[发明专利]导热性底层填料配制物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2008年7月18日提交的、名为“THERMALLY CONDUCTIVE UNDERFILL FORMULATIONS”的美国临时专利申请No.60/950,443的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及集成电路以及相关部件的封装。更具体而言，本发明涉及导热性底层填料(underfill)组合物，所述组合物特别适合用于要求通过底层填料层进行散热的倒装芯片以及其他设计。

背景技术

由于倒装芯片和晶片级封装具有设计方面的优势，因此它们为集成电路封装工业中发展最为迅速的两部分。它们均对底层填充的包封材料提出了许多新要求，具体而言是对底层填充工艺方面的要求、对底层填料的性能以及封装器件的可靠性方面的要求。同时，向无铅焊剂的转换、以及对在常规底层填料中使用的酸酐的顾虑，进一步要求材料供应商研制可供选择的无酸酐型化学品以用于无铅部件的封装。酸酐在欧洲已被禁止使用，并且在其他管辖区域内的管理也越来越严格。

现有技术的尝试包括使用导热但不导电的填充剂，例如各种级别的氧化锌、氮化硼、氮化铝以及较大尺寸的氧化铝，但是这些填充剂均未使粒径、非沉降性填充剂、导热性和流动性(粘度)良好地组合在一起，而这些都是合格的底层填料所必需的。所有这些导热性填充剂常在工业上用于制备其他类型的导热性产品，如灌封化合物、或导热性油脂和粘合剂。然而，这些产品不具有导热性底层填料应用所需的特征，如填充剂尺寸、尺寸分布、形状、形貌、无磨损性、抗沉降性、表面特性、以及与配制物中的树脂体系之间的相互作用。本发明涉及人们所认识到的这些需求。

发明概述

本发明的实施方案解决了在开发底层填料技术中的封装几何学(更小间隙和更紧密区域的阵列互连)和性能要求(流动更快、更好的可靠性性能和导热性)方面的关键问题。这些对底层填料性能的新要求需要聚合材料具有改善的化学性质，并且要求填充剂具有特别选取的尺寸分布和形貌。具体而言，本发明的组合物涉及这样的底层填料，该底层填料具有低的粘度、小粒径的填充剂、快的流动性、以及高的可靠性。在本发明的优选实施方案中，该组合物基本上不含酸酐。在针对裸片(die)与基板之间具有小的焊点高度(stand-off height)(即，小于25微米)的这种或小或大的裸片的包封而进行的底层填料设计过程中，这些性能是必需的。

本发明实施方案的一个优点包括：底层填料配制物中含有细小(尺寸可小于1微米)的球形氧化铝，其提供所需的导热性和快速流入间隙小的倒装芯片器件中的低粘度。

本发明实施方案的另外的优点在于：提供一种经填充的可固化的材料，其中在施加该材料但该材料尚未完全固化之前，该材料中的填充剂具有抗沉降性。出乎意料的是，本发明的材料能够抵抗填充剂的沉降，并使得最终配制物可以具有延长的开放时间(open time)和可加工性。另外，小于25微米的填充剂颗粒的抗沉降性使得最终配制物中任何较大的填充剂颗粒不会发生沉降。

本发明实施方案的另一个优点在于：提供在产品中获得小的颗粒尺寸所需的加工方法，而且能够确保获得低粘度、一致性以及流入小间隙中的能力。

本发明实施方案的另外的优点在于：提供光滑的填充剂颗粒，其减轻或消除了对分配装置造成的磨损。

与现有工艺相比，本发明的各种实施方案的配制物提供了若干优点，包括：填充剂尺寸、尺寸分布、形状、形貌、表面特性、以及与配制物中的可固化的树脂体系之间的相互作用。在本发明的优选实施方案中，所需的关键性能为：热导率较高，在用户生产线的应用温度(90℃)下粘度低，并且小尺寸的填充剂颗粒允许配制物流入倒装芯片与基板间的小间隙中，其中该间隙尺寸小于25微米。

在本发明的第一方面，本发明提供一种导热性组合物，其包含可固化的树脂以及平均直径小于25微米的填充剂颗粒，并且该填充剂颗粒的量足以提供高于0.5W/mK的热导率、以及在使用20mm的平行板以30l/s的剪切速率测量时在90℃下低于0.600Pa.s的粘度。

在本发明的一个实施方案中，填充剂颗粒优选包含氧化铝，更优选包含基本上为球形的氧化铝颗粒，甚至更优选的是填充剂包含具有光滑表面的颗粒。

在本发明的又一个实施方案中，填充剂颗粒的平均尺寸小于5微米，更优选的是填充剂颗粒的平均尺寸小于或等于1微米。在本发明的另一个实施方案中，填充剂的颗粒尺寸为：D₅₀为0.2微米至1.5微米，并且D₁₀₀为5微米至15微米。