[发明专利]用于高密度互连倒装晶片的底部填充料

说明书

发明领域

本发明总体涉及用于在半导体芯片和印刷电路板或封装基板之间的底部填充料材料。

背景技术

电子工业持续数十年不断减小集成电路形体的尺寸大小。集成电路中晶体管的尺寸大小和与芯片的电连接的尺寸大小两者都被减小。晶体管大小的缩减使得能够将更多的功能性整合到单一的芯片中。更多的芯片功能性提供了现代电子设备中建立的多功能性，如可以播放音乐、播放视频、捕捉图像和使用多种无线协议通信的智能手机。

更多的功能性同样要求芯片中以及其中包含有芯片的封装中更多的电连接。半导体典型地设置在封装中，封装被出售给OEM客户，而OEM客户将该封装安装在他们的印刷电路板(PCB)上。该封装包括其上安装有芯片的基板。备选地，不带封装的芯片被直接安装在PCB上。能够利用芯片或封装全部面积的球栅阵列(BGA)在封装中提供大量电连接。然而随着集成电路大小的缩减，有这样的要求：通过使用更接近地放置在一起的更小的球缩减球栅阵列的大小。当将芯片用于便携电子设备如智能手机时，预期芯片将经受机械冲击，因为这种设备不总是被当做敏感电子设备对待并小心操作。相反，预期这种设备可能被摔落或以其他方式被损伤。机械冲击可以导致球栅阵列中焊点失效。

为提供机械增强，将底部填充料放置在芯片与其上放置有芯片的基板之间。现有的底部填充料包含环氧树脂体系，所述环氧树脂体系包含双酚F环氧树脂和多芳胺、二氧化硅填料、硅烷偶联剂和氟硅氧烷消泡剂。底部填充料填充在球栅阵列的焊球之间的空间中并且使芯片结合至其上安装芯片的基板。以满载操作的现今的高度整合的芯片可以在相对高的温度运行。底部填充料可以增强来自芯片的热传导，但是在所述过程中底部填充料被加热。当底部填充料被加热时，尤其是高于玻璃化转变温度(Tg)时，底部填充料的弹性模量下降。当Tg低时，底部填充料对BGA免受机械冲击的保护减少。

需要的是在高温(例如高于Tg)具有更高弹性模量的底部填充料材料。

发明概述

根据本发明，提供底部填充料组合物，所述底部填充料组合物包含以下组分(A)-(C)：

(A)环氧树脂，

(B)固化剂，和

(C)具有至少一个环氧基的多面体低聚硅倍半氧烷，

其中以上组分(A)、(B)和(C)的以重量计的量满足以下关系：

0.05≤(C)/((A)+(B)+(C))≤0.3。

本发明的底部填充料组合物还可以包含(D)无机填料。

本发明的某些实施方案向底部填充料基础配方中提供添加剂，其中所述添加剂提供增强的性质。在某些实施方案中，该基础配方是环氧树脂体系和无机填料。在某些实施方案中，该添加剂用来增加高于底部填充料的玻璃化转变温度时获得的弹性模量，以使底部填充料在使底部填充料高于Tg的足够高的温度操作的设备中提供增强的冲击保护。

根据某些实施方案，底部填充料包括有机粘土添加剂。有机粘土添加剂可以包括以季铵取代基取代了金属离子的粘土。有机粘土优选被3辊磨机研磨为其薄于20纳米的层离形式的小片。所述有机粘土适宜地是基于蒙脱石的。

根据某些实施方案，底部填充料包含碳纳米管添加剂。该碳纳米管添加剂任选地为以与底部填充料的其他组分起反应的反应性基团官能化的。例如纳米管的氨基芘反应性基团可以与底部填充料的环氧树脂组分的环氧化物基团反应。

根据某些实施方案，除了一个或多个上面提及的添加剂以外，底部填充料还包含多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)添加剂。POSS添加剂适宜地为以与所述底部填充料的另外的组分起反应的反应性基团官能化的。例如可以用胺基团或环氧化物基团官能化所述POSS基团，以使得它与环氧树脂体系的至少一个组分具有反应性，所述环氧树脂体系是底部填充料的一部分。当在高于Tg的温度使用时，用环氧化物基团官能化的POSS已经被证实为显示出对底部填充料模量的较大提高。

根据某些实施方案，底部填充料包含聚硅氧烷和/或树枝状硅氧烷添加剂。

根据某些实施方案，有机粘土如季铵取代的有机粘土与硅氧烷或硅倍半氧烷结合。硅氧烷或硅倍半氧烷可以用反应性基团例如环氧化物基团适宜地官能化。

根据某些实施方案，底部填充料包含氧化锌和均苯四酸二酐(PMDA)。当经受150℃的固化温度时，ZnO和PMDA经历固态配位化学反应以形成交联，所述交联形成用于增强高于Tg时底部填充料模量的互连网络。