[发明专利]具有通过混合的银填料而增强的导热率的粘合剂

说明书

发明领域

本发明一般涉及导热粘合剂。

背景

本文描述的本发明涉及用于通过粘合性的胶层将更高功率的设备粘结到具有最低耐热性的基材上的糊状粘合剂和使用方法。

一直以来，将诸如半导体芯片的有源器件附着到基材上或在电子封装中都是使用有机粘合剂或无机粘合剂来实现的。通常来说，半导体芯片被粘结到基材上，使得基材成为半导体封装的一部分。实现此粘结或附着的粘合剂通常呈湿糊状物的形式，其由(1)粘结剂或粘合剂组分，(2)填料以及(3)任选的稀释剂组成。

粘合剂的目的是在半导体设备与基材之间产生粘结。设备与基材之间的此粘合剂层通常被称为胶层。先前使用的是无机和有机粘结剂。最常用的无机粘结剂是玻璃、焊接剂或Si与Au的共熔合金。通常来说，此类型的粘结剂使用在无机封装中，诸如陶瓷或金属。由于要求高温处理，所以它们在塑料封装中粘结芯片时通常是不可接受的。例如，对填充Ag的玻璃来说，最低的附着温度是约300℃，正如美国专利第4,933,030号中描述的。然而，此处理温度对使用塑料层压封装来说过高。另一方面，这些无机粘合剂系统的导热率是高的，范围约40W/mK到65W/mK。

有机粘结剂因其处理温度低而成为用于在塑料封装中进行芯片附着的最常用类型的粘结剂。然而，现有的有机粘合剂系统的导热率被限制到约3W/mK-4W/mK，因而限制了塑料封装中可能的热耗散量。

可以将有机粘结剂进一步分成热固性和热塑性。热塑性有机粘结剂详细地描述在美国专利第5,391,604号中。热固性粘结剂，正如其名称所暗示的，由热变化范围过程中可能发生的化学反应引起的“固化”或“交联”。通常而言，热固性粘合剂包含环氧树脂、硬化剂、填料，和在许多情形中的少量的反应性溶剂。硬化剂的作用是与环氧树脂发生交联并从液态变成固态。最近以来，正如美国专利第5,480,957号中描述的，硬化剂可以是“潜伏的”，即在远高于室温之前，它们不会与树脂发生反应。在因室温交联导致粘度增大到进行分配的不可接受的水平之前，使用潜伏的硬化剂延长了室温下的适用期或使用时间。

有时候与环氧树脂结合使用在热固性粘合剂中的其他成分包括反应性稀释剂或溶剂。反应性溶剂通常是不饱和的低粘度的单体，该单体能够与环氧化物进行交联并成为硬化结构的一部分。反应性溶剂用于降低环氧树脂的粘度以允许更大载量的填料。因而，在填料通常是银的导电粘合剂的情形中，实现了较高的导电率和导热率。然而，由于反应性溶剂的分子量较低，所以只能够使用有限的量而不会牺牲耐热性和其他功能性。因而，在现有技术的有机粘合剂中，已经将导热率限制到约3W/mK-4W/mK。

在一些情形中，挥发性非反应性溶剂与环氧树脂一起使用。例如，美国专利第3,716,489号描述了一种用于在环氧树脂中溶解光致变色材料以形成透明的环氧树脂光致变色填料的挥发性溶剂。与本文描述的本发明不同，上述材料并不用作粘合剂，也不被载有粒状导电填料。

美国专利第5,011,627号和第4,564,563号进一步描述了可丝网印刷的导电糊状物，其包括用于溶解热塑性树脂和环氧树脂的挥发性非反应性溶剂。然而，这些示例被用作诸如膜键盘上的导电性痕迹，而不是粘合剂，且因而，该溶剂是易于在因交联而捕集在结构中之前被蒸发。因而，它们不能够被用作粘合剂，其中必须在发生交联之前，从芯片与基材之间的胶层中挥发掉溶剂以避免捕集溶剂和空位。

美国专利第6,265,471号与本发明共同被转让，该专利提供了一种具有比先前可利用的那些有机粘合剂的导热率高一个数量级的导热率且此外，易于在低温下被分配和处理的有机粘合剂，提供了芯片与基材之间的牢固的粘合性粘结且具有良好的存储特征。美国专利第6,265,471号公开了一种热固性糊状粘合剂，其包括按体积计：

a)约15％-75％的一部分热固性液体树脂，

b)高达约45％的溶剂，以及

c)约20％-45％的导电填料。

当固化时，由‘471专利教导的糊状物的实施方案具有小于约50μΩcm的电阻率和大于约5W/mK的导热率。

附图简述

附图起到全都根据本发明来进一步阐释不同的实施方案并解释各种原理和优势的作用，在附图中，相同的参考数字在整个分开的视图中指代相同的或功能上类似的要素，且附图连同下面的详细描述被引入到说明书中并成为说明书的一部分。

图1是使用在本发明的实施方案中的第一类型的银粉末的电子显微照片；

图2是根据本发明的实施方案与图1所示的银粉末组合使用的第二类型的银粉末的电子显微照片；