[发明专利]用于电子设备中的可烧结的银薄片粘合剂

说明书

相关申请的交互参引

本申请要求2011年2月25日提交的美国临时专利申请系列No.61/446,575的优先权，其内容在此通过援引加入的方式纳入本文。

背景技术

包含粘合剂树脂和导电填料的导电粘合剂组合物用于半导体封装装置和微电子器件的制造和装配中以将集成电路装置和它们的基材机械连接并在集成电路装置和它们的基材之间产生电导率。最常用的导电填料是银薄片。为了这个目的粘合剂树脂可以选自本领域已知的宽范围的树脂。需要树脂是因为通常使用的银薄片没有足够的粘性去将集成电路装置粘接于其基材。但是树脂的存在限制了银的高导热性和导电性。

针对不含粘合剂树脂而仅含纳米级银同时作为导电剂和粘合剂的导电粘合剂组合物已经进行了研究。虽然纳米级的银由于具有更大的表面积而能在比常规银薄片的烧结温度低的温度下烧结，但其在这样的低温下烧结时仍是多孔的。这些孔的存在能在导电组合物中产生空隙，这可能导致其中使用了该导电组合物的半导体或微电子装置发生故障。因此，纳米级的银必须在高温高压下烧结以消除孔并且达到足够的密实程度(densification)从而适合用在半导体制造中。

本发明作为常规半导体组件中焊料的替代方案在大功率装置中提供了提高的传导率，并且提供了包含常规银薄片和粘合剂树脂的典型导电粘合剂组合物的替代方案以及必须在施压下烧结的仅含有纳米级银的组合物的替代方案。

发明内容

本发明涉及这样一种导电组合物，其包含(i)振实密度(tap density)为4.6g/cc或更高的微米级或亚微米级的银薄片和(ii)溶解银表面上所存在的任何脂肪酸润滑剂或表面活性剂的溶剂。在一个实施方案中，存在(iii)少量的过氧化物。该组合物中不存在有机树脂。

具体实施方式

商业上提供的大部分的银薄片具有脂肪酸润滑剂和表面活性剂涂层以防止聚集。润滑剂和表面活性剂可能妨碍烧结，这意味着烧结需要更高的温度。本发明导电组合物中溶剂的作用是溶解或转移银薄片表面的润滑剂和表面活性剂。溶剂必须具有有效的极性平衡以除去涂层并且使得银继续分散在溶剂中直到进行分配和烧结。银薄片的制造者所使用的典型润滑剂包括硬脂酸、异硬脂酸、月桂酸、癸酸、油酸、棕榈酸或用胺(如咪唑)中和的脂肪酸。有效的溶剂是能从银薄片表面除去这些润滑剂和其它类似的润滑剂的溶剂。

在一个实施方案中，所述溶剂选自乙酸2-(2-乙氧基-乙氧基)-乙酯、丙二醇一乙醚、乙酸丁基乙氧基乙酯和碳酸1，2-亚丙酯。其它适合的溶剂包括环酮，如环辛酮、环庚酮和环己酮，以及线性或枝化的链烷。溶剂以小于组合物总重的15重量％的量存在。备选的醇类溶剂(如萜品醇和2-辛醇)对除去银表面的润滑剂是有效的，但是由于银薄片从溶液中快速沉降出来而不会得到有效的使用寿命。

因此，在一个实施方案中，本发明涉及一种导电组合物，其包含振实密度为4.6g/cc或更高的银薄片和有效溶解银薄片上任意涂层的溶剂。所述组合物中不存在粘合剂树脂。在一个实施方案中，银薄片的振实密度为4.9g/cc或更高；在另一个实施方案中，银薄片的振实密度为5.2g/cc或更高。

如果在氮气气氛下进行烧结(例如当使用铜基材时这为必要的)，则往组合物中添加液态过氧化物以引入氧，这有助于除去润滑剂和表面活性剂。优选使用液态过氧化物以控制流变性和银沉降。适合的液态过氧化物的例子选自过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化二月桂酰、过氧辛酸叔丁酯、己酸1，1，3，3-四甲基丁基过氧化-2-乙酯、二叔丁基过氧化物、2，5-二-(叔丁基过氧化)-2，5-二甲基己烷和二叔戊基过氧化物。在一个实施方案中，过氧化物以组合物总重的0.2-0.5重量％的量存在。在另一个实施方案中，过氧化物以组合物总重的0.1-1.0重量％的量存在。

在另一个实施方案中，本发明涉及这样一种导电组合物，其包含振实密度为4.6g/cc或更高的银薄片；有效溶解银薄片上任意涂层的溶剂；和液态过氧化物。所述组合物中不存在粘合剂树脂。在另一个实施方案中，银薄片的振实密度为4.9g/cc或更高；在再一个实施方案中，银薄片的振实密度为5.2g/cc或更高。在又一个实施方案中，所述振实密度高达7.4g/cc。

当用于半导体制造中时，这些组合物在烧结时具有足够的粘附力，而无需使用任何有机树脂来将经金属涂覆的模具粘合于经金属涂覆的基材。在一些实施方案中，本发明的组合物在低于250℃的温度下烧结。在其它的实施方案中，本发明的组合物在低于200℃的温度下烧结。在烧结温度下，润滑剂、表面活性剂和所有的过氧化物被烧除，仅留下经烧结的银。