì)算得出的。
水分吸收性一直徑為5mm，長(zhǎng)度為15mm的柱狀樣品在190℃下固化一小時(shí)，在一高溫和高相對(duì)濕度的烘箱中進(jìn)行水分的吸收，然后水分的吸收性(％)由下面的公式來計(jì)算水分吸收性(％)=[1-(W0/W1)]×100其中W0是在吸收水分前樣品的重量，W1是在吸收水分后樣品的重量。
*牢固性的評(píng)估測(cè)試*在以上述連接材料樣品片為中間體的情況下，將具有以150μm間距設(shè)置的作為電極的鍍有金的凸緣(凸緣的表面積為1000μm2，凸緣的厚度為20μm)的IC芯片組裝在作為相對(duì)電極與凸緣電極處于對(duì)應(yīng)面對(duì)關(guān)系的印制有鍍金銅圖樣的基片線路板上。于是將得到的組配在180℃，每個(gè)凸緣上的壓力為1.47N(150gf)下熱壓20秒鐘。所得到的組件通過下面的PCT和熱震蕩試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。其結(jié)果列于表2中。
在表2中，“Eval.C”表示的是在組件用最高可達(dá)240℃的溫度經(jīng)過兩次焊料-回流試驗(yàn)后，用下面所給定的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過在121℃，100％的相對(duì)濕度和2大氣壓的壓力下達(dá)300小時(shí)的PCT所評(píng)估的連接組件中的導(dǎo)電連接；“Eval.D”表示的是在組件用最高可達(dá)240℃的溫度經(jīng)過兩次焊料-回流試驗(yàn)后，用下面所給定的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)通過重復(fù)熱循環(huán)的熱震蕩試驗(yàn)對(duì)連接組件中導(dǎo)電連接的評(píng)估，其中的重復(fù)熱循環(huán)是將組件在-55℃和+125℃下分別交替保留15分鐘達(dá)1000個(gè)循環(huán)。
“Eval.E”表示的是用下面所給定的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)通過在如下條件下的PCT對(duì)在連接組件中導(dǎo)電連接的評(píng)估，這一條件是組件在30℃，70％的相對(duì)濕度下進(jìn)行168小時(shí)的水分吸收，接著用最高可達(dá)240℃的溫度重復(fù)焊料-回流試驗(yàn)兩次并在121℃，100％相對(duì)濕度和2大氣壓的壓力條件下進(jìn)行又一300小時(shí)的PCT；和“Eval.F”表示的是組件在30℃和70％相對(duì)濕度下進(jìn)行168小時(shí)的水分吸收，以及用最高可達(dá)240℃的溫度經(jīng)過兩次焊料-回流試驗(yàn)后，用下面所給定的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)通過重復(fù)熱循環(huán)的熱震蕩試驗(yàn)對(duì)連接組件中導(dǎo)電連接的評(píng)估，其中的重復(fù)熱循環(huán)是將組件在-55℃和+125℃下分別交替保留15分鐘達(dá)1000個(gè)循環(huán)。
牢固性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)○所有觀測(cè)到的電阻均低于1歐姆△最高觀測(cè)到的電阻不低于1歐姆但要小于3歐姆×最高觀測(cè)到的電阻不小于3歐姆。
從表2的結(jié)果可見，在實(shí)施例3～13中的連接材料在耐熱性和牢固性上是優(yōu)異的，而在比較例5的連接材料中由于無機(jī)填料的含量超出了本發(fā)明規(guī)定的值，所以其牢固性是很差的。
表2
注釋1)百分比是基于粘合劑組分的重量。
2)百分比是基于粘合劑組分的體積。
表2(續(xù))
注釋1)百分比是基于粘合劑組分的重量。
2)百分比是基于粘合劑組分的體積。
權(quán)利要求
1．一種用于將元件粘合和連接在一起的連接材料，其中每個(gè)元件在其上具有彼此處于彼此相對(duì)關(guān)系的電極，該連接材料包括一種含有熱固性樹脂和無機(jī)填料的粘合劑組分，所述材料在固化后具有如下的特征彈性模量在1～12Gpa的范圍內(nèi)，玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)在120℃～200℃的范圍內(nèi)，在低于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α1)為50ppm/℃或更低，和在高于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α2)為110ppm/℃或更低，其中(α2-α1)的差不超過60ppm/℃。
2．一種用于將元件粘合和連接在一起的連接材料，其中每個(gè)元件在其上具有彼此處于彼此相對(duì)關(guān)系的電極，該連接材料包括一種含有熱固性樹脂和無機(jī)填料的粘合劑組分，所述材料在固化后具有如下的特征線性收縮為0.25％或更小，和在低于已固化材料的Tg溫度下，線性膨脹系數(shù)(α1)為35ppm/℃或更低。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的連接材料，其中該材料在固化后的水分吸收性為2％或更低。
4．根據(jù)權(quán)利要求1～3之一的連接材料，其中粘合劑組分包括20～75重量％的熱固性樹脂，25～80重量％的無機(jī)填料和0～40％重量的熱塑性樹脂。
5．根據(jù)權(quán)利要求1～4之一的連接材料，其中它進(jìn)一步包括基于粘合劑組分的體積為0～30％的具有1～10μm平均顆粒尺寸的導(dǎo)電顆粒。
全文摘要
一種用于將元件粘合和連接在一起的連接材料,包括熱固性樹脂和無機(jī)填料,并且在固化后彈性模量在1～12Gpa的范圍內(nèi),玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg在120℃～200℃的范圍內(nèi),在低于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α1)為50ppm/℃或更低,在高于Tg的溫度下的線性膨脹系數(shù)(α2)為110ppm/℃或更低,其中(α2－α1)的差不超過60ppm/℃。
文檔編號(hào)C09J7/00GK1299852SQ0013189
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月17日
發(fā)明者八木秀和, 武市元秀, 筱崎潤(rùn)二 申請(qǐng)人:索尼化學(xué)株式會(huì)社