CN104559891B - 一种非导电胶和金‑金快速互联方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种非导电胶，包括按重量计的如下组分：基于双酚A的环氧树脂80‑120份，甲基六氢邻苯二甲酸酐80‑100份，二甲基苄胺0.1‑1份和Al2O3纳米颗粒1‑5份。提出一种金‑金快速互联方法，包括将所述非导电胶用于待连接的芯片凸点和基板焊盘的结合。提出通过热超声技术实现金‑金互联。该非导电胶有利于芯片凸点和基板焊盘的结合。利用热超声技术可实现金‑金互联的效率并提高连接的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路技术领域，涉及一种非导电胶和金-金快速互联方法。
背景技术
在液晶显示***中，各向异性导电膜技术(ACF)在玻璃板或挠性板上芯片封装中运用十分广泛，各向异性导电膜材料是将细微的金属粒子或外表镀有金属的塑料小球分散在树脂材料中，当把各向异性导电膜贴合于IC的凸块与基板线路之间后，利用适当的压力、温度和时间使树脂开始流动而导电粒子则与凸块和基板线路接触而达到电气导通的作用，与此同时，又由于选用适当的导电粒子粒径及添加量，使其在凸块与凸块之间彼此无法接触从而达到各向异性导通的特性。
随着驱动芯片的凸点数增加，且芯片凸点节距减小，这对ACF技术提出了严峻挑战，对于凸点间距小于15μm的芯片，ACF工艺会产生较为严重的短路现象。金-金共金(合金)技术可以用来解决窄节距芯片带来的ACF搭桥问题，且在设备上与ACF技术有很好的兼容性。在芯片封装过程中，非导电胶的热导率、固化速度、热机械匹配性等都会影响电子封装的可靠性，提高其热导率，加快固化速度，降低热膨胀系数和介电常数，严格控制热超声参数成为封装过程中的关键技术目标。现有的非导电胶，固化剂通常为咪唑衍生物固化剂，其固化速度慢且耐热性能较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种新的非导电胶以及使用该非导电胶的金-金快速互联方法。
一种非导电胶，包括按重量计的如下组分：
基于双酚A的环氧树脂80-120份，甲基六氢邻苯二甲酸酐80-100份，二甲基苄胺0.1-1份和Al2O3纳米颗粒1-5份。
优选地，包括按重量计的如下组分：
基于双酚A的环氧树脂100份，甲基六氢邻苯二甲酸酐90份，二甲基苄胺0.5份和Al2O3纳米颗粒3份。
优选地，Al2O3纳米颗粒平均直径约为100nm。
一种金-金快速互联方法，包括将所述非导电胶使用于待连接的芯片凸点和基板焊盘的结合。将该非导电胶用于芯片凸点和基板焊盘的结合，两者之间结合非常紧密，没有填充物或孔隙产生。
优选地，利用热超声技术实现金-金互联，其中，加热基板并驱动芯片凸点和基板焊盘键合，当键合力达到预定压力时，在与基板平行方向上对芯片施加超声波能量，使芯片凸点与基板结合面发生摩擦，除去芯片凸点表面的氧化物和污染层，同时温度上升，芯片凸点发生变形，芯片凸点与基板焊盘的原子相互渗透达到相互联接。
优选地，超声波时间为0.1-0.5s，更优选为0.2s。
优选地，键合力为0.1-0.5kg，更优选为0.4kg。
优选地，超声波功率为10-30mW，更优选为22mW。
优选地，基板温度为100-200℃，更优选为160℃。
更优选地，超声波时间分别为0.2s，键合力为0.4kg，超声波功率为22mW，基板温度为160℃。
本发明的金-金键合互联方法，使用本发明提供的非导电胶，有利于芯片凸点和基板焊盘的结合，进一步地，利用热超声技术可实现金-金快速互联，键合时间在1s内，有效缩短了键合时间，降低了键合过程所引起的失效问题，使产品通过125℃、1000小时稳定性测试后剪切强度均能达到250g以上，产品的可靠性得到提高。
附图说明
图1a至图1e是本发明实施例的热超声键合过程示意图；
图2a是采用本发明实施例的非导电胶时的金-金结合处的断面示意图；
图2b是采用传统非导电胶时的金-金结合处的断面示意图。
具体实施方式
一种用于金-金键合互联的非导电胶，包括按重量计的如下组分：基于双酚A的环氧树脂80-120份，甲基六氢邻苯二甲酸酐80-100份，二甲基苄胺0.1-1份和Al2O3纳米颗粒1-5份。在一些实施例中，基于双酚A的环氧树脂可以是80份、85份、90份、95份、100份、110份、120份，甲基六氢邻苯二甲酸酐可以是80份、85份、90份、92份、95份、100份，二甲基苄胺可以是0.1份、0.4份、0.5份、0.6份、0.8份、1份，Al2O3纳米颗粒可以是1份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、5份。特别优选地，非导电胶包括基于双酚A的环氧树脂100份，甲基六氢邻苯二甲酸酐90份，二甲基苄胺0.5份和Al2O3纳米颗粒3份。优选地，Al2O3纳米颗粒平均直径约为100nm。
在一些实施例中，金-金快速互联方法将上述的任一种非导电胶用于芯片与基板的结合。
参见图1a至图1e，在一种具体实施例中，以热超声技术实现金-金快速互联的方法包括以下步骤：
(1)芯片的拾取：开始键合工作前，芯片4与基板5放置在指定工作台，待获取芯片位置后，根据基板摆放位置，对芯片位置进行调整，实现对准，驱动真空吸附***，吸嘴6位置下降，利用真空吸力7将芯片吸附，完成芯片拾取。同时启动基板加热***，将基板加热到150℃左右。
(2)芯片与基板的对准：完成芯片吸附后，驱动平动台移动一固定位差完成芯片与基板的物理对准，启动视觉***从芯片下方仰视被吸附的芯片，获取芯片的实际位置，根据吸嘴吸附芯片的实际偏移和转角，再次调整基板位置，实现芯片凸点1与基板焊盘2的对准。
(3)施加键合力：芯片与基板对准后，芯片在基板正上方，保持真空吸力，吸嘴缓慢下降，直至芯片凸点1和基板焊盘2为一微小距离时，驱动键合压力控制***，对芯片缓慢施加键合压力8，保持芯片表面与基板平行，键合力与基板方向垂直。
(4)施加超声波：在键合力达到预定压力时，凸点1与基板接触并在一定程度上被压扁和变形，启动超声波发生器，换能器通过吸嘴在与基板平行方向上对芯片施加超声波能量9，使凸点与基板结合面发生摩擦，除去凸点表面的氧化物和污染层。同时温度剧烈上升，凸点发生变形，凸点与基板焊盘的原子相互渗透达到相互联接的效果。
(5)键合头复位：键合工作完成后，释放吸嘴真空吸力，芯片与吸嘴分离，提升吸嘴，完成一个键合周期。
所使用的芯片的大小例如为1.4(L)×1.1(W)×0.125(H)mm，金凸点数为8，凸点大小为D＝0.105mm；H1＝40μm；H2＝25.4μm。
实施例1
键合力为0.4kg；超声波功率为22mW；基板温度为160℃；超声波时间分别为0.1s，0.2s，0.3s，0.4s，0.5s。剪切强度和平衡高度如表1所示：
表1
| 超声波时间(s) | 剪切强度(g) | 平衡高度(μm) |
| 0.1 | 125 | 26.43 |
| 0.2 | 275 | 23.42 |
| 0.3 | 267 | 2.344 |
| 0.4 | 272 | 23.35 |
| 0.5 | 270 | 23.28 |
过短的超声波时间(0.1s)形成的Au-Au键合剪切强度很低，平衡高度也较高，这是由于超声波时间过短，键合材料还没达到软化。
实施例2
超声波时间为0.2s，功率为22mW，基板温度为160℃，键合力分别为0.1kg，0.2kg，0.3kg，0.4kg，0.5kg。剪切强度和平衡高度如表2所示
表2
| 键合力(kg) | 剪切强度(g) | 平衡高度(μm) |
| 0.1 | 75 | 32.84 |
| 0.2 | 200 | 27.46 |
| 0.3 | 250 | 22.75 |
| 0.4 | 340 | 19.45 |
| 0.5 | 325 | 17.96 |
过大的键合力(0.5kg)形成的Au-Au键合剪切强度有所降低，这可能是由于过大的键合力造成了器件的损坏。
实施例3
超声波时间为0.2s，键合力0.4kg，基板温度为160℃，超声波功率分别为10mW，14mW，18mW，22mW，26mW。剪切强度和平衡高度如表3所示
表3
| 超声波功率(mW) | 剪切强度(g) | 平衡高度(μm) |
| 10 | 80 | 30.53 |
| 14 | 175 | 28.14 |
| 18 | 240 | 25.39 |
| 22 | 280 | 24.48 |
| 26 | 220 | 23.25 |
过小的超声波功率(10mW)形成的Au-Au键合剪切强度很低，平衡高度也较高，这是由于超声波功率过小，键合材料还没达到软化。超声波功率过高(26mW)，剪切强度降低，这是由于超声波功率增大时，键合材料尖端振动振幅也变大，使材料发生开裂。
实施例4
超声波时间为0.2s，功率为22mW，键合力为0.4kg，基板温度分别为120℃，140℃，160℃，180℃，200℃。剪切强度和平衡高度如表4所示
表4
| 基板温度(℃) | 剪切强度(g) | 平衡高度(μm) |
| 120 | 120 | 25.99 |
| 140 | 260 | 23.75 |
| 160 | 275 | 22.10 |
| 180 | 270 | 21.84 |
| 200 | 210 | 21.18 |
基板温度越高，金凸点塑性变形能力越好，但温度过高(200℃)，剪切强度也会降低。
金-金互联完成后，按照GJB548B-2005Z中的方法进行稳定性测试，测试内容包括高温高湿(85℃和85％湿度)测试1000小时，温度循环(-40～125℃)测试1000小时，低温(-40℃)测试1000小时，热冲击(125℃)测试1000小时。测试完成后发现，金-金互联仍然保持较好的稳定性。
对比例
超声波时间为0.2s，功率为22mW，键合力为0.4kg，基板温度为180℃，只是所用非导电胶3不同，图2a中为本发明的非导电胶，图2b中为传统的非导电胶。
可以明显看出，用本发明的非导电胶时，金凸点与垫块之间结合非常紧密，没有填充物或孔隙产生；使用旧的非导电胶时，金凸点与垫块之间有填充物，结合不是很好，可能会引起封装失效。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种金-金快速互联方法，其特征在于，包括将非导电胶用于待连接的芯片凸点和基板焊盘的结合，所述非导电胶包括按重量计的如下组分：基于双酚A的环氧树脂80-120份，甲基六氢邻苯二甲酸酐80-100份，二甲基苄胺0.1-1份和Al2O3纳米颗粒1-5份；其中通过热超声技术实现芯片凸点和基板焊盘的金-金互联，其中，加热基板并驱动芯片凸点和基板焊盘键合，当键合力达到预定压力时，在与基板平行方向上对芯片施加超声波能量，使芯片凸点与基板结合面发生摩擦，除去芯片凸点表面的氧化物和污染层，同时温度上升，芯片凸点发生变形，芯片凸点与基板焊盘的原子相互渗透达到相互联接。
2.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，超声波时间为0.1-0.5s。
3.根据权利要求2所述的金-金快速互联方法，其特征在于，超声波时间为0.2s。
4.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，键合力为0.1-0.5kg。
5.根据权利要求4所述的金-金快速互联方法，其特征在于，键合力为0.4kg。
6.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，超声波功率为10-30mW。
7.根据权利要求6所述的金-金快速互联方法，其特征在于，超声波功率为22mW。
8.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，基板温度为100-200℃。
9.根据权利要求8所述的金-金快速互联方法，其特征在于，基板温度为160℃。
10.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，超声波时间为0.2s，键合力为0.4kg，超声波功率为22mW，基板温度为160℃。
11.根据权利要求1所述的金-金快速互联方法，其特征在于，所述非导电胶包括按重量计的如下组分：
基于双酚A的环氧树脂100份，甲基六氢邻苯二甲酸酐90份，二甲基苄胺0.5份和Al2O3纳米颗粒3份。
12.根据权利要求1或11所述的金-金快速互联方法，其特征在于，Al2O3纳米颗粒平均直径为100nm。
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| PB01 | Publication | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |