CN101840904B - 用于芯片封装的柔性基板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种芯片封装柔性基板(COF，chip on film)材料，包括芯片底层互连柔性基板和安装在它上面的线路柔性基板，二层材料分别是含有分子界面体材料的热塑性无胶聚酰亚胺覆铜箔，和含有分子界面体材料的热固性无胶聚酰亚胺覆铜箔，通过制作线路柔性基板形成回路，连接焊点凸点，或芯片单元片邦定凸点，形成互连连接结构，降低封装各层因热膨胀系数不同而起内应力。
Description
技术领域：
本发明涉及一种芯片封装柔性基板，用于把集成电路连接到柔性印刷电路基板上，简称COF(chip on film)，即芯片直接安装在柔性线路基板上。本发明还涉及制作这种柔性基板的方法。
技术背景：
在采用柔性电路基板做芯片封装时，最具有挑战性的工作之一是降低封装基板材料应力，这种应力产生有各种原因，其中之一是在封装中所使用的基板材料的热膨胀系数(CTE)不同。一般封装器件在整个工作期都要经历不同的温度，每一次温度变化时不同材料根据封装要求加热温度不同，冷却时间长短不同，因而膨胀或收缩在封装各层也不同，由于膨胀系数不同使半导体器件产生大小不同的内应力。
在先进柔性封装中解决应力的方法是保证芯片封装尺寸，美国专利US6173489中用倒装芯片法，但会在柔性封装基板中产生“应力致偏”，熔融并凝固后焊料不均，产生高度方向严重不均匀性。另外，在PCT专利申请WO00111716中，有印刷电路板用结构孔降低应力的说明。
在上述US6173489和WO00111716中，都是在印制电路柔性基板(COF)引入结构孔，这就需要附加工序。此外，印制电路柔性基板(COF)的孔可能存在水气，焊接时可能会永久性破坏，而且中间***一层构建浮板凸点需要附加工序。
在美国专利US5250839中，使用引线架装置吸收两部分热，但不均衡吸收热应力这种方法，只适用于引线架中两种金属焊接而引起的应力在封装中热不均衡的情形，在出现过焊时就不能吸收。
在普通倒装芯片封装中采用的陶瓷基板和PCB基板，由于陶瓷材料的热膨胀系数与硅片相近，封装热应力低，配合使用填度材料，倒装芯片封装焊接可靠，但缺点是面积大、重量重、无法实现小型化弯折互连。
为了降低晶体管尺寸必须降低连接尺寸，特别是在单元芯片上的连接中。为了改进半导体器件的特性，往往使用具有低介电常数的新介电材料，但低强度多孔介电材料，在应力下容易变化，所以倒装芯片封装需要低应力的封装方法，特别是在柔性基板封装过程中产生的过多应力，都会产生堆叠破坏，影响平整度，造成封装偏差。
因此柔性基板单元芯片的封装需要降低应力，改善封装可靠性。
发明内容：
本发明目的是提供一种用于芯片封装的柔性基板(COF)材料，包括芯片底层互连柔性基板和安装在其上的线路柔性基板FPC(Flexible Printed Circuit)材料，及其制作方法，能够降低封装各层因热膨胀系数不同而引起的应力如线路柔性基板和芯片单元片。
为此，本发明提出的用于芯片封装的底层互连柔性基板包括铜箔、按压延方向直接涂敷于压延铜箔的分子界面体、和热塑性聚酰亚胺树脂；其中分子界面体包括硅偶联剂r-氨丙基三乙氧基硅烷或r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
本发明提出的用于芯片封装的底层互连柔性基板的制作方法包括如下步骤：
A、通过涂敷制成热塑性聚酰亚胺层；
B、将分子界面体涂敷在铜箔粗化面；
C、再同时定位热塑性聚酰亚胺层和铜箔，在真空热压机模具上进行自动复合。
本发明提出的用于芯片封装的线路柔性基板，包括铜箔、按压延方向直接涂敷于压延铜箔的分子界面体、和热固性聚酰亚胺树脂；其中，分子界面体包括硅偶联剂r-氨丙基三乙氧基硅烷或r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
本发明提出的用于芯片封装的线路柔性基板的制作方法包括如下步骤：
A、通过涂敷制成热固性聚酰亚胺层；
B、将分子界面体涂敷在铜箔粗化面；
C、再同时定位热固性聚酰亚胺层和铜箔，在真空热压机模具上进行自动复合；
本发明提出的用于芯片封装的柔性基板采用所述的底层互连柔性基板和线路柔性基板，通过弹性连接结构彼此连接。
本发明提出的用于芯片封装的柔性基板的制作方法采用上述方法制作底层互连柔性基板，并利用所述的方法制用线路柔性基板，并通过弹性连接结构连接。
本发明人发现，最重要的应力来源之一是封装中使用不同热膨胀系数(CTE)的材料。通过采用上述技术方案，本发明的芯片底层互连柔性基板和安装在其上的线路柔性基板FPC(Flexible Printed Circuit)材料，分别具有相近的热膨胀系数，通过热塑性物质弹性连接结构彼此连接，能够降低封装各层因热膨胀系数不同而引起的应力如线路柔性基板和芯片单元片。
具体实施方式：
本发明下述实施例中的柔性基板可以很好地消除热膨胀系数差异，降低应力，从而可以用来缩小互连尺寸，例如缩小到20μm。在这诸如周列式(peripherality)器件中具有重要的用途，因在该类器件中需要使用精细脚距达到单元芯片COF封装的互连。
本发明实施例中，芯片底层互连柔性基板采用热塑性聚酰亚胺树脂，其制作采用涂敷法，把分子界面体按压延方向直接涂敷于压延铜箔，形成无粘胶剂覆铜箔基材，再与热塑性聚酰亚胺树脂热压复合。其中，热塑性聚酰亚胺树脂基本配方按重量比如下：
本发明实施例中，线路柔性基板采用热固性聚酰亚胺树脂，其制作也采用涂敷法，把分子界面体按压延方向直接涂敷于压延铜箔，形成无粘胶剂覆铜箔基材，再与热塑性聚酰亚胺树脂热压复合。其中，热固性聚酰亚胺树脂基本配方按重量比如下：
联苯四酸二酐 100份(S是对称2个苯酐)
4，4′-对苯二胺 50份
二氨基二苯醚 50份
本发明实施例的分子界面体包括：硅偶联剂r-氨丙基三乙氧基硅烷或r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，它的涂敷厚度为
本发明实施例根据上述配方制成膜厚12μm，热膨胀系数12ppm/℃，线膨胀系数为2×10-5℃，弹性模量2.5GPa，拉伸强度120mPa，剥离强度1.4N-1.6N/mm，电路时公差值≤0.003mm，能满足芯片封装和COF封装基板。
本发明实施例热塑性聚酰亚胺树脂基板和热固性聚酰亚胺树脂基板中还可以加入克分子量(摩尔数)100的环氧树脂E-44和克分子量0.3-6的二甲基乙酰胺溶剂，30％稀释搅拌，使热塑性树脂粘度下降热固性树脂粘度略有上升，两者线膨胀系数变小，小于2×10-5℃，可将不同封装产生各层热膨胀系数进行调节，而各层热膨胀系数产生的内应力进行适当调整。本发明实施例解决了聚酰亚胺基板在芯片封装又一创新。
本发明实施例互连柔性基板和线路柔性基板通过不同单体在热塑性和热固性杂化，在聚合物结构中引入极性基材，使得内聚能提高，使凝聚结构的内聚力提高，耐热性高分子或链段粘结体系的两种分子容易互相靠近并产生吸附力。
本发明实施例的分子界面体具有良好散热性和热膨胀系数错配性，可实现无焊金属互连，非金属导体互连金凸点、异方向导膜(ACF)导电胶粘剂，都能根据热膨胀系数差值来降低芯片邦定焊接的整体应力。
本发明实施例线路柔性基板热膨胀系数12-14ppm/℃。互连布线基板是由热塑性不同的热膨胀性能材料制造，这种热塑体伸缩结构是低刚性机械连接，连接着不同热膨胀系数基板区域，热膨胀系数差被伸缩结构吸收，可承接由不同热膨胀性能的芯片单元、材料组件及中间体，既满足不同芯片封装体基板要求，还可满足***倒装芯片封装要求。
本发明实施例热塑性底层互连柔性基板和热固性线路柔性基板通过不同设计方案将互连布线和线路布线设计成S型或N型形状，图线长度比普通的长4％-5％左右，芯片单元热膨胀系数与互连柔性基板和线路柔性基板平面膨胀***就接近相等，内应力减少或消失，为芯片封装提供更高密度或多芯片封装及芯片堆叠在柔性线路板上封装提供了可能。
下面再通过以下实施例给予以详细说明。
实施例1
本发明实施例根据上述热塑性聚酰亚胺树脂的特点采用抽真空除去气泡，脱气过滤，测定粘度，进行涂敷，涂敷厚度为15-20微米，通过温度180℃的烘道5分钟时间干燥处理，制成热塑性聚酰亚胺层，再将分子界面体涂敷在铜箔粗化面，再同时定位热塑性聚酰亚胺层和铜箔，在真空热压机模具上进行自动复合，通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化，制成芯片封装柔性热塑性聚酰亚胺树脂基板材料。
本实施例热塑性聚酰亚胺树脂基本配方重量比如下：
本实施例制成的芯片封装柔性热塑性聚酰亚胺树脂其指标如下：
膜厚：12μm
热膨胀系数：12ppm/℃
线膨胀系数：2×10-5℃
弹性模量：2.5GPa
拉伸强度：120mPa
剥离强度：1.4N-1.6N/mm
电路时公差值：≤0.003mm
能满足芯片封装和COF封装基板。
实施例2
本发明实施例根据上述热固性聚酰亚胺树脂的特点采用抽真空除去气泡，脱气过滤，测定粘度，进行涂敷，涂敷厚度为15-20微米，通过温度180℃的烘道时间5分钟干燥处理，制成热固性聚酰亚胺层，再将分子界面体涂敷在铜箔粗化面，再同时定位热固性聚酰亚胺层和铜箔在真空热压机模具上进行自动复合，通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化，制成芯片封装柔性热固性聚酰亚胺树脂基板材料。
本实施例热固性聚酰亚胺树脂基本配方重量比如下：
联苯四酸二酐 100份(S是对称2个苯酐)
4，4′-对苯二胺 50份
二氨基二苯醚 50份
本实施例制成的芯片封装柔性热固性聚酰亚胺树脂其指标如下：
膜厚：12μm
热膨胀系数：12ppm/℃
线膨胀系数：2×10-5℃
弹性模量：2.5GPa
拉伸强度：120mPa
剥离强度：1.4N-1.6N/mm
电路时公差值：≤0.003mm
能满足芯片封装和COF封装基板。
比较例1
本比较例仍采用抽真空除去气泡，脱气过滤，测定粘度，进行涂敷，涂敷厚度为15-20微米，通过温度180℃烘道时间5分钟干燥处理，制成热塑性聚酰亚胺层，再将分子界面体涂敷在铜箔粗化面，再同时定位在真空压机模具上进行自动复合，通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化，制成芯片封装柔性热塑性聚酰亚胺树脂基板材料。
本比较例热塑性聚酰亚胺树脂基本配方重量比如下：
本比较例制成的芯片封装柔性热塑性聚酰亚胺树脂其指标如下：
膜厚：12μm
热膨胀系数：25ppm/℃
线膨胀系数：2×10-5℃
弹性模量：2.5GPa
拉伸强度：120mPa
剥离强度：1.4N-1.6N/mm
电路时公差值：≤0.003mm
比较例2
本比较例仍采用抽真空除去气泡，脱气过滤，测定粘度，进行涂敷，涂敷厚度为15-20微米，通过温度180℃烘道时间5分钟干燥处理，制成热固性聚酰亚胺层，再将分子界面体涂敷在铜箔粗化面，再同时定位在真空压机模具上进行自动复合，通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化，制成芯片封装柔性热固性聚酰亚胺树脂基板材料。
本比较例热固性聚酰亚胺树脂基本配方重量比如下：
联苯四酸二酐 80份(S是对称2个苯酐)
4，4′-对苯二胺 60份
二氨基二苯醚 60份
本比较例制成的芯片封装柔性热固性聚酰亚胺树脂其指标如下：
膜厚：12μm
热膨胀系数：20ppm/℃
线膨胀系数：2×10-5℃
弹性模量：2.5GPa
拉伸强度：120mPa
剥离强度：1.4N-1.6N/mm
电路时公差值：＜0.003mm
Claims (10)
1.一种用于芯片封装的底层互连柔性基板，其特征在于：包括铜箔、按压延方向直接涂敷于压延铜箔的分子界面体、和热塑性聚酰亚胺树脂；其中，分子界面体包括硅偶联剂r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
2.如权利要求1所述的用于芯片封装的底层互连柔性基板，其特征在于：所述热塑性聚酰亚胺树脂基本配方按重量比如下：
3.一种用于芯片封装的底层互连柔性基板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、通过涂敷制成热塑性聚酰亚胺层；
B、将分子界面体涂敷在铜箔粗化面；
C、再同时定位热塑性聚酰亚胺层和铜箔，在真空热压机模具上进行自动复合；
其中分子界面体包括硅偶联剂r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
4.如权利要求3所述的底层互连柔性基板的制作方法，其特征在于：在步骤C之后还包括如下步骤：D、通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化。
5.如权利要求3或4所述的底层互连柔性基板的制作方法，其特征在于：在步骤A中的涂敷厚度为15-20微米，并通过温度180℃的烘道5分钟时间干燥处理；所述热塑性聚酰亚胺树脂基本配方按重量比如下：
6.一种用于芯片封装的线路柔性基板，其特征在于：包括铜箔、按压延方向直接涂敷于压延铜箔的分子界面体、和热固性聚酰亚胺树脂；其中分子界面体包括硅偶联剂r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
7.一种用于芯片封装的线路柔性基板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、通过涂敷制成热固性聚酰亚胺层；
B、将分子界面体涂敷在铜箔粗化面；
C、再同时定位热固性聚酰亚胺层和铜箔，在真空热压机模具上进行自动复合；
其中分子界面体包括硅偶联剂r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，涂敷厚度为
8.如权利要求7所述的线路柔性基板的制作方法，其特征在于：在步骤C之后还包括如下步骤：D、通过280-300℃温度，20-30分钟时间在无氧亚胺化炉进行亚胺化。
9.一种用于芯片封装的柔性基板，其特征是：采用如权利要求1至2中任一权利要求所述的底层互连柔性基板，和如权利要求6所述的线路柔性基板，通过弹性连接结构彼此连接。
10.一种用于芯片封装的柔性基板的制作方法，其特征是：采用如权利要求3至5中任一权利要求所述的方法制作底层互连柔性基板，并利用如权利要求7至8中任一权利要求所述的方法制用线路柔性基板，并通过弹性连接结构连接。
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