DE10232991A1 - Dreischichtiger anisotroper leitender Klebstofffilm mit hohem Haftvermögen - Google Patents

Dreischichtiger anisotroper leitender Klebstofffilm mit hohem Haftvermögen

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DE10232991A1
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aca
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epoxy resin
conductive particles
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Kyung Wook Paik
Myung Jin Yim
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

Offenbart ist ein dreischichtiger ACA-Film, der zur Verstärkung der Haftfestigkeit eines üblichen einschichtigen anisotropen leitenden Films oder zur Verstärkung der Haftfestigkeit des ACA-Films bei der Flip-Chip-Verklebung gestaltet ist. Der erfindungsgemäße dreischichtige ACA-Film umfasst: einen Haupt-ACA-Film auf Epoxyharzbasis, der leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 mum und gegebenenfalls nicht leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 mum enthält; und adhäsionsverstärkende Schichten auf Epoxyharzbasis auf beiden Seiten des Haupt-ACA-Films auf Epoxyharzbasis.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Film aus anisotropem leitendem Klebstoff (anisotropic conductive adhesive, ACA) und insbesondere einen dreischichtigen ACA-Film, der zur Verstärkung der Adhäsionskraft eines üblichen einschichtigen anisotropen leitenden Films (ACF) oder zur Verstärkung der Adhäsionskraft des ACA-Films bei der Flip-Chip-Verklebung gestaltet ist.
  • Beschreibung des verwandten Fachgebiets
  • Wie auf dem Fachgebiet bekannt, ist der elektronische Einbau in feste Baugruppen (electronic packaging) eine weitreichende Technik zur Herstellung vielfältiger Systeme, die alle Verfahren von der Halbleitervorrichtung bis zum Endprodukt umfasst. Gemäß der sich schnell entwickelnden neueren Halbleitertechnologie werden mehr als Millionen von Zellen integriert, während sich Nicht-Speicher-Vorrichtungen mit einer Tendenz zu zahlreichen I/O-Pin-Nummern, großer Matrize, einer hohen Wärmeemission, hoher elektrischer Leistung usw. entwickeln. Die electronic-packaging-Technik zum Einbau der obigen Vorrichtungen hält jedoch nicht mit der schnellen Entwicklung auf dem Halbleitergebiet Schritt.
  • Electronic packaging ist eine sehr wichtige Technologie zur Bestimmung von Leistung, Größe, Preis, Zuverlässigkeit usw. des elektronischen Endprodukts. Genauer gesagt, steigt seine Bedeutung für neuere elektronische Produkte weiter, die nach hoher elektronischer Leistung, ultrakleiner Größe/ultrahoher Dichte, sehr hoher Geschwindigkeit, permanenter Zuverlässigkeit usw. streben.
  • In Übereinstimmung mit dem obigen Trend ist die Flip-Chip- Verklebungstechnologie eine der Technologien zur elektrischen Verbindung eines Chips mit einem Substrat und erlangt in der letzten Zeit Beliebtheit.
  • Die herkömmliche Flip-Chip-Verklebungstechnik verwendet jedoch ein kompliziertes Verklebungsverfahren unter Verwendung von Lötzinn und umfasst die Schritte: Aufbringen von Lötflussmittel auf ein Substrat; zur Deckung Bringen des Substrats, das Oberflächenelektroden hat, mit einem Chip, der Lötperlen aufweist; Aufschmelzen der Lötperlen; Entfernen von verbleibendem Flussmittel und Füllen und Härten der Unterfüllung. Dies macht das Verfahren in unvorteilhafter Weise kompliziert und die Endprodukte teuer.
  • Zur Vereinfachung des komplizierten Verfahrens richtet sich seit kurzem die Aufmerksamkeit auf eine packaging-Technik auf Waferbasis, bei der das Verfahren durch Beschichten eines Wafers mit einem Polymermaterial durchgeführt wird, das die Funktionen von Lötmittel und Unterfüllung übernimmt. Daneben forscht man zur Zeit aktiv nach Flip-Chip-Verklebungstechniken unter Verwendung eines leitenden Klebstoffs. Diese Techniken haben die folgenden Vorteile: Aufgrund der Verwendung eines üblichen Lötmittel-Flip-Chips sind die Kosten niedrig, es lässt sich ein ultramikroskopischer Elektrodenabstand erhalten, die Technik ist umweltfreundlich, weil sie keine Flussmittel- oder Bleikomponente einsetzt, und die Verfahren können bei niedriger Temperatur durchgeführt werden.
  • Leitender Klebstoff wird gewöhnlich in einen anisotropen leitenden Klebstoff (ACA) und einen isotropen leitenden Klebstoff eingeteilt. Er besteht grundlegend aus leitenden Teilchen, wie Ni, Au/Polymer und Ag und einem Stoff, ausgewählt aus wärmehärtendem Harz, Thermoplastharz und einem gemischten Isolierharz, d. h. einer gemischten Kombination davon.
  • Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen ACA-Film veranschaulicht. Siehe Fig. 1A: Der ACA-Film 10 basiert auf Polymerharz, in dem feine leitende Teilchen dispergiert sind, damit der Film 10 leitend wird. Der ACA-Film 10 ist an beiden Seiten mit Trennfolien 30 verbunden.
  • Fig. 1B ist eine Querschnittsansicht, die einen Flip- Chip-Verklebungszustand unter Verwendung des in Fig. 1A dargestellten ACA-Films zeigt. Zuerst wird eine Trennfolie 30 von einer Seite des ACA-Films 10 entfernt und der ACA-Film 10 wird mit seiner freiliegenden Seite auf ein Substrat 50 heißgepresst. Dann wird die andere Trennfolie 30 von der anderen Seite des ACA-Films 10 entfernt und ein IC-Chip mit Lötperlen 45 wird mit den Elektroden 55 auf dem Substrat 50 zur Deckung gebracht. Der IC-Chip 40 und das Substrat 50 werden zusammen mit dem ACA-Film 10 heißgepresst, sodass die Lötperlen 45 und die Elektroden 55 aufgrund der Umwandlung der leitenden Teilchen des ACF mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden.
  • Ist das Substrat 50 aber ein Glassubstrat, wie FR-4, mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der IC-Chip 40 ein Si- Chip mit relativ kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, verschlechtert sich unvorteilhafterweise die Zuverlässigkeit des Flip-Chip-Einbaus im Verlauf des Wärmezyklus, weil aufgrund des Unterschieds in den Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Wärmespannung auftritt.
  • Zur Lösung dieses Problems hat man eine verbesserten ACA- Film, wie in Fig. 1C dargestellt, vorgeschlagen, bei dem mindestens 30 Gew.-% nicht leitende Teilchen enthalten sind, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten verringern. Siehe Fig. 1C: Im Gegensatz zu Fig. 1A sind im ACA-Film 10 mehr nicht leitende Teilchen 60 mit einem kleineren Durchmesser als leitende Teilchen 20 enthalten, damit der Wärmeausdehnungskoeffizient des ACA-Films 10 verringert wird.
  • Die Haftfestigkeit des ACA-Films 10 wird durch das Polymerharz hervorgerufen. Wenn jedoch die leitenden und nicht leitenden Teilchen 20 und 60 in diesem Polymerharz in einer großen Menge enthalten sind, wird die wirksame Oberfläche des Polymerharzes reduziert, sodass sich die Grenzflächenadhäsion und die Grenzflächenfestigkeit und somit die Zuverlässigkeit des Flip- Chip-Einbaus verschlechtert.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Folglich wurde die vorliegende Erfindung zur Lösung der obigen Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dreischichtigen ACA-Film bereitzustellen, der sogar dann noch eine starke Haftfestigkeit bei der Flip-Chip- Verklebung aufweist, wenn nicht leitende Teilchen zu dem Zweck enthalten sind, die Adhäsionskraft eines gewöhnlichen einschichtigen ACF zu verstärken oder den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verringern.
  • Zum Erzielen der obigen Aufgabe wird ein dreischichtiger ACA-Film bereitgestellt, umfassend: einen Haupt-ACA-Film auf Epoxyharzbasis der leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm oder gegebenenfalls nicht leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm enthält und adhäsionsverstärkende Schichten auf Epoxyharzbasis auf beiden Seiten des Haupt-ACA-Film auf Epoxyharzbasis.
  • Beim erfindungsgemäßen dreischichtigen ACA-Film kann der Haupt-ACA-Film hergestellt werden durch Mischen und Trocknen von festem Epoxyharz, flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol miteinander gemischt worden sind, flüssigem Amidazol-Härter, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, der nicht leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm und 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, der leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm.
  • Beim erfindungsgemäßen dreischichtigen ACA-Film können die adhäsionsverstärkenden Schichten jeweils zudem 5-10 Gew.-% leitende Teilchen enthalten.
  • Beim erfindungsgemäßen dreischichtigen ACA-Film können die adhäsionsverstärkenden Schichten jeweils durch Mischen und Trocknen von festem Epoxyharz, flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol miteinander gemischt sind, und flüssigem Amidazol-Härter hergestellt werden.
  • Beim erfindungsgemäßen dreischichtigen ACA-Film hat der Haupt-ACA-Film vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 25-50 µm, und jede der adhäsionsverstärkenden Schichten hat eine Dicke im Bereich von 1-10 µm.
  • Die adhäsionsverstärkenden Schichten enthalten jeweils 0-10 Gew.-% Thermoplastharz.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden. Es zeigt:
  • Fig. 1A eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen ACA- Films;
  • Fig. 1B eine Querschnittsansicht, die einen Flip-Chip- Verklebungszustand unter Verwendung des in Fig. 1A gezeigten ACA-Films veranschaulicht;
  • Fig. 1C eine Querschnittsansicht eines verbesserten herkömmlichen ACA-Films;
  • Fig. 2A eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen ACA-Films; und
  • Fig. 2B eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Flip-Chip-Verklebungszustand unter Verwendung des in Fig. 2A gezeigten ACA-Films veranschaulicht.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende eingehende Beschreibung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
  • Siehe Fig. 2A: Ein erfindungsgemäßer ACA-Film 110 hat eine dreischichtige Struktur, die durch eine untere adhäsionsverstärkende Schicht 114A, einen Haupt-ACA-Film 112 und eine obere Verstärkungsschicht 114B festgelegt wird.
  • Der Haupt-ACA-Film 112 besteht aus einem Material auf Epoxyharzbasis und hat eine Struktur, bei der leitende Teilchen 120 mit einem Größenbereich von etwa 3 bis 10 µm und nicht leitende Teilchen 160 mit einem Größenbereich von 0,1 bis 1 µm fein dispergiert sind.
  • Der Haupt-ACA-Film 112 ist zwischen die untere adhäsionsverstärkende Schicht 114a und die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114b eingebracht. Die untere und die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114a und 114b bestehen jeweils aus Material auf Epoxyharzbasis und haben eine Dicke im Bereich von 1 bis 10 µm. Die untere und die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114a und 114b können jeweils zudem 5 bis 10 Gew.-% der leitenden Teilchen enthalten, damit sie leitend werden. Trennfolien 130a und 130b sind auf beide Seiten des dreischichtigen ACA-Films 110 aufgebracht.
  • Der dreischichtige ACA-Film 110 wird wie folgt hergestellt:
    Zuerst wird eine Zusammensetzung durch Mischen von festem Epoxyharz; flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 3 miteinander gemischt sind, und flüssigem Amidazol-Härter hergestellt. Die so erhaltene Zusammensetzung wird auf die untere Trennfolie 130a, die aus Polyethylen besteht, mit einem Komma-Walzenbeschichter aufgebracht. Dann wird sie B-Stufen-gehärtet, sodass die untere adhäsionsverstärkende Schicht 114a erhalten wird.
  • Dann wird durch Mischen von festem Epoxyharz; flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 3 miteinander gemischt sind; leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm; nicht leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm und flüssigem Amidazol-Härter eine weitere Zusammensetzung hergestellt. Die Zusammensetzung wird auf die untere adhäsionsverstärkende Schicht 114a aufgebracht. Die leitenden Teilchen werden so eingemischt, dass sie etwa 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, ausmachen, und die nicht leitenden Teilchen werden so eingemischt, dass sie etwa 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, ausmachen. Die aufgebrachte Zusammensetzung wird 1 bis 3 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 100°C getrocknet, bis das Lösungsmittel ausreichend verdampft ist, dass der Haupt-ACA-Film 112 in einer Dicke von 30 bis 40 µm gebildet wird.
  • Die erste Zusammensetzung wird hergestellt durch Mischen von festem Epoxyharz; flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol in einem Mischungsverhältnis von 1 zu 3 miteinander gemischt sind; leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm; nicht leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm und flüssigem Amidazol-Härter. Die Zusammensetzung wird mit dem Komma-Walzenbeschichter auf den Haupt-ACA-Film 112 aufgebracht und dann mittels Heißpressen laminiert, sodass die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114b gebildet wird. Schließlich wird eine obere Trennfolie 130b auf die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114b aufgebracht.
  • Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Flip-Chip-Verklebungszustand unter Verwendung des in Fig. 2A gezeigten dreischichtigen ACA-Films 110 zeigt, wobei die gleichen Bezugszahlen wie bei Fig. 1B zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlicher Komponenten verwendet werden. Die untere Trennfolie 130a wird entfernt. Dann wird die freiliegende adhäsionsverstärkende Schicht 114a unter einem Druck von 1 bis 3 kgf/cm2 bei 80°C gegen ein Substrat 50 heißgepresst. Dann wird die obere Trennfolie 130b entfernt. Das Substrat 50 wird dann mit einem IC-Chip 40 zur Deckung gebracht und damit heißgepresst.
  • Alternativ können die untere und die obere adhäsionsverstärkende Schicht 114a und 114b jeweils 0 bis 10 Gew.-% Thermoplastharz, wie Polyurethan und Acrylharz, enthalten. Dadurch lässt sich der IC-Chip 40 bei einer kleinen Wärmemenge leicht vom Substrat 50 trennen. Dies ist vorteilhaft, wenn der IC-Chip 40 repariert werden muss.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen dreischichtigen ACA-Film sind die nicht leitenden Teilchen zwar im ACA-Film fein verteilt, damit die Haftfestigkeit eines gewöhnlichen einschichtigen ACF verbessert oder der Wärmeausdehnungskoeffizient verringert wird, aber die Haftfestigkeit des ACA- Films wird aufgrund der adhäsionsverstärkenden Schicht auf Epoxyharzbasis verstärkt, sodass der IC-Chip stark am Substrat haftet. Zudem ist teilweise Thermoplastharz in der adhäsionsverstärkenden Schicht enthalten, sodass der IC-Chip zur Reparatur abgetrennt werden kann.
  • Die Erfindung wurde anhand ihrer bestimmten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, aber für den Fachmann ist selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen in der Form und in Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, abzuweichen.

Claims (6)

1. Dreischichtiger ACA-Film, umfassend:
einen Haupt-ACA-Film auf Epoxyharzbasis, der leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm oder gegebenenfalls nicht leitende Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm enthält; und
adhäsionsverstärkende Schichten auf Epoxyharzbasis auf beiden Seiten des Haupt-ACA-Films auf Epoxyharzbasis.
2. Dreischichtiger ACA-Film nach Anspruch 1, wobei der Haupt- ACA-Film hergestellt wird durch Mischen und Trocknen von festem Epoxyharz, flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol miteinander gemischt sind, flüssigem Amidazol-Härter, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, der nicht leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm und 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht ausgenommen das Gewicht des Lösungsmittels, der leitenden Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 10 µm.
3. Dreischichtiger ACA-Film nach Anspruch 1, wobei die adhäsionsverstärkenden Schichten jeweils zudem 5-10 Gew.-% leitende Teilchen enthalten.
4. Dreischichtiger ACA-Film nach Anspruch 1, wobei die adhäsionsverstärkenden Schichten jeweils hergestellt werden durch Mischen und Trocknen von festem Epoxyharz, flüssigem Epoxyharz, festem Phenoxyharz, Lösungsmittel, in dem Methylethylketon und Toluol miteinander gemischt sind, und flüssigem Amidazol-Härter.
5. Dreischichtiger ACA-Film nach Anspruch 1, wobei der Haupt- ACA-Film eine Dicke im Bereich von 25-50 µm aufweist und jede der adhäsionsverstärkenden Schichten eine Dicke im Bereich von 1-10 µm aufweist.
6. Dreischichtiger ACA-Film nach Anspruch 1, wobei die adhäsionsverstärkenden Schichten jeweils 0-10 Gew.-% Thermoplastharz enthalten.
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