КОМПОЗИЦИЯ ТЕРМОРЕАКТИВНОЙ СМОЛЫ (ЕЕ ВАРИАНТЫ), КОНСТРУКЦИЯ КРЕПЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСТРОЙСТВА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСТРОЙСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИЦИИ ТЕРМОРЕАКТИВНОЙ СМОЛЫ Российский патент 2002 года по МПК C09K3/10 C08L63/00 C08G59/40 C08G59/68 H01L23/02 

Область техники
Изобретение относится к термореактивным композициям смол, используемым в качестве пропиточных герметиков для крепления под монтажной платой прямого чип-блока (DCA), который содержит полупроводниковый чип на носителе.

Предшествующий уровень техники
В последние годы популярность миниатюрных электронных изделий потребовала уменьшения размеров полупроводниковых устройств. В результате, размеры чип-блоков уменьшают, по существу, до таких, что и собственные размеры кристалла. Такие миниатюрные чип-блоки улучшают показатели микроэлектронного устройства, в котором оно используется, при этом с сохранением многих положительных рабочих характеристик. Это обеспечивает защиту полупроводниковых неизолированных чипов и увеличивает их надежность и ресурс.

Обычно, чип-блоки соединяют с электропроводниками на монтажной плате с помощью пайки или тому подобным способом. Однако, когда получаемая структура чип/монтажная плата находится под воздействием температурных колебаний, контакт может оказаться ненадежным из-за возникновения усталости в месте припоя, обеспечивающего соединение между монтажной платой и чип-блоком. Промышленный прогресс в последние годы обеспечил возможность нанесения синтетических смол (часто именуемых как заливочные герметики) в зоны крепления DCA [такого как соединительный чип-блок узел (CSP)/шаровая управляющая решетка (BGA)] на монтажной плате для уменьшения нагрузки, вызываемой термоциклированием. Было установлено, что проникающие герметики улучшают теплоударные характеристики и повышают устойчивость таких структур.

Конечно, композиции отверждаемых смол хорошо известны. В патенте США Kohly 4645803 раскрываются отверждаемые эпоксидные композиции смол для армирующих волокон и эпоксидные смолы вместе с отвердителем, включающим первичный амин, с или без полиаминового отверждающего компонента и отверждающий катализатор, который при отверждении в волоконную матрицу может использоваться при приготовлении композитов и полуфабрикатов материалов конструкционного назначения.

Помимо этого, в патенте США Ikeguchi 4499245 раскрываются отверждаемые композиции на основе синтетических смол, состоящие из смеси и/или продукта реакции (а) полифункционального цианатного сложного эфира, форполимера цианатного сложного эфира или софорполимера цианатного сложного эфира и амина и (b) полигидантионовой смолы - фенольно-эпоксидного отвердителя. Кроме того, полифункциональный малеинимид, форполимер малеинимида или софорполимер малеинимида и амина могут включаться в качестве компонента (с). Указывается, что эти композиции могут использоваться в качестве антикоррозионных, огнеупорных, пламягасящих покрытий; электроизоляционного лака и слоистых пластиков для фурнитуры, строительных материалов и защитных материалов.

И более конкретно, также хорошо известны термореактивные композиции из сложных эфиров циановой кислоты и эпоксидных смол. В японском патентом материале JP 62-275123, в реферате на английском языке, раскрывается композиция на основе смол для приготовления препрег материалов с армирующими волокнами, предназначенными для конструкционного применения. Сообщается, что композиции включают определенные цианатные сложные эфиры, бисмалеинимид, полиэфир сульфон (такой как нереакционноспособный термопласт, который используется в качестве компонента, повышающего ударную прочность) и бисфенол F- или А-типов эпоксидная смола. Вдобавок, указывается, что композиция необязательно отверждается с помощью отверждающего катализатора, один из которых обозначается как имидизол.

Патент США 4918157 (Gardner) относится к использованию соединений мочевины в качестве латентных ускорителей отверждения эфироцианатов и к термореактивным составам на их основе, включающим также соединения мочевины. Более конкретно, патент 4918157 заявляет термореактивную композицию, включающую эфироцианат; соединение мочевины, выбираемое из группы алкиларилмочевин, арилмочевин и их смесей; и эпоксидную смолу. Как сообщается в патенте 4918157, отверждаемые составы на основе эфироцианатов могут использоваться в качестве связующих смол и для приготовления препрега, армированных волокнами ламинатов, композитов и тому подобное.

Также известны эпоксидные отверждающие системы. В патенте США 3862260 (Sellers) раскрывается отверждающий компонент трехфункционального отвердителя (такого, как продукт реакции одного моля бисфенола А с одним молем формальдегида) и имидизол.

Эти термореактивные соединения смол предназначены для конструкционного применения в противоположность составам по настоящему изобретению, которые рассчитаны на применение в микроэлектронике. Поэтому применение эпоксидных соединений в качестве связующих при волоконном армировании в полуфабрикат, в композитные и в многослойные материалы конструкционного назначения существенно отличается от использования эпоксидных композиций в качестве пропиточного состава и герметика в микроэлектронике, как например в случае электрического соединения полупроводящих чипов с помощью пайки, и предъявляются различные требования и условия в отношении как неотвержденной смолы, так и в отношении отвержденных их продуктов реакции.

Недостатком композиций смол, используемых в настоящее время в микроэлектронике, например в качестве герметиков, является их длительное отверждение. Кроме того, весьма проблематично получение таких смол с коммерчески приемлемой жизнеспособностью при комнатной температуре или градиенте температур.

Обычно, при температурах, близких к комнатным, отверждение смол начинается при введении отвердителя или катализатора. Это вызывает увеличение вязкости, что приводит к уменьшению текучести. Хотя такое повышение вязкости может происходить всего на несколько градусов при применении жидкого отверждающего компонента или катализатора, жидкие катализаторы вызывают уменьшение задержки до точки, которая практически не согласуется с текущими производственными требованиями. И использование твердого катализатора, такого как имидизол, ограничено, поскольку его наличие часто влияет на реологические характеристики композиции и уменьшает текучесть.

Таким образом, благодаря, по крайней мере отчасти, длительности регламента отверждения и ограниченности полезного периода жизнеспособности, производственные возможности определенных микроэлектронных линий ограничены.

Несмотря на кажущуюся простоту, решение задачи увеличения скорости отверждения новых заливочных герметиков обычно неблагоприятно сказывается на их долговечности. Так, в случае, когда ныне применяемые заливочные герметики могут оказаться более реакционноспособными, их ресурс может быть дополнительно снижен, тем самым подавляя стимул к получению более реакционноспособного термореактивного соединения синтетических смол для герметизации заливкой.

Соответственно, было бы очень желательно обеспечить у композиций заливочных герметиков хорошие адгезионные свойства при течении и отверждении в течение достаточно короткого периода времени, чтобы быть коммерчески привлекательными и обладающими длительным рабочим ресурсом.

Сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает термореактивную композицию смол, которая может применяться как заливочный герметик, и эта композиция (1) быстро заполняет пустое пространство в полупроводниковом устройстве, таком как узел перевернутого чипа, который содержит полупроводниковый чип, установленный на подложке носителя, (2) обеспечивает надежное соединение полупроводника с монтажной платой путем непродолжительного термоотверждения при хорошей производительности, и (3) обладает превосходными теплоударными характеристиками (или свойствами термоцикла).

Композиция термореактивных смол по настоящему изобретению, которая используется в качестве заливочного герметика между полупроводниковым устройством и монтажной платой, с которой полупроводниковое устройство электрически соединено, включает эпоксидный компонент и латентный отверждающий компонент. Латентный отвердитель включает сложноэфирный цианатный компонент и имидизольный компонент.

При применении композиций термореактивных смол согласно изобретению полупроводниковые устройства, такие как компоновочные узлы перевернутых чипов, могут (1) компоноваться быстро и без задержки рабочего конвейера благодаря повышенной скорости отверждения и увеличенного полезного рабочего ресурса, и (2) надежно соединяться с монтажной платой благодаря короткому циклу термоотверждения композиции, в результате чего получают смонтированный узел (по крайней мере частично полученный с помощью отвержденной композиции), демонстрирующий превосходные теплоударные свойства (или свойства термического цикла).

Помимо использования в качестве герметика, композиции по настоящему изобретению также могут применяться в микроэлектронике, например при установке кристалла, и так далее, при которых желательно короткое время отверждения и повышенная жизнеспособность.

Все преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания изобретения и чертежа.

На чертеже показано поперечное сечение собранной конструкции, в которой в качестве герметика используется композиция термореактивной смолы по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения
Как отмечалось выше, композиции термореактивной смолы, используемые в качестве заполняющих герметиков между полупроводниковым устройством и монтажной платой, между которыми существует электросвязь, включают компонент эпоксидной смолы и латентный отверждающий компонент. Латентный отвердитель включает сложноэфирный цианатный компонент и имидизольный компонент.

Обычно композиция включает примерно 100 мас. ч. эпоксидного компонента и от 0 до примерно 30 мас. ч. латентного отвердителя, из которых от 0 до примерно 15 частей составляет сложноэфирный цианатный компонент и от 0 до примерно 15 частей являются имидизольным компонентом. Желательно, чтобы латентный отвердитель включал бы сложноэфирный цианатный компонент и имидизольный компонент в количествах примерно по 4 части каждого.

Эпоксидный компонент по настоящему изобретению может включать любую обычную эпоксидную смолу. Такая эпоксидная смола может содержать, по крайней мере, одну многофункциональную эпоксидную смолу, необязательно вместе с, по крайней мере, одной монофункциональной эпоксидной смолой. Обычно многофункциональную эпоксидную смолу включают в количестве в диапазоне примерно от 20 до примерно 100 частей эпоксидного компонента. В случае эпоксидной смолы бисфенол F-типа желательно, чтобы ее количество составляло примерно от 40 до 80 частей.

При применении монофункциональной эпоксидной смолы она обычно служит реакционноспособным разбавителем или модификатором плотности путем образования поперечных связей. Когда такая монофункциональная эпоксидная смола составляет часть эпоксидного компонента, содержание такой смолы составляет примерно до 20 мас.% от всего эпоксидного компонента.

Монофункциональная эпоксидная смола должна содержать эпоксидную группу с алкил группой, имеющей примерно 6-28 атомов углерода, примеры которых включают C₆-C₂₈ алкилглицидиловые простые эфиры, глицидиловые сложные эфиры С₆-С₂₈ жирных кислот и С₆-С₂₈ алкилфенол глицидиловые простые эфиры.

Такая эпоксидная смола (смолы) обычно включает, но не ограничивается ими, полиглицидиловые простые эфиры поливалентных фенолов, например пирокатехол; резорцин; гидрохинон; 4,4'-дигидроксидифенилметан; 4,4'-дигидрокси-3,3'-диметилди-фенилметан; 4,4'-дигидроксидифенилдиметилметан; 4,4'- дигидроксидифенилметилметан; 4,4'-дигидроксидифенилциклогексан; 4,4'-дигидрокси-3,3'-диметилдифенилпропан; 4,4'-дигидроксидифенилсульфон; трис(4-гидроксифенил)метан; полиглицидиловые простые эфиры продуктов хлорирования и бромирования упомянутых выше дифенолов; полиглицидиловые простые эфиры новолаков (то есть продукты реакции одноатомных или многоатомных фенолов с альдегидами, в частности с формальдегидом, в присутствии кислотных катализаторов); полиглицидиловые простые эфиры дифенолов, полученных этерификацией 2 молей простых эфиров дифенолов, полученных этерификацией 2 молей натриевой соли ароматической углеводородной кислоты с 1 молем дигалоидалкана или дигалоид диалкилового простого эфира (см. патент Великобритании 1017612, содержание которого включено путем ссылки); и полиглицидиловые простые эфиры полифенолов, полученных конденсацией фенолов и длинноцепочечных галоидированных парафинов, содержащих, по крайней мере, два атома галоида (см. патент Великобритании 1024288, содержание которого включено путем ссылки).

Другие приемлемые эпоксидные соединения включают полиэпоксидные соединения на основе ароматических аминов и эпихлоргидрина, такого как N,N'-диглицидиланилин; N, N'-диметил-N,N'-диглицидил-4,4'-диаминодифенилметан; N,N,N', N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметан; N-диглицидил-4-аминофенилглицидиловый простой эфир и N,N,N',N'-тетраглицидил-1,3-пропилен-бис-4-аминобензоат.

Примеры полифункциональной эпоксидной смолы включают бисфенол А-типа эпоксидную смолу, бисфенол F-типа эпоксидную смолу, фенол новолак-типа эпоксидную смолу и крезол новолак-типа эпоксидную смолу.

К числу эпоксидных смол, приемлемых для использования в настоящем изобретении, относятся полиглицидиловые производные фенольных смол, такие как имеющие торговые марки EPON 828, EPON 1001, EPON 1009 и EPON 1031 фирмы Шелл Кемикл Ко. ; DER 331, DER 332, DER 334 и DER 542 Доу Кемикл Ко.; и BREN-S Ниппон Кайаку, Япония. Другие приемлемые эпоксидные смолы включают полиэпоксиды, получаемые из полиолов и тому подобных соединений, и полиглицидиловые производные фенолформальдегидных новолаков, причем последние имеют торговые марки DEN 431, DEN 438 и DEN 439 Доу Кемикл Ко. Производные крезола имеют торговые марки ECN 1235, ECN 1273 и ECN 1299 Циба Гейджи Ко. SU-8 обозначает бисфенол А-типа эпоксидный новолак фирмы Интерез Инк. В изобретении также применяются полиглицидиловые аддукты аминов, аминоспиртов и поликарбоновых кислот, выпускаемые на рынок смолы которых включают GLYAMINE 135, GLYAMINE 125 Корп. F.I.С.; ARALDITE MY-720, ARALDITE 0500 и ARALDITE 0510 Циба-Гейджи Корп. и PGA-X и PGA-C Шервин-Вильямс Ко.

И конечно, также могут применяться смеси различных эпоксидных смол.

При выборе эпоксидных смол в качестве эпоксидного компонента композиций по настоящему изобретению должна учитываться их вязкость и иные характеристики.

Цианатные сложные эфиры, используемые в практике настоящего изобретения в качестве компонента латентного отверждающего компонента, могут выбираться из группы, содержащей арил соединения, имеющих, по крайней мере, одну цианатную сложноэфирную группу в каждой молекуле и обычно имеют общую формулу Ar(OCN)_m, где m означает целочисленную величину от 2 до 5 и Аr обозначает ароматическую группу. Ароматическая группа Аr должна содержать, по крайней мере, 6 атомов углерода и может быть получена из ароматических углеводородов, таких как бензол, бифенил, нафталин, антрацен, пирен, или тому подобных углеводородов. Ароматическая группа Аr также может быть получена из полициклических ароматических углеводородов, в которых, по крайней мере, два ароматических кольца связаны друг с другом через мостиковую группу. В практике настоящего изобретения могут использоваться также ароматические группы, получаемые из фенольных смол типа новолаков, то есть цианатные сложные эфиры указанных фенольных смол. Ароматическая группа также может содержать добавочные кольцасодержащие нереакционноспособные заместители.

Примеры таких цианатных сложных эфиров включают, например, 1,3-дицианатобензол; 1,4-дицианатобензол; 1,3,5-трициа-натобензол; 1,3-, 1,4-, 1,6-, 1,8-, 2,6- или 2,7-дицианато-нафталин; 1,3,6-трицианатонафталин; 4,4'-дицианато-бифенил; бис(4-цианатофенил)метан и 3,3',5,5'-тетраметил-бис(4-циана-тофенил)метан; 2,2-бис(3,5-дихлор-4-цианатофенил)пропан; 2,2-бис(3,5-дибром-4-дицианатофенил)пропан; бис(4-цианатофенил) простой эфир; бис(4-цианатофенил)сульфид; 2,2-бис(4-цианатофенил)пропан; трис(4-цианатофенил)фосфит; трис(4-цианатофенил) фосфат; бис(3-хлор-4-цианатофенил)метан; цианатированный новолак; 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)]бензол и цианатированный бисфенолом-связанный поликарбонат или другие термопластичные олигомеры.

Другие цианатные сложные эфиры включают цианаты, раскрываемые в патентах США 4477629 и 4528366, которые включены в настоящее описание путем ссылок; цианатные сложные эфиры по патенту Великобритании 1305702 и цианатные сложные эфиры по международной патентной публикации WO 85/02184, которые включены путем ссылки. Конечно, также целесообразно использовать сочетания таких цианатных сложных эфиров с имидазольным компонентом композиций по настоящему изобретению.

Особо предпочтителен цианатный сложный эфир фирмы Ciba Geigy Corp., Tarrytown, New York, торговой марки AROCY 366 (1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)]бензол).

Имидизольный компонент латентного отвердителя включает имидизолы, такие как имидизол и его производные, такие как изоимидизол, имидизол, алкилзамещенные имидизолы, такие как 2-метилимидизол, 2-этил-4-метилимидизол, 2,4-диметилимидизол, бутилимидизол, 2-гептадеценил-4-метилимидизол, 2-метилимидизол, 2-ундеценилимидизол, 1-винил-2-метилимидизол, 2-н-гептадецилимидизол, 2-ундецилимидизол, 2-гептадецилимидизол, 2-фенилимидизол, 2-этил-4-метилимидизол, 1-бензил-2-метилимидизол, 1-пропил-2-метилимидизол, 1-цианоэтил-2-метилимидизол, 1-циано-2-этил-4-метилимидизол, 1-цианоэтил-2-ундецилимидизол, 1-цианоэтил-2-фенилимидизол, 1-гуанаминоэтил-2-метилимидизол и продукты присоединения имидизолметилимидизола и продукты присоединения имидизола и тримеллитовой кислоты, 2-н-гептадецил-4-метилимидизол и тому подобные, обычно такие, в которых каждый алкильный заместитель содержит до 17 атомов углерода и желательно примерно до 6 атомов углерода; арилзамещенные имидизолы, такие как фенилимидизол, бензилимидизол, 2-метил-4,5-дифенилимидизол, 2,3,5-трифенилимидизол, 2-стирилимидизол, 1-(додецилбензил)-2-метилимидизол, 2-(2-гидрокси-4-трет-бутилфенил)-4,5-дифенилимидизол, 2-(2-метоксифенил)-4,5-дифенилимидизол, 2-(3-гидроксифенил)-4,5-дифенилимидизол, 2-(пара-диметиламинофенил)-4,5-дифенилимидизол, 2-(2-гидроксифенил)-4,5-дифенилимидизол, ди(4,5-дифенил-2-имидизол)бензол-1,4, 2-нафтил-4,5-дифенилимидизол, 1-бензил-2-метилимидизол, 2-пара-метоксистирилимидизол и тому подобные, обычно у которых каждый арил заместитель содержит вплоть до 10 атомов углерода и желательно до 8 атомов углерода.

Конечно, также могут применяться сочетания указанных имидизолов в качестве имидизольного компонента латентного отверждающего компонента составов по настоящему изобретению.

Термореактивные составы смолы по настоящему изобретению могут использоваться в виде однопакетной упаковки, в которой все компоненты смешиваются вместе, или в виде двухпакетных упаковок, в которых эпоксидный компонент и латентный отверждающий компонент хранят раздельно и смешивают вместе непосредственно перед использованием.

При использовании термореактивные составы смолы по настоящему изобретению легко проникают и затекают в пространство между монтажной платой и полупроводниковым устройством, или, по крайней мере, демонстрируют уменьшение вязкости при нагреве или при условиях применения, тем самым облегчая проникновение и растекание смолы.

Обычно, предпочтительно готовить композиции термореактивных смол по настоящему изобретению путем подбора типов и пропорций компонентов, так что продолжительность застудневания будет соответствовать определенному периоду времени (1-2 минуты) при температуре выше 150^oС. В таком случае предлагаемые композиции примерно через шесть часов существенно не увеличивают вязкость. При таком периоде желатинизации композиции относительно быстро проникают в пространство между монтажной платой и полупроводниковым устройством (например, 100-200 мкм), что позволяет заливать большее число компоновочных узлов без увеличения вязкости композиции, сопровождающейся уменьшением эффективности применения.

Необязательно состав термореактивных смол по настоящему изобретению может дополнительно содержать другие добавки, такие как противовспениватель, выравнивающие компоненты, красители, пигменты и наполнители. Более того, композиции также содержат инициаторы фотополимеризации, при условии, что такие материалы не оказывают отрицательного влияния на целевые свойства композиции.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание наполненных термореактивных композиций. Эти композиции, помимо эпоксидного компонента и латентного отверждающего компонента, включают наполняющий компонент. Наполняющий компонент уменьшает влажность и увеличивает вязкость. Подходящие наполнители включают диоксид кремния, окись алюминия, алюмонитрид с диоксидкремневым покрытием, хлопья серебра и тому подобные вещества.

Обычно может применяться примерно 0,1-300 частей наполняющего компонента, предпочтительно примерно 150-180 частей.

Ссылка на чертеж иллюстрирует собранную конструкцию (например, пакет перевернутых чипов), в которой применяется и отверждается композиция термореактивной смолы по настоящему изобретению.

Пакет перевернутых чипов 4 получают соединением полупроводникового чипа (обнаженный чип) 2 с подложкой носителя 1 (например, монтажной платой) и соответствующим заполнением пространства композицией термореактивной смолы 3. Это полупроводниковое устройство установлено в выбранном положении на подложке носителя 1, и электроды 5 и 6 электрически соединены между собой с помощью средств 7 и 8, таких как пайка. Чтобы повысить надежность, пространство между полупроводниковыми чипами 2 и подложкой 1 заполняют составом термореактивной смолы 3 и затем отверждают. Отвержденный продукт термореактивной композиции смолы полностью заполняет это пространство.

Подложки носителя могут изготавливаться из керамических материалов Al₂O₃, SiN₃ и муллита (Аl₂О₃-SiO₂); подложек или лент теплоустойчивых смол, таких как полиимиды; стеклоармированного эпоксида; ABS и фенольных субстратов, которые обычно также используются в качестве монтажных плат; и тому подобные. Может применяться любое электрическое соединение полупроводникового чипа с подложкой носителя, например с использованием высокотемпературных припоев или электрически (или анизотропически) проводящим слоем, с помощью проволоки и тому подобное. Для облегчения соединения электроды могут формироваться в виде выступов.

При обычном способе установки шаровой припой (например, в креме или форме) может наноситься печатным способом в соответствующее положение на подложке носителя и сушиться для удаления растворителя. Затем полупроводниковый чип устанавливают в соответствии со схемой на подложку носителя. Подложку затем пропускают через печь для расплавления припоя и соединения полупроводникового чипа. Более того, припой можно наносить или формировать либо на подложке носителя, либо на полупроводниковом чипе. С другой стороны, такое соединение также может быть выполнено с применением электропроводящего клея или анизотропно проводящего клея.

После электросоединения полупроводникового чипа с подложкой носителя получаемую конструкцию обычно подвергают продолжительному испытанию или подобным процедурам. После проведения испытаний полупроводниковый чип может фиксироваться с помощью композиции термореактивной смолы, как описано ниже. В этом случае при поломке полупроводниковый чип можно удалить до его фиксации на подложке носителя с помощью композиции термореактивной смолы.

Используя приемлемые подходящие средства, такие как дозатор, композицию термореактивной смолы по настоящему изобретению наносят на периферию электронносвязанного полупроводникового чипа. Композиция проникает по капиллярам в пространство между подложкой носителя и полупроводниковым чипом.

Композицию термореактивной смолы затем отверждают тепловым способом. На начальной стадии нагрева наблюдается существенное уменьшение вязкости композиции термореактивной смолы и соответственно увеличение текучести, в результате чего она более легко проникает в пространство между подложкой носителя и полупроводниковым чипом. Более того, подогревом подложки носителя достигается полное проникновение композиции термореактивной смолы в пустое пространство между подложкой носителя и полупроводниковым чипом.

Отвержденные продукты реакции композиций термореактивной смолы по настоящему изобретению обладают превосходной адгезией, термостойкостью и электрическими свойствами и приемлемыми механическими свойствами, такими как стойкость при многократных деформациях, химическая стойкость, влагостойкость и тому подобными характеристиками при целевых назначениях.

Количество композиции термореактивной смолы должно регулироваться таким образом, чтобы почти полностью заполнить пространство между подложкой носителя и полупроводниковым чипом, и, в зависимости от применения, количество будет меняться.

Предлагаемые композиции термореактивной смолы обычно отверждают нагревом до температур в диапазоне примерно от 120^oС до 180^oС в течение временного интервала примерно от 0,5 до 30 минут. Однако, обычно, после нанесения композиции на начальном периоде отверждения, равном примерно 1 минуте, происходит схватывание композиции, а полное отверждение наблюдается спустя примерно 15 минут при 150^oС. Таким образом, композиция по настоящему изобретению может использоваться при относительно умеренных температурах и условиях короткого периода отверждения, что обеспечивает достижение высокой производительности.

Настоящее изобретение более подробно иллюстрируется со ссылкой на приведенные примеры.

Примеры
В приведенных ниже примерах композиции по настоящему изобретению готовят и оценивают в сопоставлении с композициями, приготовленными без сложноэфирного цианатного компонента латентного отвердителя. Результаты представлены ниже.

Пример 1. Композиция термореактивной смолы - время остудневания 1 мин.

А. Композицию термореактивной смолы для применения в соответствии с настоящим изобретением готовили смешением в течение 10 минут при комнатной температуре в открытом сосуде компонента эпоксидной смолы, составляющего 92 част. мас. эпоксидной смолы бисфенол F-типа, и латентого отверждающего компонента, включающего 4 част. мас. 2-этил-4-метилимидизола и 4 част. мас. 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] бензол в виде цианатной сложноэфирной смолы (торговая марка AROCY 366 фирмы Ciba-Geigy).

Хотя композицию использовали при приготовлении, она сохранялась в течение периода времени вплоть до примерно 3-6 месяцев при температуре примерно -20^oС без заметного увеличения вязкости.

После приготовления композиции ее переносили в пластмассовый шприц (из неактивного пластика) объемом 10 мл и выдавливали через иглу шприца 12G в соединение между подложкой носителя и полупроводниковым чипом ранее приготовленного узла. Как таковое, композиция использовалась как герметик для соединения электропроводным припоем.

После окончания выдавливания узел помещали в печь с регулированием температуры около 150^oС. Композицию сначала отверждали в течение 1 минуты, а затем полностью в течение 15 минут при той же температуре.

Отдельно композицию помещали между парой петель и отверждали таким же путем, как узел выше. Петли извлекали из печи и позволяли им самопроизвольно принять комнатную температуру, и затем определяли прочность соединения на сдвиг. Установлено, что отвержденная композиция обладает прочностью петли на сдвиг примерно 11,5х10³ кПа (1660 psi), что приемлемо для применения в микроэлектронике, для которой разработаны композиции.

Что касается стабильности при хранении, то, как указывалось ранее, время остудневания композиции составляет 1 минуту при 150^oС. Для этой композиции установлено, что при комнатной температуре у нее не происходит никакого увеличения вязкости в течение 6 часов; после промежутка времени примерно 15 минут рост вязкости составил примерно 52%; и после 24 часов вязкость увеличилась примерно на 88%.

В. Готовили сравнительную композицию, в которую не добавляли эфироцианат. Данная композиция содержала 96,5 част. эпоксидной смолы бисфенол F-типа и 3,5 части 2-этил-4-метилимидизола. Композицию также выдерживали 1 минуту при 150^oС для определения остудневания. Прочность сдвига петли равна примерно 11,6•10³ кПа (1670 psi).

Эту композицию использовали в соответствии с описанием выше. Установлено, что при комнатной температуре в течение 6 часов вязкость увеличивается примерно на 13%; через примерно 15 часов вязкость увеличилась примерно на 153% и через 24 часа примерно на 267%.

Соответственно, очевидно, что присутствие цианатного эфирного компонента в заявляемых композициях существенно улучшает полезный рабочий ресурс композиций, благодаря медленному росту вязкости при комнатной температуре.

Пример 2. Композиция термореактивной смолы - 2 минуты остудневания
А. Готовили композицию термореактивной смолы для заливки в соответствии с настоящим изобретением смешением, при перемешивании в течение примерно 10 минут при комнатной температуре в открытом сосуде эпоксидного компонента, включающего 88 частей мас. бисфенол F-типа эпоксидной смолы, и латентного отвердителя, содержащего 8 частей мас. 2-этил-4-метилимидизола и 4 части мас. 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] бензола в качестве цианатной сложноэфирной смолы (AROCY 366).

Хотя эту композицию использовали после приготовления, ее также можно было подвергать хранению в течение примерно 3-6 месяцев при температуре примерно -20^oС без проверки на увеличение вязкости.

После получения композицию переводили в 10 мл пластмассовый шприц из неактивного пластика и выдавливали ее через 12 G иглу на соединение между подложкой носителя и полупроводниковым чипом в заранее приготовленном узле, чтобы осуществить герметизацию электрического припойного соединения.

После завершения распределения узел помещали в печь при температуре примерно 150^oС. Композиция сначала отверждалась примерно 2 минуты и затем полностью в течение 15 минут при этой температуре.

Композицию также помещали между парой петель и отверждали аналогично описанию, приведенному для узла выше, и как в Примере 1. Петли удаляли из печи и позволяли им принять комнатную температуру, а в этот момент проводили измерение прочности связи. Было найдено, что отвержденная композиция обеспечивает прочность на сдвиг примерно 11,2х10³ кПа (1620 psi), которая приемлема для использования в микроэлектронике, для которой разработана эта композиция.

Что касается стабильности при хранении, время желатинизации составляла 2 минуты при 150^oС. Исследование этой композиции при комнатной температуре показало, что после 6 часов вязкость увеличилась примерно на 3%; после выдержки в течение 15 часов вязкость возросла примерно на 10%, и после 24 часовой выдержки вязкость увеличилась примерно на 20%.

В. Готовили сравнительный состав композиции без добавления цианатного сложного эфира. Композиция содержала 97,5 частей бисфенол F-типа эпоксидной смолы и 2,5 части 2-этил-4-метилимидизола. Эта композиция также показала время желатинизации при 150^oС 2 минуты. Напряжение сдвига петли составило примерно 11•10³ кПа (1600 psi).

Композицию наносили в соответствии с описанием выше и определяли увеличение вязкости при комнатной температуре через 6 часов, которое составило примерно 16%; через примерно 15 часов - примерно 82% и через 24 часа - примерно 162%.

Очевидно, что присутствие цинатного сложного эфира в предлагаемых композициях оказывает удивительный эффект на рабочий ресурс композиции благодаря медленному увеличению вязкости при комнатной температуре.

Изобретение относится к термореактивным композициям смол, предназначенным для использования в качестве термореактивных композиций герметиков, быстро заполняющих пустоты в полупроводниковом устройстве, таком, как блок перевернутых чипов, который включает полупроводниковый чип, укрепленный на подложке носителя, обеспечивающий надежное соединение полупроводника с монтажной платой при кратком термическом отверждении. Термореактивная композиция смолы, которая используется в качестве герметика между таким полупроводниковым устройством и монтажной платой, к которой полупроводниковое устройство электрически присоединено, включает эпоксидный компонент и латентный отверждающий компонент. Латентный отвердитель включает сложноэфирный цианатный компонент и имидазольный компонент. Изобретение обеспечивает высокую скорость отверждения, длительную жизнеспособность и высокие адгезионные свойства. 6 с. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Композиция термореактивной смолы, позволяющая герметизировать пространство между полупроводниковым устройством и монтажной платой, с которой полупроводниковое устройство электрически связано, где указанная композиция содержит: (а) эпоксидный компонент в количестве около 100 вес. ч. , (b) латентный отвердитель в количестве вплоть до примерно 30 вес. ч. , содержащий: (i) цианатный сложноэфирный компонент в количестве вплоть до примерно 15 вес. ч. и (ii) имидазольный компонент в количестве вплоть до примерно 15 вес. ч. 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный эпоксидный компонент содержит, по крайней мере, один полифункциональный эпоксидный компонент. 3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что эпоксидный компонент выбирают из группы, содержащей С₆-С₂₈ алкилглицидиловые простые эфиры, С₆-С₂₈ глицидиловые сложные эфиры жирных кислот, С₆-С₂₈ алкилфенолглицидиловые эфиры, поглиглицидиловые простые эфиры пирокатехина, резорцина, гидрохинона, 4,4'-дигидроксидифенилметана, 4,4'-дигидрокси-3,3'-диметилдифенилметана, 4,4'-дигидроксидифенилдиметилметана, 4,4'- дигидроксидифенилметилметана, 4,4'-дигидроксидифенилциклогексана, 4,4'- дигидрокси-3,3'- диметилдифенилпропана, 4,4'- дигидроксидифенилсульфона, трис (4-гидроксифенил)метана, полиглицидиловые простые эфиры продуктов хлорирования и бромирования упомянутых выше дифенолов, полиглицидиловые простые эфиры новолаков, полиглицидиловые простые эфиры дифенолов, полученных этерификацией простых эфиров дифенолов, полученных этерификацией натриевой соли ароматической углеводородной кислоты с дигалоидалканом или дигалоиддиалкиловым простым эфиром, полиглицидиловые простые эфиры полифенолов, полученных конденсацией фенолов и длинноцепочечных галоидированных парафинов, содержащих, по крайней мере, два атома галоида, N, N'-диглицидиланилин, N, N'-диметил-N, N'-диглицидил-4,4'-диаминодифенилметан, N, N, N'N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметан, N-диглицидил-4-аминофенил глицидиловый простой эфир, N, N, N', N'-тетраглицидил-1,3-пропилен-бис-4-аминобензоат, бисфенол А эпоксидную смолу, бисфенол F эпоксидную смолу, фенол-новолак эпоксидную смолу и крезол-новолак эпоксидную смолу. 4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что эпоксидный компонент включает бисфенол F эпоксидную смолу и крезол-новолак эпоксидную смолу. 5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что эпоксидный компонент включает примерно 80% бисфенол F эпоксидной смолы и примерно 20% крезол-новолак эпоксидной смолы. 6. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что сложноэфирный цианатный компонент выбирают из арилсоединений, содержащих, по крайней мере, одну сложноэфирную цианатную группу в каждой молекуле. 7. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что сложноэфирный цианатный компонент имеет формулу Аr(ОСN)_m, где Аr означает ароматический радикал и m представляет целое число от 2 до 5. 8. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что сложноэфирный цианатный компонент выбирают из группы, содержащей 1,3-дицианатобензол, 1,4-дицианатобензол, 1,3,5-трицианатобензол, 1,3-, 1,4-, 1,6-, 1,8-, 2,6- или 2,7-дицианатонафталин, 1,3,6-трицианатонафталин, 4,4'-дицианатобифенил, бис(4-цианатофенил)метан и 3,3,5,5'-тетраметил-бис(4-цианатофенил)метан, 2,2-бис(3,5-дихлор-4-цианатофенил)пропан, 2,2-бис(3,5-дибром-4-дицианатофенил)пропан, бис(4-цианатофенил) простой эфир, бис(4-цианатофенил)сульфид, 2,2-бис(4-цианатофенил)пропан, трис(4-цианатофенил)фосфит, трис(4-цианатофенил)фосфат, бис(3-хлор-4-цианатофенил)метан, цианатированный новолак, 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] бензол, цианатированный поликарбонат с обрывом цепи бисфенолом или другие термопластичные олигомеры. 9. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что сложноэфирный цианатный компонент представляет собой 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] бензол. 10. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что имидазольный компонент выбирают из группы, содержащей имидазол, изоимидазол, 2-метилимидазол, 2-этил-4-метилимидазол, 2,4-диметилимидазол, бутилимидазол, 2-гептадеценил-4-метилимидазол, 2-метилимидазол, 2-ундеценилимидазол, 1-винил-2-метилимидазол, 2-н-гептадецилимидазол, 2-ундецилимидазол, 2-гептадецилимидазол, 2-фенилимидазол, 1-бензил-2-метилимидазол, 1-пропил-2-метилимидазол, 1-цианоэтил-2-метилимидазол, 1-циано-2-этил-4-метилимидазол, 1-цианоэтил-2-ундецилимидазол, 1-цианоэтил-2-фенилимидазол, 1-гуанаминоэтил-2-метилимидазол и продукты присоединения имидазол метилимидазола и продукты присоединения имидазола и тримеллитовой кислоты, 2-н-гептадецил-4-метилимидазол, фенилимидазол, бензилимидазол, 2-метил-4,5-дифенилимидазол, 2,3,5-трифенилимидазол, 2-стирилимидазол, 1-(додецилбензил)-2-метилимидазол, 2-(2-гидрокси-4-трет-бутилфенил)-4,5-дифенилимидазол, 2-(2-метоксифенил)-4,5-дифенилимидазол, 2-(3-гидроксифенил)-4,5-дифенилимидазол, 2-(парадиметиламинофенил)-4,5-дифенилимидазол, 2-(2-гидроксифенил)-4,5-дифенилимидазол, ди-(4,5-дифенил-2-имидазол)бензол-1,4, 2-нафтил-4,5-дифенилимидазол, 1-бензил-22-метилимидазол, 2-пара-метоксистирилимидазол и их смеси. 11. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что имидазольным компонентом является 2-этил-4-метилимидазол. 12. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что имеет вязкость менее примерно 50000 мПа•с при 25^oС. 13. Композиция термореактивной смолы, обеспечивающая герметизацию пространства между полупроводниковым устройством и монтажной платой, с которой полупроводниковое устройство электрически связано, причем указанная композиция содержит: (а) примерно 92 вес. ч. эпоксидного компонента, содержащего бисфенол F эпоксидную смолу, (b) примерно 8 вес. ч. латентного отвердителя, из которых 4 вес. ч. составляют (i) сложноэфирный цианатный компонент, содержащий 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] -бензол, и 4 вес. ч. составляют (ii) имидазольный компонент, содержащий 2-этил-4-метилимидазол. 14. Композиция термореактивной смолы, обеспечивающая герметизацию пространства между полупроводниковым устройством и монтажной платой, с которой полупроводниковое устройство электрически связано, причем указанная композиция содержит: (а) примерно 88 вес. ч эпоксидного компонента, содержащего бисфенол F эпоксидную смолу, и
(b) примерно 12 вес. ч. латентного отвердителя, из которых 4 вес. ч. составляют сложноэфирный цианатный компонент, содержащий 1,3-бис[4-цианатофенил-1-(метилэтилиден)] -бензол и 8 вес. ч. составляют имидазольный компонент, содержащий 2-этил-4-метилимидазол. 15. Продукты реакции композиции термореактивной смолы, полученные взаимодействием компонентов композиции по любому из пп. 1-14. 16. Конструкция крепления полупроводникового устройства, содержащая полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковый чип, укрепленный на подложке носителя, и монтажную плату, с которой указанное полупроводниковое устройство электрически связано, в которой пространство между подложкой носителя указанного полупроводникового устройства и указанной монтажной платой залито продуктом реакции композиции термореактивной смолы по п. 15. 17. Способ изготовления полупроводникового устройства, включающий стадии: электрического соединения полупроводникового устройства, содержащего полупроводниковый чип, установленный на подложке носителя, с монтажной платой; инфильтрации композиции термореактивной смолы в пространство между подложкой носителя указанного полупроводникового устройства и указанной монтажной платой с последующим отверждением композиции путем нагрева, отличающийся тем, что используют композицию по любому из пп. 1-14.