[发明专利]使用纳米结构连接和粘接相邻层

说明书

技术领域

在此描述的技术涉及一种纳米结构，更具体地说，涉及使用纳米结构连接 和粘接导电材料的相邻层。

背景技术

在电子器件的生产和制造中有许多实例，要求将例如一个组件中存在的材 料层通常在特定的位置连接到例如晶圆(wafer)或者晶片(die)之类的基底上。在 这样的实例中，连接的完整性，不论是机械的、热的或者是电的，对于器件的 性能来说都是至关重要的。

这些例子包括：将倒装芯片连接或者粘接到衬底(基底，例如晶片)，在 LCD制造中所使用的微细间距覆晶薄膜(fine-pitch chip-on-flex)技术；以及 用于以微细间距建立电接触的晶圆级焊球(bump)。在所有这些应用中，目前的 技术都受到严重的限制，这部分归因于对电子器件的小型化的需求渐增。

对“倒装芯片”技术的使用正在快速增长，该技术目前用于例如移动电话、 MP3播放器、智能卡、显示器、计算机外围设备之类的设备中。但是，在复 杂性和产品成本方面，倒装芯片技术存在缺陷，这归因于需要复杂的工艺，包 括将芯片粘接和连接到晶片上。这些工艺包括焊料熔融镀覆(solder flux coating)、芯片/板的设置、焊球回流工艺(solder bump reflow process)、焊剂 清除工艺、底层填料、以及固化工艺(cure process)。

用于粘接和连接倒装芯片的技术正朝向增加更多数量的I/O触点、触点之 间的间距也越来越小的方法发展。参见例如Peter J.Opdahl的“Anisotropic Conductive Film for Flipchip Applications：An Introduction”，可在以下网址找到： www.flipchips.com/tutorial05.html，通过全文引用合并于此。

作为球焊(solder bumping)的替代方案，已经出现了异方性导电膜(ACF)， 它作为无铅、环保、无焊剂的粘接解决方案，由分散在聚合物基中的导电微粒 组成，该聚合物是例如带粘性的树脂。ACF通过将导电微粒包裹在一个导电 表面(例如，倒装芯片上的导电焊球)和另一个导电表面(例如与倒装芯片上 的导电焊球对应的基底上的导电焊盘)之间来起作用，而相邻的微粒之间彼此 绝缘。

在最近的几十年中，ACF已经被广泛用于平板显示器行业的封装技术， 从而电气和机械地将集成电路驱动器连接到显示器的玻璃基底上。最近，已经 证明ACF是其它直接芯片连接技术的流行替代方案，以满足在更小尺寸下更 精细的间距要求。对于ACF材料来说，这意味着要使导电微粒尽可能小、产 生更高的微粒密度、并确保微粒在ACF中极其平均地分布。此外，聚合物基 的流动必须被尽可能好地控制。目前，3.5μm的小尺寸微粒被用于要求苛刻 的应用中。

长久以来，已经意识到ACF受到许多限制。如果微粒过大，或者有太多 的微粒，将会在倒装芯片上的两个相邻焊球之间产生短路的危险。这意味着对 微粒之间可能最小的间距有限制，因为如果微粒彼此太靠近，短路的危险会增 加。这在例如显示器行业特别明显，其中当发生短路时会出现黑点。由于没有 办法能够准确预知微粒在聚合物基中分布的均匀度，因此短路的风险会一直存 在。避免由于微粒导致的短路的风险的影响在于，触点(I/O触点)的最大可 能数量受到限制，因此当使用ACF连接倒装芯片时，最大可能间距受到限制。

覆晶薄膜(Chip On Flex，简称COF)是相关的技术，也利用ACF，随着 对更小间距产品的要求增加(目前的产品是小于40-50μm)、以满足成本和尺 寸的要求，产生了与“倒装芯片”技术类似的问题(特别是LCD行业)。采用 目前的粘接工艺，在精细间距的COF封装中存在两个主要问题：引线断裂(lead breakage)和失配(misalignment)。

由于组装过程中在任何情况和任何位置都可能发生引线断裂，视觉检查几 乎是不可能的。当两个导电表面之间缺少被包裹的导电微粒时，可能发生引线 断裂；被包裹的微粒数少于一个，极可能产生电连接开路，这将会导致电气故 障。为了避免这个问题，必须增加微粒密度，这通过减少微粒的直径来实现。 如果COF的脚距是40μm，可使用微粒直径小于3μm的异向性导电粘接剂 (ACA)，以获得几率为99.5％的良好电连接(至少一个被包裹的微粒)。