TWI246129B - Underfill and mold compounds including siloxane-based aromatic diamines - Google Patents

Description

1246129 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 積體電路封裝。 【先前技術】 積體電路晶片或基片（d i e )典型地係經組裝到一封 裝組件（package )內，再熔接到一印刷電路板。一晶片 或基片可能在其一表面上具有接觸點，用來將該晶片或基 片電連接到封裝基板及相應地將一積體電路電連接到該封 裝基板。將晶片或基片的許多接觸點連接到封裝基板的接 觸點之一種方法爲在，例如控制崩潰晶片接合（C4 )法中 ，透過焊劑球接觸。 封裝基板可由複合材料構成，該材料具有不同於該晶 片或基片的熱膨脹係數（T E )之熱膨脹係數。封裝組件 溫度的變異可能造成晶片與封裝基板之間的差別膨脹。此 差別膨脹可能誘導出應力而可能使得在該晶片與封裝基板 之間的連接發生破裂（例如將一或更多焊劑突塊破裂）。 該等連接體係載送在晶片與封裝基板之間的電流，因此， 連接體的任何破裂都可能影響電路操作。 典型地，如上所述之封裝組件可能包括一位於該晶片 與該封裝基板之間的塡膠材料。該塡膠材料典型地爲一環 氧樹脂，其可改良焊劑接合的可靠性且也可提供封裝配置 機械/濕氣穩定性。一封裝組件可能具有數百個連接（如 焊劑突塊），在該晶片與封裝基板之間排列成跨越晶片表 -4 - 1246129 (2) 面的二維行列。於該晶片與封裝基板之介面典型地經由沿 著該介面的一側配以一線未固化的塡膠材料而施加一塡膠 。該塡膠隨即在諸連接之間流動。 經加置在一封裝基板的晶片或基片可用模製複合物（ mold compound )予以面塑（overmolded )以提供對抗環 境效應例如濕氣和污染物的保護作用。典型的面塑程序係 將固體或半固體模塑複合物使用壓模機安置於晶片之上。 然後將封裝組件轉移過一經加熱的模子，使該模塑複合物 流動且封包該晶片。 典型塡膠材料和模塑複合物材料都是以環氧化合物爲 基底者，亦即，環氧樹脂。該樹脂係經由將環氧化合物與 硬化劑組合而形成。塡膠和模塑複合物所用的典型硬化劑 爲以胺爲底的系統或以酚爲底的系統。模塑複合物也可包 括塡料例如陶瓷或氧化矽。 就可靠性能而言，塡膠和模塑複合物材料有4種性質 係通常認爲重要者。此等包括固化樹脂的低C T E，低模數 (m 〇 d u 1 u s )，黏著性，及高破折靭性。甲二胺作爲環氧 塡膠或模塑複合物中的硬化劑時業經發現對聚醯亞胺和基 板具有良好的黏著性。此系統的靭性係經由添加彈性體例 如經長鏈脂族矽酮官能化的環氧樹脂而提供者。雖然，例 如，長鏈脂族矽酮環氧樹脂，的添加可改良破折靭性，不 過卻觀察到樹脂的玻璃轉變溫度（Tg )會隨著破酮彈性體 的添加之增加而降低。矽酮彈性體的添加也預期會增加樹 脂的黏度，因而減低樹脂作爲塡膠組成物時在晶片下的流 1246129 (3) 動。最後，以亞甲基爲底的芳族二胺之使用必須小心地處 置，因爲此等化合物皆爲已知的致癌劑之故。 與塡膠組成物相關的一項問題爲該塡膠組成物在固化 時傾向於會傾向增加封裝組件（例如，包括晶片和封裝基 板之封裝組件）的翹曲。翹曲業經觀察到會影響封裝組件 的共面性（coplanarity )，尤其是對於球柵陣列（B G A ) 封裝組件，而導致受應力接合後回流。受應力接合可能導 致增加的焊劑接合之疲勞故障。此外，於基片尺寸增加之 下，預期會有更大的應力，特別是在基片邊緣處。目前， 所有的封裝組件都預期要符合無鉛焊接回流要求。對於要 通過無鉛回流條件的材料，高黏著性和低封裝組件應力都 是重要者。 於非中央處理單元（CPU )區內，封裝組件的堆疊高 度爲一項重要參數。工業上的一項趨勢爲製造具有更多功 能的更薄封裝組件。減低封裝組件的厚度意謂著開發出更 薄的模塑複合物/塡膠和較小的鍾曲，更佳的可靠性能。 【發明內容】 一種組成物於此經述及。於一具體實例中，該組成物 可用爲在晶片與封裝基板之間的塡膠調合物。於另一具體 實例中，該組成物可用爲在晶片與封裝基板上的塡膠調合 物。此外，也述及一種裝置於一具體實例中，該一種裝置 包括經連接到一封裝基板的晶片，於該晶片與該封裝基板 之間配置著一塡膠調合物且，於另一具體實例中，在一封 -6- 1246129 (4) 裝基板上的晶片上配置著一模塑調合物。 【實施方式】 於一具體實例中，適合用爲塡膠調合物或模塑複合物 的組成物爲一種包括環氧化合物和硬化劑之以環氧爲底之 系統。一適當的用爲硬化劑之組成物爲以矽氧烷爲底的芳 族二胺。一種適當的以矽氧烷爲底之芳族二胺具有通式1

於式1中，Rdl] R2基獨立地爲選自氫（Η )、烷基、 經取代烷基、環脂族基團、烷基醚（如，甲基醚、乙基醚 ’等）、芳基、和經取代芳基，和—0R7，其中R7係選自 脂族和芳族。R3、R4、R5、R6、118和R9等基係立地選擇氫 (H )、芳基、經取代烷基、環脂族基、烷基醚、芳基和 經取代芳基。 於上面的通式中’烷基表非環狀飽和或不飽和脂族直 鏈型或支鏈型烴。一 CH2、一 CH2CH3、- CH2CH2CH2CH3 、—ch2ch2ch2ch2ch3皆爲飽和直鏈烷基之例子。— = CHCI^爲烯烴或不飽和院基之一例子。單環月旨族 飽和烴的一例子爲環己烷。經取代烷基的一例子爲其中， 例如一氫原子爲一惰性原子所置換之。芳基可表一芳族環 ’經取代芳族環、和經稠合芳族環。苯基、羥苯基、和萘 -7- 1246129 皆爲芳基的例子° 有關塡膠調合物或模塑複合物，可以將一組成物例如 以矽氧烷底的芳族二胺與環氧化合物組合。於電路封裝程 序中，環氧化合物係有利者。環氧化合物作爲塡膠調合物 或模塑複合物的一成分之普遍性的理由包括環氧化合物的 多樣性及其可調整整體調合物或複合物之能力，對多種基 板的黏著性，低固化收縮率，良好的電性質，與許多材料 的相容性，及環氧化合物在廣多種條件下固化之能力。以 雙酚- A、雙酣- F、或萘爲底的環氧樹脂皆爲塡膠調合 物及/或模塑複合物的適當材料。 模塑複合物的一具體實例包括，但不限於，環氧系統 ’包括一環氧化合物（例如，雙酣一 A、雙酸一 F，萘） ，一以矽氧烷爲底的芳族二胺，和一塡料。適當的塡料包 括，但不限於，陶瓷例如氧化砂、氧化銘等。 代表性以砂氧院爲底的芳族二胺包括，但不限於，下 列者：

1246129 (6)

其中R3、R4、R5、和R6係獨立地選自Η、甲基、乙基、丙 基等基團；及 »9- 1246129 r5 ch3

其中R3、R4、R5、和R6爲獨立地選自H、甲基、乙基、丙 基等基團；且R和R1獨立地選自甲基、乙基、丙基等基團 〇 上述用爲硬化劑的適當以砂氧院爲底的芳族二胺可爲 商業上可取得者。例如，雙（對一胺基苯氧基）二甲基矽 烷（CAS 1 223- 1 6- 1 )可在商業上得自 Morrisuille， Pennsylsania的Gelest，Inc·。或者，適當的以矽氧烷爲底 的芳族二胺通常可按下述予以合成：

〇H + R-NH—S—NH——R 75-125蚓

經由使用以矽氧烷爲底的芳族二胺，調和物，例如塡 膠調合物或模塑複合物，預期可具有增加的撓性。增加的 撓性經認爲係衍生自構成該以矽氧烷爲底的芳族二胺之矽 一氧鍵（一 〇 - S i - 0 -）。撓性可能導致基質所具模數 之降低。應力經認爲與模數有直接相關性’因此’較低的 ^ 10- 1246129 (8) 封裝應力係所期望者。較低的封裝應力也應導致材料/封 裝組件的較佳可靠性能。再者，矽氧烷因含有撓性- 〇 -S i — 0 -鍵而已知可提供優良的破裂靭性。使用以矽氧烷 爲底的芳族二胺硬化劑之樹脂（例如，環氧樹脂），於固 化後，預期可提供較先前技藝樹脂改良的破裂_性。以矽 氧烷爲底的系統也已知具有較低的表面能量且耐濕氣者。 因此，以矽氧烷爲底的芳族二胺硬化劑之使用應可降低樹 月旨（例如，作爲塡膠調合物和模塑複合物的環氧樹脂）之 整體濕吸收。再者，矽氧烷類通常具有優良的熱穩定性。 因此，樹脂（例如作爲塡膠調合物或模塑複合物的環氧樹 脂）的熱穩定性預料可因而改良。最後，適當的以矽氧烷 爲底的芳族二胺爲，在因爲塡膠調合物或模塑複合物時， 可與無鉛焊劑條件相容者。於一具體實例中，通常的以矽 氧烷爲底的芳族二胺硬化劑，於與環氧化合物用於塡膠調 合物或模塑複合物中之時，可在低於2 0 0 °C的溫度下固化 。於另一具體實例中，適當的固化溫度係在1 5 0 °C至1 7 5 °C 之譜。 圖1顯示出包括經連接到一印刷電路板（PCB )的封 裝組件之電子組裝體的一具體實例。該電子組裝件可爲一 電子系統例如電腦（如，桌上型、膝上型、手提型、伺服 器、網際裝置，等）、無線通訊工具（如，手機、無線電 話、傳呼機）、電腦相關周邊設備（例如，螢幕、掃描器 、監視器）、娛樂裝置（如，電視機、收音機、音響、錄 影帶播放機、袖珍型光碟播放機、匣式視訊記錄器、MP 3 -11 - 1246129 (9) (Motion Picture Experts Group, Audio Layer 3 player ) )和類似者。 於圖1所示一具體實例中，電子組裝體1 00包括晶片或 基片1 1 0，於其上和其中形成許多電路器件，且連接到封 裝基板1 20。於此具體實例中，晶片1 1 0係經透過分別在晶 片1 1 0和封裝基板1 2 0上面的相應接觸墊之間的焊劑連接 1 3 0 (顯示爲焊劑球）而電連接到封裝基板1 2 0。 在晶片1 10與封裝基板120之間配置著塡膠調合物13 5 。於一具體實例中，塡膠調合物1 3 5爲一以環氧化合物爲 底的系統，包括一環氧化合物（如，以雙酣一 A、雙酣一 F、萘爲底者）和一以矽氧烷爲底的芳族二胺硬化劑例如 參照式I和伴隨內文所述的以矽氧烷爲底之芳族二胺。於 一具體實例中，係將該環氧化合物和硬化劑在一溶液中預 混合，然後沿著晶片1 1 0的側或邊緣分配使其在晶片1 1 0與 封裝基板1 2 0之間流動。於另一具體實例中，係將環氧化 合物與硬化劑在分配彼等之時才混合。有關環氧化合物與 硬化劑的個別用量，其個別適當量爲可使環氧系統組成物 聚合使得其在固化後形成固體之量。代表性地，環氧化合 物對硬化劑的量包括多達0 · 7 5至1 . 2 5莫耳比。 圖2示範呈現出一以矽氧烷爲底的芳族二胺作爲在， 例如塡膠調合物或模塑複合物中的硬化劑且顯示出該以矽 氧烷爲底的芳族二胺與一環氧化合物之組合（如，反應產 物）。於此例中，該環氧化合物爲一以酚爲底的環氧化合 物。 -12- 1246129 (10) 再參照圖1，於一具體實例中，塡膠調合物1 3 5係經分 配在晶片no與封裝基板120之間。一種技術係將塡膠調合 物1 3 5沿著晶片1 1 0的一側分配在封裝基板1 2 0之上使得塡 膠調合物1 3 5在晶片1 1 0之下流動。塡膠調合物1 3 5係以足 量分配以塡充在晶片1 1 0與封裝基板1 20之間的任何間隙包 住連接1 3 0。於塡膠調合物1 3 5的分配之後，透過，例如， 聚合程序使該調合物固化以使該塡膠調合物1 3 5硬化/固 體化。一代表性固化溫度爲用於無鉛焊劑程序的高達200 °C。於另一具體實例中，適當的固化溫度爲15(TC至175t 之譜。 於圖1所示具體實例中，電子組裝體1 00包括在晶片 1 10和封裝基板120上形成的模塑複合物140。於一具體實 例中，模塑複合物1 40爲一以環氧化合物爲底的系統，包 括一環氧化合物（如，以雙酚一 A、雙酚一 F、萘爲底者 )和一以矽氧烷爲底的芳族二胺例如參照式I與其伴隨內 文所述之矽氧烷爲底的芳族二胺。於另一具體實例中，硬 化劑係選自先前技藝硬化劑。於任一具體實例中，模塑複 合物1 4 0也可包括一塡料例如陶瓷，於一具體實例中，可 使模塑複合物1 40預形成爲一圓盤或類似構造。於此種方 式中’模塑複合物I 4 0可透過壓模機施加到晶片1 1 〇和封裝 基板1 2 0且固化以流布和包封晶片1 1 〇。取而代之者，可將 模塑複合物1 4 0以溶液或半溶液形式分配到晶片1 1 〇和封裝 基板1 2 0上且按參照塡膠調合物1 3 5所述予以固化。 圖1 顯不出連接到一印刷電路板（P C B ) 1 5 0的封裝 ► 13> 1246129 (11) 基板1 2 0。p c B爲，例如一主機板或其他電路板。封裝基 板120係透過連接件155例如無鉛焊劑連接件而連接到PC b 150。PCB 150可包括其他組件，可能透過PCB 150中所埋 置的線連接到晶片1 1 0。代表性者，圖1顯示出一單元 1 6 0，其爲，例如記憶體器件、電漿裝置或其他器件 於前面數段中，述及諸特定具體實例。不過，顯然地 ，對彼等可作出各種修飾和改變而不違離本發明申請專利 範圍的較廣旨意和範圍。因此，說明書和圖式都要視爲係 闡述性而非具限制意義者。 【圖式簡單說明】 本發明具體實例的特徵，方面和優點都可由下面的詳 細說明，後附的申請專利範圍，和附圖而變得更徹底地明 白，其中： 圖1顯示出連接到一主機板的封裝組件 圖2顯示出以矽氧烷爲底的芳族二胺和以酚爲底的 環氧化合物之一種固化機制。 【主要元件符號說明】 100電子組裝體 1 1 〇晶片 120封裝基板 ]3 0焊劑連接件 ]3 5塡膠調合物 -14- 1246129 (12) 1 4 0模塑複合物 1 5 0印刷電路板 1 5 5連接件 1 60單元 -15-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 附件2A :第93 1 1 7799號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國94年9月8日修正 1 · 一種積體電路裝置，其包括： 一第一基板，包括一第一組接觸點； 一第二基板，包括一第二組接觸點，且經透過在一部 份該第一組接觸點與一部份該第二組接觸點之間的互連而 耦ί接到該第一'基板；及 一塡膠組成物，其係配置在該第一基板與該第二基板 之間且包括一以矽氧烷爲底之芳族二胺。 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該組成物包括 一在該以矽氧烷爲底的芳族二胺與一環氧樹脂之間的反應 產物。 3 ·如申請專利範圍第2項之裝置’其中該以矽氧烷爲 底的芳族二胺具有式I

   其中1^和R2基係獨立地選自氫、烷基、經取代烷基、環脂 族基、烷基醚、芳基、經取代芳基、和—〇R7，其中幻爲 選自脂族和芳族基團， 其中R3、R4、R5、和R6基係獨立地選自氫、烷基、經 取代烷基、環脂族基、烷基醚、芳基和經取代芳基，且 其中R 8和R 9基係獨立地選自氫、院基、環脂基、院基 醚、芳基、和經取代芳基。 4 .如申請專利範圍第3項之裝置，其中R 1和R2基包括 甲基，R3、R4、R5、和R6基包括一氫，且R8和R9基包括一 氫。 5. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中Ri和R2基包括 甲基，尺3和尺5基包括氫，r4DR6基包括丙基，且Rs和R9基 包括氫。 6. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中Ri和L基包括 甲基，R3、R4、R5和R6基包括由甲基，且Rs和R9基包括氫 〇 7. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中RjD R2基包括 甲基，R3、R4、R5和R6基包括一丙基，且R8和R9基包括氫 〇 8. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中RjD R2基包括 甲基，R3、R4、R5、和R6基獨立地包括氫和（：！至C6烷基中 之一者，且Rs和R9基包括氫。 9. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中1^和R2基中之 一包括甲基且一者包括苯基，R3、R4、R5、和R6基包括氫 ，且R8和R9基包括氫。 10. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中1^和R2基中 之一包括甲基且另一基包括苯基，R3、R4、R5、和R6基獨 立地包括氫和（：！至（：6烷基部份體中之一者，且RdaR9基包 括氫。 -2-

   1 1.如申請專利範圍第3項之裝置，其中Ri和R2基中 之一者包括甲基且另一者包括一〇R7，其中R7包括一胺； R3、R4、R5和R6基獨地包括氫和〇至匚6烷基中之一，且R8 和R9基包括氫。 12.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二基板 包括一積體電路。

   1 3 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一基板 包括一電路封裝組件且該第二基板包括一印刷電路板。 1 4 · 一種電子組裝體，其包括： 一第一基板，包括一第一組接觸點； 一第二基板，包括一第二組接觸點，且經透過在一部 份該第一組接觸點與一部份該第二組接觸點之間的互連而 耦接到該第一基板； 一組成物，其係配置在該第一基板與該第二基板之間 且包括一以矽氧烷爲底的芳族二胺；及

   一電源，係經耦接到該第一基板和該第二基板中之一 者。 15·如申請專利範圍第14項之組裝體，其中該第二基 板包括一積體電路。 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項之組裝體，其中該第一基 板包括一電路封裝件且該第二基板包括一印刷電路板。 1 7 · —種塡膠或模製電子組件的方法，其包括： 將一包括一以矽氧烷爲底的芳族二胺之組成物以流動 狀態導到一包括一第一組接觸點的第一基板與一包括一第 -3- 124619Q —___ ?件？月y日修(氣)正替換頁 二組接觸點的第二基板之間，其中該第二基板係透過在一 部份該第一組接觸點與一部份該第二組接觸點之間的互連 而耦接到該第一基板；及 將該組成物固化。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該組成物的 固化包括在低於焊劑回流溫度的溫度下固化。 19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中在導入該組 成物之前，該方法包括將該以砂氧院爲底的芳族二胺與一 環氧化合物混合。 20·如申請專利範圍第17項之方法，其中該以砂氧院 爲底的芳族一^ fl女具有式I :

   R2 式I 其中R】和R2基獨立地爲選自氫、烷基、經取代院基， 芳基、經取代芳基，和—OR?，其中R?基係選自脂族和芳 族基團’ 其中R3、R4、1和Re係獨立地選自氫、烷基、經取代 烷基、芳基、和經取代芳族基團，且 其中Rs和R9基獨立地爲選自氫、脂族基團、和芳族基 團。 一 4-