MXPA06002522A - Sistema de resina modificada con solvente que contiene un llenador que tiene alta tg, transparencia y buena confiabilidad en aplicaciones de bajo llenado de nivel de microplaqueta. - Google Patents
Sistema de resina modificada con solvente que contiene un llenador que tiene alta tg, transparencia y buena confiabilidad en aplicaciones de bajo llenado de nivel de microplaqueta.Info
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Abstract
Un material de bajo llenado de resina modificado con solvente que comprende una resina en combinacion con un llenador de silice coloidal funcionalizada y un solvente para formar una composicion de resina de etapa B transparente, que despues puede ser curada para formar una resina termoendurecible con un bajo CTE, y alta Tg. Las modalidades de la descripcion incluyen el uso como un llenador de nivel de microplaqueta, y un encapsulante para circuitos electronicos.
Description
SISTEMA DE RESINA MODIFICADA CON SOLVENTE QUE CONTIENE UN RELLENO QUE TIENE ALTA Tg, TRANSPARENCIA Y BUENA CONFI ABILIDAD EN APLICACIONES DE SUBLLENADO DE NIVEL DE
CHAPA
ANTECEDENTES DE LA INVENCION La presente descripción se refiere a un material de subllenado transparente que incluye una resina termofijada rellena con sílice coloidal funcionalizado y al menos un solvente, de manera que la composición curada final tiene un coeficiente de expansión térmica bajo y una alta temperatura de transición de vidrio. La demanda por dispositivos electrónicos más pequeños y más sofisticados continua impulsando la industria electrónica hacia paquetes de circuitos integrados mejorados que sean capaces de soportar mayor densidad de entrada/salida así como tener desempeño intensificado en áreas de dado más pequeñas. Aunque la tecnología de flip chip ha sido desarrollada para responder a estos requerimientos demandantes, un punto débil de la construcción de chip de flip es la significativa tensión mecánica experimentada por protuberancia de soldadura durante los ciclos térmicos debido a la desigualdad de coeficiente de expansión térmica (CTE) entre dado de silicio y substrato. Esta desigualdad, a su vez, provoca fallas mecánicas y eléctricas de los dispositivos electrónicos. Acutalmente, el subllenado capilar es usado para llenar aberturas entre el chip de silicio y el substrato y mejorar la vida de fatiga de las protuberancias de soldadura; sin embargo, los procesos de fabricación basados en subllenado capilar introducen pasos adicionales en el proceso de montaje de chip que reducen la productividad. De manera ideal, las resinas de subllenado serían aplicadas en la etapa de chapa para eliminar las ineficiencias de fabricación asociadas con subllenado capilar. Sin embargo, el uso de resinas conteniendo rellenos de sílice fusionados convencionales para bajo CTE es problemático debido a que los rellenos de sílice ahumado obscurecen las marcas de guía usadas para cortado de chapa y también interfieren con la formación de buenas conexiones eléctricas durante las operaciones de reflujo de soldadura. De esta manera, en algunas aplicaciones se necesita transparencia mejorada para permitir el cortado eficiente de una chapa a la cual se han aplicados materiales de subllenado. De esta manera, un material de subllenado mejorado teniendo un CTE bajo y una transparencia mejorada sería deseable.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente descripción se refiere a un material de subllenado transparente que incluye una composición de subllenado transparente que comprende una resina curable en combinación con un solvente y un relleno de sílice coloidal que es funcionalizado con al menos un oranoalcoxisilano. En una modalidad, la resina es una resina epóxica aromática. De preferencia, el relleno comprende dióxido de silicio en el rango desde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 95% en peso, de manera que el dióxido de silicio responde por aproximadamente 15% hasta aproximadamente 75% en peso, más preferiblemente desde aproximadamente 25% hasta aproximadamente 70% en peso, y muy preferiblemente desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 65% en peso de la composición de resina curada final. De preferencia, la resina utilizada en la composición forma una resina de etapa B transparente, dura, sobre la remoción de solvente, y entonces forma una resina termofijada de bajo CTE y alta Tg sobre el curado. El material de subllenado es hecho mediante un método para combinar uns suspensión de relleno calentada y solvente con la resina y aditivos opcionales, que forman una resina de etapa B al remover solvente y re-calentar la resina para curar el material y de esta manera formar una resina termofijada de alta Tg y bajo CTE.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente descripción proporciona materiales de subllenado de nivel de chapa, los cuales incluyen al menos una resina combinada con al menos un solvente, y una dispersión de relleno de partículas pequeñas. De manera específica, la dispersión de partícula comprende al menos un sílice coloidal funcionalizado. La combinación de material de subllenado también puede incluir un endurecedor y/o un catalizador. Después de la remoción de solvente, los materiales de subllenado son finalmente curables mediante calentamiento a una resina dura, curada, transparente, con bajo coeficiente de expansión térmica ("CTE") y alta temperatura de transición de vidrio ("Tg"). El relleno de sílice coloidal está distribuido esencialmente de manera uniforme a lo largo de las composiciones descritas, y esta distribución permanece estable a temperatura ambiente y durante la remoción de solvente y cualquier paso de curado. La transparencia de la resina resultante es útil como un material de subllenado, especialmente un subllenado de nivel de chapa, para hacer marcas de guía de cortado de chapa visibles durante las operaciones de cortado de chapa. En ciertas modalidades, el material de subllenado puede tener capacidades de auto-flujo. El "bajo coeficiente de expansión térmica", como se usa en la presente, se refiere a una composición total curada con un coeficiente de expansión térmico menor que aquél de la resina de base según se mide en parts por millón por grado centígrado (ppm/°C). Normalmente, el coeficiente de expansión térmica de la composición total curada está por debajo de aproximadamente 50 ppm/°C. "Curada", como se usa en la presente, se refiere a una formulación total con grupos reactivos en donde entre aproximadamente 50% y aproximadamente 100% de los grupos reactivos han reaccionado. "Resina de etapa B", como se usa en la presente, se refiere a una etapa secundaria de resinas termofijadoras, en las cuales las resinas son normalmente duras y pueden tener solo parcialmente solubilidad en solventes comunes. "Temperatura de transición de vidrio", como se refiere en la presente, es la temperatura a la cual un material amorfo cambia desde un estado duro a uno plástico. "Baja viscosidad de la composición total antes de curado", normalmente se refiere a viscosidad del material de subllenado en un rango entre aproximadamente 50 centipoises y aproximadamente 100,000 centipoises y de preferencia, en un rango entre aproximadamente 200 centipoises y aproximadamente 20,000 centiposes a 25°C antes de que la composición sea curada. "Transparente", como se usa en la prsente, se refiere aun porcentaje de nebulosidad máximo de 15, normalmente, un porcentaje de nebulosidad máximo de diez (10); y muy normalmente un porcentaje de nebulosidad máximo de tres (3). Las resinas adecuadas para uso en los materiales de subllenado incluyen, pero no están limitados a resinas epóxicas, resinas de polidimetilsiloxano, resinas de acrilato, otras resinas de polisiloxano organo-funcionalizadas, resinas de poliimida, resinas de fluorocarbono, resinas de benzociclobuteno, éteres de polialilo fluorados, resinas de poliamida, resinas de polimiimidoamida, resinas de fenol cresol resinas de poliéster aromáticas, resinas de polifenilen éter (PPE), resinas de bismaleimida traizina, fluororesinas y cualquier otro sistema polimérico conocido por aquéllos expertos en la técnica, los cuales pueden experimentar curado a un material termofijado altamente reticulado. (Para polímeros comunes, ver "Polymer Handbook" (Manual de polímeros), Branduf, J.; Immergut, E.H; Grulke, Eric A; Wiley Interscience Publication, Nueva York, 4a ed. (1999); "Polymer Data Handbook" (Manual de datos de polímeros); Mark, James, Oxford University Press, Nueva York (1999)). Los materiales termofijados curables preferidos son resinas epóxicas, resinas de acrilato, resinas de polidimetil siloxano y otras resinas de polisiloxano organo-funcionalizadas que pueden formar redes de reticulación vía polimerización de radicales libres, transferencia de átomos, polimerización de radicales, polimerización de abertura de anillo, polimerización de metátesis de abertura de anillo, polimerización aniónica, polimerización catiónica y cualquier otro método conocido para aquéllos expertos en la técnica. Resinas de silicón curables adecuadas incluyen, por ejemplo, las matrices curables de adición y curables de condensación, como se describe en "Chemistry and Technology of Silicone" (Química y tecnología de silicón); Noli, V., Academic Press (1968). Donde una resina epóxica es elegida para usarse de acuerdo con la presente descripción, las resins epóxicas pueden incluir cualquier sistema orgánico o sistema inorgánico con una funcionalidad epoxi. Cuando las resinas, incluyendo resinas aromáticas, alifáticas y cicloalifáticas son descritas a lo largo de la especificación y reivindicaciones, se preven ya sea la resina específicamente nombrada o moléculas teniendo una porción de la resina nombrada. Resinas epóxicas útiles incluyen aquéllas descritas en "Chemistry and Technology of the Epoxy Resins" (Química y tecnología de las resinas epóxicas), B. Ellis (Ed.) Chapman Hall 1993, Nueva York y "Epoxy Resins Chemistry and Technology" (Resinas epóxicas Química y tecnología), C. May y Y. Tanaka, Marcell Dekker, Nueva York (1972). Las resinas epóxicas son monómeros y oligómeros curables, los cuales pueden mezclarse con la dispersión de relleno. Las resinas epóxicas las cuales incluyen una resina epóxica aromática o una resina epóxica alicíclica teniendo dos o más grupos epóxicos en su molécula, son preferidas para formar una resina con altas temperaturas de transición de vidrio. Las resinas epóxicas en la composición de la presente descripción de preferencia tienen dos o más funcionalidades, y más preferiblemente dos a cuatro funcionalidades. Las resinas epóxicas útiles también incluyen aquéllas que podrían ser producidas mediante reacción de un compuesto conteniendo hidroxilo, carboxilo o amina con epiclorohidrina, de preferencia en la presencia de un catalizador básico, tal como un hidróxido de metal, por ejemplo hidróxido de sodio. También se incluyen resinas epóxicas producidas mediante reacción de un compuesto conteniendo al menos uno y de preferencia dos o más dobles enlaces carbono-carbono con un peróxido, tal como un peroxiácido. Las resinas epóxicas aromáticas pueden ser usadas con la presente descripción de preferencia tiene dos o más funcionalidades epóxicas, y más preferiblemente dos a cuatro funcionalidades epóxicas. La adición de estos materiales proporcionará una composición de resina con mayores temperaturas de transición de vidrio (Tg). Ejemplos de resinas epóxicas aromáticas útiles en la presente descripción incluyen resinas epóxicas de cresol-novolac, resinas epóxicas de bisfenol-A, resinas epóxicas de bisfenol F, resinas epóxicas de fenol novolac, resinas epóxicas de bisfenol, resinas epóxicas de bifenilo, resinas epóxicas de 4,4'bifenilo, resinas epóxicas polifuncionales, dióxido de divinilbenceno y 2-glicidilfenilglicidil éter. Ejemplos de resinas epóxicas aromáticas trifuncionales incluyen triglicidil isocianurato epoxi, VG3010L fabricado por Mitsui Chemical y similares, y ejemplos de resinas epóxicas aromáticas tetrafuncionales incluyen por Araldite MT01 63 fabricado por Ciba Geigy y similares. En una modalidad, las resinas epóxicas preferidas para uso con la presente descripción incluyen resinas epóxicas de cresol-novolac y resinas epóxicas derivadas de bisfenoies. Los monómeros epóxicos multi-funcionales son incluidos en la composición de la presente descripción en cantidades que varían desde aproximadamente 1 % en peso hasta aproximadamente 70% en peso de la composición total, prefiriéndose un rango desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 35% en peso. En algunos casos la cantidad de resina epóxicas es ajustada para corresponder a la cantidad molar de otros reactivos tales como endurecedores de resina novolac. Las resinas epóxicas cicloalifáticas también pueden ser usadas en las composiciones de la presente descripción. Estas resinas son bien conocidas para la técnica y, como se describe aquí, son compuestos que contienen al menos aproximadamente un grupo cicloalifático y al menos un grupo oxirano. Los epóxicos cicloalifáticos más preferidos son compuestos que contienen aproximadamente un grupo cicloalifático y al menos dos anillo de oxirano por molécula. Ejemplos específicos incluyen diepóxido de 3-ciclofiexenilmetil-3-ciclohexenilcarboxilato, 2-(3,4-epoxi)ciclohexil-5,5-espiro-(3,4-epoxi)ciclohexano-m-dioxano, 3,4-epoxiciclohexilalquil-3,4-epoxiciclohexilalquil-3,4-epoxiciclohexanocarboxilato, 3,4-epox¡-6-metilci cío hexilmeti 1-3, 4-epoxi-6-metilciclohexanocarboxi lato, vinil ciclo hexanodióxido, bis(3,4-epoxicicIohex¡lmetil)adipato, bis(3,4-epox¡-6-metilciclohexilmetil)adipato, exo-exo bis(2,3-epoxiciclopentil)éter, endo-exo bis(2,3-epoxiciclopentil) éter, 2,2-bis(4-(2,3-epoxipropoxi)ciclohexil) pro paño, 2,6-bis(2,3-epoxipropoxiciclohexil-p-dioxano), 2,6-bis(2,3-epoxipropoxi)norborneno, el diglicidiléter de dímero de ácido linoleico, dióxido de limoneno, 2,2-bis(3,4-epoxiciclohexil)propano, dióxido de diclopentadieno, 1 ,2-epoxi-6-(2,3-epoxipropoxi)-hexahidro-4-, 7-metanoindano, p-(2, 3-epox¡) ciclope ntilf en i I-2,3-epoxipropiléter, 1 -(2, 3-epoxipropoxi)fenil-5,6-epoxihexahidro-4-, 7-metanoindano, o-(2,3-epoxi)ciclopentilfenil-2,3-epoxipropil éter), 1 ,2-bis(5- ( 1 ,2-epoxi)-4,7-hexahidrometanoindanoxi[)etano, ciclopentenilfenil glicidil éter, ciclohexanodiol diglicidil éter, dióxido de butadieno, dióxido de dimetilpentano, diglicidil éter, 1 ,4-butanodioldiglicidil éter, dietilenglicol diglicidil éter y dióxido de dipenteno y hexahidroftalato de diglicidilo. Normalmente, la resina epóxica cicloalifática es diepóxido de 3-ciclohexenilmetil-3-ciclohexenilcarboxilato. Las resinas epóxicas-silicón pueden ser utilizadas y pueden ser de la fórmula:
MaM'bDcD'dTeT'fQg
donde los subíndices a, b, c, d, e, f y g son cero o un entero positivo, sujetos a la limitación de que la suma de los subíndices b, d y f es uno o mayor; donde M tiene la fórmula:
R^SiO^,
M' tiene la fórmula:
(Z)R22Si01 /2,
D tiene la fórmula:
R32S¡02/2 , D' tiene la fórmula:
(Z)R32Si02/2l
T tiene la fórmula:
T tiene la fórmula:
y Q tiene la fórmula Si04/2, donde cada R1, R2, R3, R4, R5 es independientemente en cada ocurrencia un átomo de hidrógeno, alquilo de C1.22, alcoxi de C-i.22, alquenilo de C2-22, ari lo de C6-14, arilo substituido con C6-22 y arilalquilo de C6l22, los cuales pueden ser halogenados, por ejemplo, fluorados para contener fluorocarburos, tales como fluoroalqiulo de C1-22, o pueden contener grupos amino para formar aminoalquilos, por ejemplo, aminopropilo o aminoetilaminopropilo, o pueden contener unidades de poliéter de la fórmula (CH2CHR60)k, donde R6 es CH3 o H y k está en un rango entre aproximadamente 4 y 20; y Z, independientemente en cada ocurrencia, representa un grupo epoxi. El término "alquilo" como se usa en varias modalidades de la presente descripción pretende designar tanto radicales alquilo normal, alquilo ramificado, aralquilo y cicloalquilo. Los radicales alquilo normales y ramificados son de preferencia aquéllos que contienen en un rango entre aproximadamente 1 o aproximadamente 12 átomos de carbono e incluyen como ejemplos no limitantes ilustrativos metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, butilo terciario, pentilo, neopentilo y hexilo. Los radicales cicloalquilo representados son de preferencia aquéllos que contienen en un rango entre aproximadamente 4 y aproximadamente 12 átomos de carbono de anillo. Algunos ejemplos no limitantes ilustrativos de edstos radicales de cicloalquilo incluyen ciclobutilo, cicloentilo, ciclohexilo, metilciclohexilo y cicloheptilo. Los radicales aralquilo preferidos son aquéllos que contienen en un rango entre aproximadamente 7 y aproximadamente átomos de carbono; estos incluyen, pero no están limitados a, bencilo, fenilbutilo, fenilpropilo y feniletilo. Los radicales arilo usados en las diversas modalidades de la presente descripción son aquéllos que contienen de preferencia en un rango entre aproximadamente 6 y aproximadamente 14 átomos de carbono de anillo. Algunos ejemplos no limitantes ilustrativos de estos radicales arilo incluyen fenilo, bifenilo y naftilo. Un ejemplo no limitante ilustrativo de una porción halogenada adecuada es trifluoropropilo. Las combinaciones de monómeros y oligómeros epóxicos también son contempladas para uso con la presente descripción. Solventes adecuados para uso con la resina incluyen, por ejemplo,
1 -metoxi-2-propanol, metoxi propanol acetato, butil acetato, metoxietil éter, metano!, etanol, isopropanol, etilenglicol, etilcelosolve, metileti) cetona, ciclohexanona, benceno, tolueno, xileno y celosolves tales como etil acetato, celosolve acedtato, butil celosolve acetato, carbitol acetato y butil carbitol acetato. Estos solventes pueden ser usados ya sea solos o en la forma de una combinación de dos o más miembros. En una modalidad, un solvente preferido para uso con esta descripción es 1 -metoxi-2-propanol. El relleno utilizado para hacer los rellenos modificados en la composición de la presente descripción es de preferencia un sílice coloidal, el cual es una dispersión de partículas de sílice (S¡02) de tamaño de submicras en un medio acuoso u otro solvente. La dispersión contiene al menos aproximadamente 1 0 por ciento en peso y hasta aproximadamente 85 por ciento en peso de dióxido de silicio (Si02) y normalmente entre aproximadamente 30 por ciento en peso hasta aproximadamente 60 porciento en peso de dióxido de silicio. El tamaño de partícula del sílice coloidal es normalmente en un rango entre aproximadamente 1 nanómetros (nm) y aproximadamente 250 nm, y más normalmene en un rango entre aproximadamente 5 nm y aproximadamente 1 00 nm , con un rango desde aproximadamente 5 nm hasta aproximadamente 50 nm siendo preferido en una modalidad. El sílice coloidal es funcionalizado con un organoalcoxisilano para formar un sílice coloidal funcionalizado, como se describe antes. En una modalidad preferida, el sílice es funcionalizado con fenil trimetoxisilano. Los organoalcoxisilanos usados para funcionalizar el sílice coloidal son incluidos dentro de la fórmula:
(R7)aSi(OR8)4a,
donde R7 es independientemente en cada ocurrencia un radical de hidrocarburo monovalente de C1 - 8 opcionalmente funcionalizado de manera opcional con alquil acrilato, alquil metacrilato o grupos de epóxido o radical arilo o alquilo de C6- 4, R8 es independientemente en cada ocurrencia un radical de hidrocarburo monovalente de C-i .-i a , o un radical de hidrógeno y "a" es un número entero igual a 1 a 3 incluso. De preferencia, los organoalcoxisilanos incluidos en la presente descripción son fenil trimetoxisilano, 2-(3,4-epoxi ciclohexil)etiltrimetoxisilano, 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano y metacriloxipropiltrimetoxisilano. En una modalidad preferida, el fenil trimetoxisilano puede ser usado para funcionalizar el sílice coloidal. Todavía en otra modalidad, el fenil trimetoxisilano es usado para funcionalizar el sílice coloidal. Una combinación de funcionalidades también es posible. Normalmente, el organoalcoxisilano está presente en un rango entre aproximadamente 1 % y aproximadamente 60% en peso con base en el peso de dióxido de silicio contenido en el sílice coloidal, de preferencia desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 30% en peso.
La funcionalización de sílice coloidal puede ser realizada al adicionar el agente de funcionalización a una dispersión acuosa comercialmente disponible de sílice coloidal en la proporción en peso descrita antes a la cual un alcohol aiifático ha sido adicionado. La composición resultante comprendiendo el sílice coloidal funcionalizado y el agente de funcionalización en el alcohol aiifático es definido en la presente como una pre-dispersión. El alcohol aiifático puede ser seleccionado de, pero no limitado, isopropanol, t-butanol, 2-butanol y combinaciones de los mismos. La cantidad de alcohol alifática está normalmente en un rango entre aproximadamente 1 vez y aproximadamente 1 0 veces de la cantidad de dióxido de silicio presente en la pre-dispersión de sílice coloidal acuosa. El sílice coloidal organofuncionalizado resultante puede ser tratado con un ácido o base para neutralizar el pH. Un ácido o base así como otro catalizador que promueva la condensación de silanol y grupos de alcoxisilano también pueden ser usados para auxiliar el proceso de funcionalización. Tales catalizadores incluyen compuestos de organo-titanato y órgano-estaño, tal como titanato de tetrabutilo, isopropoxibis(acetilacetonato) de titanio, dilaurato de dibutilestaño, o combinaciones de los mismos. En alg unos casos, los estabilizantes tales como 4-h¡droxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidiniloxi (es decir, 4-hidroxi TEMPO) pueden ser adicionados a esta pre-dispersión. La pre-dispersión resultante es calentada normalmente en un rango entre aproximadamente 50°C y aproximadamente 1 00°C durante un periodo en un rango entre aproximadamente 1 hora y aproximadamente 5 horas. La pre-dispersión transparente enfriada es tratada entonces adicionalmente para formar una dispersión final. De manera opcional, los monómeros u oligómeros curables pueden ser adicionados y opcionalmente, más solvente alifático el cual puede ser seleccionado de, pero no limitado a, isopropanol, 1 -metoxi-2-propanol, 1 -metoxi-2-propil acedtato, tolueno y combinaciones de los mismos. Esta dispersión final del sílice coloidal funcionalizado puede ser tratada con ácido o base o con resinas de intercambio de iones para remover impurezas acidas o básicas. La composición de dispersión final puede ser mezclada a mano o mezclada mediante eq uipo mezclador estándar, tales como mezcladores de m asa, mezcladores de lata de cadena y mezcladores planetarios. El mezclado de los com ponentes de dispersión puede ser realizado en modo por lote, continuo o semi-continuo por cualq uier medio usado por aquéllos expertos en la técnica. Esta dispersión final del sílice coloidal funcional izado es concentrada entonceds bajo un vacío en rango entre aproximadamente 0.5 Torr y aproximadamente 250 Torr y a una temperatura en un rango entre aproximadamente 20°C y aproximadamente 140°C para remover substancialmente cualquier componente de baja ebull ición, tales como solvente , agua residual y combinaciones de los m ismos, para dar una dispersión transparente de s ílice co loidal funcionalizado , el cual puede contener opcionalmente monómero curable, aq u í referido como una dispersión concentrada final. La remoción substancial de componentes de baja ebu ll ición es definida en la presente como remoción de com po nentes de baja ebullición para dar una dispersión de s ílice concentrada conteniendo desde aproximadamente 1 5% hasta aproximadamente 75% de sílice. El curado normalmente ocurre a una temperatura en un rango entre aproximadamente 50°C y aproximadamente 250°C, más normalmente en un rango entre aproximadamente 70°C y aproximadamente 1 00°C , en un vacío a una presión que varía entre aproximadamente 75 m m Hg y aproximadamente 250 mm Hg y m ás preferiblemente entre aproximadamente 1 00 mm Hg y aproximadamente 200 m m Hg . Además, el cujado puede ocurrir norm lamente sobre un periodo variando desde aproximadamente 30 minutos hasta aproximadamente 5 horas, y más normalmente en un rango entre aproximadamente 45 minutos y aproximadamente 2.5 horas. De manera opcional, las resinas curadas pueden ser post-curadas a una temperatura en un rango entre aproximadamente 1 00°C y aproximadamente 250°C, más normalmente en un rango entre aproximadamente 150°C y aproximadamente 200°C sobre un periodo variando desde aproximadamente 45 minutos hasta aproximadamente 3 horas. La composición resultante de preferencia contiene dióxido de silicio funcionalizado como el sílice coloidal funcionalizado. En tal caso, la cantidad de dióxido de silicio en la composición final puede variar desde aproximadamente 15% hasta aproximadamente 75% en peso de la composición final, más preferiblemente desde aproximadamente 25% hasta aproximadamente 70% en peso, y muy preferiblemente desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 65% en peso de la composición de resina curada final. El relleno de sílice coloidal está distribuido esencialmente de manera uniforme a lo largo de la composición descrita y esta distribución permanece estable a temperatura ambiente. Como se usa en la presente "distribuida de manera uniforme" significa la ausencia de cualquier precipitado visible con tales dispersiones siendo transparentes. En algunos casos, la pre-dispersión o la dispersión final del sílice coloidal funcionalizado puede ser funcionalizada adicionalmente. Los componentes de baja ebullición son al menos removidos parcialmente y subsecuentemente, un agente de rematado apropiado que reaccionará con la funcionalidad de hidroxilo residual del sílice coloidal funcionalizado es adicionado en una cantidad en un rango entre aproximadamente 0.05 veces y aproximadamente 1 0 veces la cantidad de dióxido de silicio presente en la pre-dispersión o dispersión final. La remoción parcial de componentes de baja ebullición como se usa en la presente se refiere a la remoción de la menos aproximadamente 1 0% de la cantidad total de componentes de baja ebullición, y de preferencia, al menos aproximadamente 50% de la cantidad total de componentes de baja ebullición. Una cantidad efectiva de agente de rematado remata el sílice coloidal funcionalizado y el sílice coloidal funcionalizado rematado es definido en la presente como un sílice coloidal funcionalizado, en el cual al menos 10%, de preferencia al menos 20%, más preferiblemente al menos 35%, de los grupos hidroxilo libres presentes en el sílice coloidal funcionalizado sin rematar correspondiente han sidos funcionalizados mediante reacción con un agente de rematado. En algunos casos, rematar el sílice coloidal funcionalizado mejora de manera efectiva el curado de la formulación de resina curable total al mejorar la estabilidad de temperatura ambiente de la formulación de resina. Las formulaciones que incluyen el sílice coloidal funcionalizado rematado muestran mucho mejor estabilidad a temperatura ambiente que las formulaciones análogas en las cuales el sílice coloidal no ha sido rematado en algunos casos. Agentes de rematado ejemplares incluyen materiales reactivos de hidroxilo, tales como agentes sililantes. Ejemplos de un agente sililante incluyen , pero no están limitados a hexametildísilazano (HMDZ), tetrametildisilazano, diviniltetrametildisilazano, difeniltetrametildisilazano, N-(trimet¡lsilil)dietilamina, 1 -(trimetilsilil)imidazol, trimetilclorosilano, pentametilclorodisiloxano, pentametildísiloxano y combinaciones de los mismos. En una modalidad preferida, se usa hexametildisilazano como el agente de rematado. Donde la dispersión ha sido funcionalizada de manera adicional, por ejemplo, mediante rematado, al menos un monómero curable es adicionado para formar la dispersión final. La dispersión es calentada entonces en un rango entre aproximadamente 20°C y aproximadamente 140°C durante un periodo en un rango entre aproximadamente 0.5 horas y aproximadamente 48 horas. La mezcla resultante es filtrada entonces. La mezcla del sílice coloidal funcionalizado en el monómero curable es concentrada a una presión en un rango entre aproximadamente 0.5 Torr y aproximadamente 250 Torr para formar la dispersión concentrada final. Durante este proceso, los componentes de menor ebullición tales como solvente, agua residual, subproductos del agente de rematado y grupos hidroxilo, agente de rematado en exceso y combinaciones de los mismos son removidos substancialmente para dar una dispersión de sílice coloidal funcionalizado rematado conteniendo desde aproximadamente 1 5% hasta aproximadamente 75% de sílice. De manera opcional, con el fin de formar la formulación epóxica curable total, puede adicionarse un endurecedor epóxico tal como un endurecedor epóxico de amina, una resina fenólica, un ácido-anhídrido carboxilico, o un endurecedor de novolac. Endurecedores epóxicos de amina ejemplares normalmente incluyen aminas aromáticas, aminas alifáticas o combinaciones de las mismas. Las aminas aromáticas incluyen , por ejemplo, m-fenilen diamina, 4,4'-metilendianilina, diaminodifenilsulfona, diaminodifenil éter, tolueno diamina, dianisideno y mezclas de aminas. Las aminas alifáticas incluyen, por ejemplo, etilenaminas, ciclohexildiaminas, diaminas alquil substituidas, mentano diam ina, isoforona diamina y versiones hidrogenadas de las diaminas aromáticas. Las combinaciones de endurecedores epóxicos de amina también pueden ser usadas. Ejemplos ilustrativos de endurecedores epóxicos de amina también son descritos en "Chemistry and Technology of the Epoxy Resins" (Química y tecnología de las resinas epóxicas), B. Ellis (Ed.) Chapman Hall, Nueva York, 1 993. Resinas fenólicas ejemplares normalmente incluyen productos de condensación de fenol-formaldehído, comúnmente llamadas resinas novolac o resole. Estas resinas pueden ser productos de condensación de diferentes fenoles con varias proporciones molares de formaldehído. Ejemplos ilustrativos de endurecedores de resinas fenólicas también son descritos en "Chemistry and Technology of the Epoxy Resins" (Química y tecnología de las resinas epóxicas), B. Ellis (Ed.l) Cahpman Hall, Nueva York, 1 993. Aunque estos materiales son representativos de aditivos usados para promover el curado de las formulaciones epóxicas, será evidente para aquéllos expertos en la técnica que otros materiales tales como pero no limitados a resinas de amino formaldehído, pueden ser usados como endurecedores y así caen dentro del alcance de esta invención. Agentes de curado de anhídrido ejemplares normalmente incluyen anhídrido metilhexahidroftáiico (MHH PA), anhídrido metiltetrahidroftálico, anhídrido 1 ,2-ciclohexanodicarboxílico, anhídrido biciclo[2.2.1 ]hept-5-eno-2, 3-dicarboxílico, anh ídrido itálico, dianhídrido piromelítico, anhídrido hexahidroftálico, anhídrido dodecenilsuccínico, anhídrido dicloromaleico, anhídrido cloréndico, anhídrido tetracloroftálico y similares. Las combinaciones que comprenden al menos dos agentes de curado de anhídrido también pueden ser usadas. Ejemplos ilustrativos son descritos en "Chemistry and Technology of the Epoxy Resins" (Química y tecnología de las resinas epóxicas), B. Ellis' (Ed.) Chapman Hall, Nueva York (1993) y en "Epoxy Resins Chemistry and Technology" (Resinas epóxicas Química y Tecnolog ía) ; editado por C.A. May, Marcel Dekker, Nueva York, 2a edición (1 988) . De manera opcional, los catalizadores de curado y/o un compuesto orgánico conteniendo porción de hidroxilo son adicionados con el endurecedor epóxico. Los catalizadores de curado que pueden ser adicionados para formar la formulación epóxica pueden ser seleccionado de catalizadores de curado epóxicos normales que incluyen pero no están limitados a aminas, imidazol alquil-substituido, sales de imidazolio, fosfinas, sales de metal tales como acetil acetonato de aluminio (Ai(acac)3), sales de compuestos conteniendo nitrógeno con compuestos ácidos y combinaciones de los msimos. Los compuestos conteniendo nitrógeno incluyen, por ejemplo, compuestos de amina, compuestos di-aza, compuestos tri-aza, compuesto de poliamina y combinaciones de los mismos. Los compuestos ácidos incluyen fenol, fenoles órgano-substituidos, ácidos carboxílicos, ácidos sulfónicos y combinaciones de los mismos. Un catalizador preferido es una sal de compuestos conteniendo nitrógeno. Las sales de compuestos conteniendo nitrógeno incluyen, por ejemplo, 1 ,8-diazabiciclo(5,4, 0)-7-undecano. Las sales de los compuestos conteniendo nitrógeno están comercialmente disponibles, por ejemplo, como Polycat SA-1 y Polycat SA-102 disponible de Air Products. Los catalizadores preferidos incluyen trifenil fosfina (TPP) , N-metilimidazol (NMI) y dilaurato de dibutil estaño (DiBNSn) . Ejemplos de compuestos orgánicos utilizados como la porción conteniendo hidroxilo incluyen alcoholes tales como dioles, alcoholes de alquilo de alta ebullición conteniendo uno o más grupos hidroxilo y bisfenoles. Los alcoholes de alquilo pueden ser de cadena lineal, ramificada o cicloalifática y puede contener desde 2 hasta 12 átomos de carbono. Ejemplos de tales alcoholes incluyen pero no están limitados a etilenglicol; propilenglicol, es decir, 1 ,2- y 1 ,3-propilenglicol; 2,2-dimetil-1 , 3-propano diol; 2-etil, 2-metil, 1 ,3-propano diol; 1 ,3- y 1 ,5-pentano diol; dipropilenglicol; 2-metil-1 ,5-pentano diol; ,6-hexano diol; dimetanol decalín, dimetanol biciclo octano; 1 ,4-ciciohexano dimetanol y particularmente sus isómeros cis- y trans-; trietilenglicol; 1 , 1 '-decano diol; y combinaciones de cualquiera de los anteriores. Ejemplos adicionales de dioles incluyen bisfenoles. Algunos ejemplos no limitantes ilustrativos de bisfenoles incluyen los hidrocarburos aromáticos dihidroxi-substituidos descritos por género o especie en la patente estadounidense no. 4,21 7,438. Algunos ejemplos preferidos de compuestos aromáticos dihidroxi-substituidos incluyen 4,4'-(3,3,5-trimetilc¡clohexiliden)-difenol; 2,2-bis(4-hidroxifenilo)propano (com únmente conocido como bisfenol F) ; 2,2-bis(4-hidroxifenil)metano (comúnmente conocido como bisfenol F); 2,2-bis(4-hidrox¡-3,5-dimetilfenil)propano; 2,4'-dihidroxidifenilmetano; bis(2-hidroxifenil)metano; bis(4-hidroxifenil)metano; bis(4-hidroxi-5-nitrofenil)metano; bis(4-hidroxi-2,6-dimetil-3-metoxifenil)metano; 1 , 1 -bis(4-hidroxifenil)etano; 1 , 1 -bis(4-hidroxi-2-clorofenil etano; 2,2-bis(3-fenil-4-hidroxifenil)propano; bis(4-hidroxifenl)ciciohexilmetano; 2,2-bis(4-hidroxifenil)-1 -fenilpropano; 2,2,2,,2'-tetrahidro-3,3,3'I3'-tetramet¡l, 1 '-espirobi[1 H-indeno]-6,6'-dio! (SBl); 2,2-bis(4-hidroxi-3-metilfenil)propano (comúnmente conocido como DMBPC); resorcinol; y resorcinoles C i _i 3 alquil-substituidos. Muy normalmente, 2,2-bis(4-hidroxifenil)propano y 2,2-bis(4-hidroxifenil)metano son los compuestos de bisfenol preferidos. Las combinaciones de compuestos orgánicos que contienen la porción hidroxiio también pueden ser usados en la presente descripción. Un diluyente orgánico reactivo también puede ser adicionado a la formulación de epoxi curable total para disminuir la viscosidad de la composición. Ejemplos de diluyentes reactivos incluyen, pero no están lim itados a, 3-etil-3-hidroximetil-oxetano, dodecilglicidil éter, diepóxido de 4-vinil-1 -ciclohexano, di(beta-(3,4-epoxiciclohexil)etil)-tetrametildisiloxano y combinaciones de los mismos. Los diluyentes orgánicos reactivos también pueden incluir epóxicos monofuncionales y/o compuestos conteniendo al menos una funcionalidad epoxi . Ejemplos representativos de tales diluyentes incluyen, pero no están limitados a, derivados de alquilo de fenol glicidil éteres, tales como 3-(2-nonilfeniloxi)-1 ,2-epoxipropano o 3-(4-nonilfeniloxi)-1 ,2-epoxipropano. Otros diluyentes los cuales pueden ser usados incluyen glicidil éteres de fenol por sí mismo y fenoles substituidos, tales como 2-metilfenol, 4-metilfenol, 3-metilfenol, 2-butilfenol, 4-butilfenol, 3-octilfenol, 4-octilfenol, 4-t-butilfenol, 4-fenilfenol y 4-(fenilisopropiliden)fenol. Los promotores de adhesión también pueden ser empleados con la dispersión final total , tal como trialcoxiorganosilanos (por ejemplo, ?-aminopropiltrimetoxisilano, 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano y bis(trimetoxisililpropil)fumarato). Donde está presente, los promotores de adhesión son adicionados en una cantidad efectiva, la cual normalmente está en un rango entre aproximadamente 0.01 % en peso y aproximadamente 2% en peso de la dispersión final total. Los retardantes de flama pueden ser usados opcionalmente en la dispersión final total en un rango entre aproximadamente 0.5% en peso y aproximadamente 20% en peso en relación a la cantidad de la dispersión final total. Ejemplos de retardantes de flama incluyen fosforamidas, trifenil fosfato (TPP), resorcinol difosfato (RDP) , bisfenol-a-disfosfato (BPA-DP), óxidos de fosfina orgánicos, resina epóxica halogenada (tetrabromobisfenol A), óxido de metal, hidróxidos de metal y combinaciones de los mismos. Dos o más resinas epóxicas pueden ser usadas en combinación, por ejemplo, una mezcla de un epoxi alicíclico y un epoxi aromático. En este caso, es particularmente favorable usar una mezcla epóxica conteniendo al menos una resina epóxica teniendo tres o más funcionalidades, para formar por ello una resina de subllenado teniendo bajo CTE, buen desempeño de flux y una alta temperatura de transición de vidrio. La resina epóxica puede incluir una resina epóxica trifuncional, además de al menos un epoxi alicíclico difuncional y un epoxi aromático difuncional. Los métodos para producir las composiciones de la presente descripción resultan en materiales de subllenado mejorados. En una modalidad, las composiciones de la presente invención son preparadas como sigue: funcionalizar sílice coloidal de manera que se forma una dispersión concentrada estable de sílice coloidal; formar una dispersión concentrada de sílice coloidal funcionalizado conteniendo aproximadamente 15% hasta aproximadamente 75% de sílice; mezclar soluciones de monómeros epóxicos (y opcionalmente un aditivo tales como endurecedores, catalizadores u otros aditivos descritos antes) con la dispersión de sílice coloidal funcionalizado; remover el solvente para formar una película de resina de etapa B transparente, dura; y curar la película de resina de etapa B para formar una resina termofijada de bajo CTE y alta Tg. De esta manera, la presente descripción es dirigida tanto a películas de resina de etapa B producidas mediante este proceso como a las resinas termifijadas de bajo CTE y alta Tg producidas después de curar las películas de resina de etapa B. La transparencia de las películas de resina de etapa B producidas de acuerdo con la presente descripción las hace especialmente adecuadas como materiales de subllenado de nivel de chapa ya que no obscurecen las marcas de guía usadas para cortado de chapa. Además, las películas de resina de etapa B proporcionan buenas conexiones eléctricas durante operaciones de reflujo de soldadura que resultan en resinas termofijadas de bajo CTE y alta Tg después de curado.
Sorprendentemente, se ha encontrado que al seguir los métodos de la presente descripción , uno puede obtener materiales de subllenado teniendo niveles elevados de sílice coloidal funcionalizado que no son obtenibles de otra manera mediante métodos actuales. Los materiales de subllenado como se describen en la presente descripción son dispensables y tienen utilidad en dispositivos de estado sólido y/o dispositivos electrónicos tales como computadoras o semiconductores, o cualquier dispositivo donde se necesitan subllenado, cubremolde o combinaciones de los mismos. El material de subllenado puede ser usado coo un subllenado de nivel de chapa y/o encapsulante para reforzar propiedades físicas, mecánicas y eléctricas de protuberancias de soldadura que conectan normalmente un chip y un substrato. El material de subllenado descrito exhibe desempeño intensificado y ventajosamente tiene costos de fabricación más bajos. El subllenadoing puede lograrse mediante cualquier método conocido en la técnica. El método preferido es subllenado de nivel de chapa. El proceso de subllenado de nivel de chapa incluyen dispensar materiales de subllenado sobre la chapa antes de cortar en chips individuales que son montados subsecuentemente en la estructura final vía operaciones de tipo flip-chip. La composición de la presente descripción tiene la capacidad de llenar aberturas que varían desde aproximadamente 10 mieras hasta aproximadamente 600 mieras. Con el fin de que aquéllos expertos en la técnica serán más capaces de practicar la presente descripción, los siguientes ejemplos están dados a manera de ilustración y no a manera de limitación .
EJEMPLO 1 Preparación de predispersion de sílice coloidal funcionalizado (FCS).
Una predispersion de sílice coloidal funcionalizado se preparó ai combinar lo siguiente: 935 g de isopropanol (Aldrich) se adicionó lentamente al agitar a 675 gramos de sílice coloidal acuoso (Nalco 1034A, Nalco Chemical Company) conteniendo 34% en peso de partículas de 20 nm de Si02. Subsecuentemente, 58.5 de fenil trimetoxisilano (PTS) (Aldrich), el cual se disolivó en 1 00 g de isopropanol, se adicionó a la mezcla agitada. La mezcla se calentó entonces a 80°C durante 1 -2 horas para dar una suspensión clara. La suspensión resultante de sílice coloidal funcionalizado se almacenó a temperatura ambiente. Se prepararon múltiples dispersiones, teniendo varios niveles de Si02 (desde 1 0% hasta 30%) para usarse en el Ejemplo 2.
EJEMPLO 2 Preparación de la dispersión de un sílice coloidal funcionalizado en resina epóxica. Un matraz de fondo redondo de 2000 mi se cargó con 540 g de cada una de las pre-dispersiones, preparada en el Ejemplo 1 . Las composiciones de pre-dispersión adicionales son mostradas en la Tabla 1 , a continuación. Se adicionó entonces 1 -metoxi-2-propanol (750 g) a cada matraz. La dispersión resultante de sílice coloidal funcionalizado se extrajo con vacío a 60°C y 60 mmHg para remover aproximadamente 11 de solventes. El vacío fue disminuido lentamente y la remoción de solvente continuó con buena agitación hasta que el peso de la dispersión había alcanzado 140g . La dispersión clara de sílice coloidal fenil-funcionalizado contenía 50% de Si02 y sin sílice precipitado. Esta dispersión fue estable a temperatura ambiente durante más de tres meses. Los resultados en la Tabla 1 muestran que un cierto nivel de funcionalidad de fenilo es requerido para preparar una dispersión de FCS estable, concentrada, en 1 -metoxi-2-propanol (Dispersión 1 a 5). El nivel de funcionalidad puede ser ajustado para alcanzar una dispersión estable, clara, en acetato de metoxipropanol. Este ajuste indicó que la optimización de nivel de funcionalidad permitió dispersiones a ser preparadas en otros solventes (Dispersiones 6 y 7).
Tabla 1 Preparación de dispersiones de FCS Entrada Composición de Concentración de Estabilidad de
# pre-dispersión dispersión final dispersión (PTS*100g Si02) (% en peso S¡02/% en peso de sólidos totales) 1 0.028m/100g 50% S¡02/63% (en metoxipropanol)
2 0.056m/100g 47% SiO2/60% Precipitó
3 0.13m/100g 53% Si02/66% Precipitó
4 0.13m/1 00g 60% Si02/75% Estable, clara
5 0.19m/1 00g 50% Si02/63% Estable, clara (en metoxi propanol acetato)
6 0.1 3m/100g 50% S¡02/63% Precipitó
7 0.1 9m/100g 50% S i 02/63% Estable, clara *PTS es feniltrimetoxisilano
EJEMPLO 3 Preparación de una dispersión de sílice coloidal funcionalizado rematado en resina epóxica. Una solución que combina 5.33 g de epoxi cresol novolac (ECN 195XL-25 disponible de Sumitomo Chemical Co.) , 2.6 g de endurecedor de novolac (Tamanol 758 disponible de Arakawa Chemical Industries) en 3.0 g de 1 -metoxi-2-propanol se calentó hasta aproximadamente 50°C. Una porción de 7.28 g de la solución se adicionó en forma de gotas, a 1 0.0 g de la dispesrsión de FCS, al agitar a 50°C (ver, Tabla 1 , entrada #3, 50% Si02 enmetoxipropanol, anterior). La suspensión clara se enfrió y una solución de catalizador de N-metilimidazol, 60 microlitros de una solución al 50% peso/peso en metoxipropanol se adicionaron mediante agitación. La solución clara se usó directamente para vaciar películas de resina para caracterización o se almacenaron a -1 0°C. Las películas adicionales se prepararon usando diferentes catalizadores en varias cantidades y algunas variaciones en el epoxi como se expone en la Tabla 2 a continuación, la cual muestra composiciones de resina finales. Las películas fueron vaciadas al esparcir una porción de la dispersión de epoxi-sílice en placas de vidrio, y el solvente se removió en un horno fijado a 85°C bajo un vacío de 1 50 mmHg. Después de 1 -2 horas, las placas de vidrio se removieron y la película restante fue transparente y dura. En algunos casos, la película seca se curó a 220°C durante 5 minutos, seguido por calentamiento a 160°C durante 60 minutos. Las mediciones de temperatura de transición de vidrio se obtuvieron mediante calorimetría de exploración diferencial usando DSC comercialmente disponible de Perkin Elmer. Las formulaciones se probaron y sus Tg se exponen a continuación en la Tabla 2.
Tabla 2 Formulaciones de sílice coloidal Entrada Epoxi (g)* Endurecedor Solvente*** Catalizador Cantidad de Tg # ** (g) (g) **** (g) FCS***** ******
1 ECN (3.55) T758(1.73) MeOPrOH(2) TPP (0.12) 10 168
2 ECN (3.55) T758(1.73) MeOPrOH(2) TPP (0.06) 10 165
3 ECN (3.55) T758(1.73) eOPrOH(2) N I(0.015) 10 199
4 ECN (3.55) T758(1.73) MeOPrOH(2) NMI(0.018) 5 180
5 ECN (3.55) T758(1.73) eOPrOH(2) TPP (0.06) 10 136 Epon 002F (0.5) 6 ECN (3.55) T758(1.73) eOPrOH(2) NMI(0.03) 10 184 Epon 1002F (0.5) 7 ECN (3.55) T758(1.73) BuAc(2) TPP (0.12) 5 171 8 ECN (3.55) 1758(1.73) Digl¡ma(2) TPP (0.12) 5 171
9 ECN (3.55) T758(1.73) BuAc(2) D¡B Sn 5 104 (0.12) *ECN se refiere a ECN 1 95XL-25 disponible de Sumitomo Chemical Co. y Epon 1 002F se refiere a un BPA diglicidil éter epoxi oligomerizado disponible de Resolution Performance Products. ** T758 se refiere a Tamanol 758 disponible de Arakawa Chemical I ndustries ***Los solventes son 1 -metoxi-2-propanol(MeOPrOH), acetato de butilo (BuAC) o metoxietil éter (diglima) ****Los catalizadores son trifenil fosfina (TPP) , N-metih'midazol (NMI) o dilaurato de dibutil estaño (DiBSn) ***** La cantidad de FCS se refiere a la cantidad en gramos de 50% de sílice coloidal fenil funcionalizado de Si02 descrito en el Ejemplo 2. ******- g se refiere al a temperatura de transición de vidrio según se mide mediante DSC (punto medio de inflexión).
EJEMPLO 4 El coeficiente de desempeño de expansión térmica de materiales de subllenado de nivel de chapa (WLU) fue determinado. Películas de 10 mieras del material, preparadas como para el Ejemplo 3, fueron vaciadas en láminas gruesas de Teflon (con las dimensiones de 1 0.16cmx1 0.16cmx0.635cm (4inx4inx0.25in) y se secaron a 40°C y 100 mmHg durante la noche para dar una película dura clara, la cual se secó entonces adicionalmente a 85°C y 1 50 mmHg. La película se curó de acuerdo con el método del Ejemplo 3 y los valores de coeficiente de expansión térmica (CTE) se midieron mediante análisis mecánico térmico (TMA) . Las muestras se cortaron a 4 mm de ancho usando una cuchilla quirúrgica y el CTE se midió usando una sonda de película delgada en el TMA. El análisis mecánico térmico se realizó en un analizador termo mecánico TM 2950 de TA I nstruments. Los parámetros experimentales fueron fijados a: 0.05N de fuerza, 5.000g de peso estático, purga de nitrógeno a 100 ml/min y 2.0 s/pt de intervalo de muestreo. La muestra se equilibró a 30°C durante 2 minutos, seguido por una rampa de 5.00°C/min a 250.00°C, equilibrado durante 2 min utos, entonces brincó a 10.00°C/min a 0.00°C, equilibrado durante 2 minutos y entonces brincó a 5.00°C/min a 250°C. La Tabla 3 a continuación proporciona los datos de CTE obtenidos. Los resultados para la segunda y tercera entradas enla Tabla 3 fueron obtenidas en las películas que fueron transparentes, en contraste con las películas generadas a partir de las mismas composiciones en las cuales se usó sílice fusionado de 5 mieras. Tanto el sílice fusionado de 5 mieras como el sílice coloidal funcionalizado se usaron a la misma velocidad de carga de 50% en peso. Más aún, la reducción en CTE exhibida por estos materiales (Tabla 3, segunda y tercera entradas) sobre la resina sin llenar (Tabla 3, entrada 1 ) , indica que el sílice coloidal funcionalizado es efectivo para reducir el CTE de resina.
Tabla 3
EJEMPLO 5 Experimentos de humectación y reflujo de soldadura. Los siguientes experimentos fueron realizados con el fin de demostrar la acción humectante de protuberancias de soldadura en la presencia del subllenado de nivel de chapa, como se prepara en los Ejemplos anteriores.
Parte A: Los dados de flip chip con protuberancias fueron recubiertos con una capa del material de subllenado experimental del Ejemplo 3. Este recubrimiento de subllenado conten ía una cantidad substancial de solvente, aproximadamente 30%. Con el fin desacar este solvente, los chips recubiertos fueron horneados en un horno de vacío a 85°C y 150 mmHg . Esto resultó en la punta de las protuberancias de soldadura siendo expuestas, y una capa de resina de etapa B recubrió la superficie activa completa del chip.
Parte B : Para asegurar que la capacidad de humectación de las protuberancias de soldadura no fue obstruida por la presencia de esta capa de etapa B , un recubrimiento delgado de flujo fue aplicado a un cupón (una hoja de epoxi de vidrio lam inada con cobre comercialmente disponible de MG Chem icals). El flujo (Kester TS F 6522 Tacflux) fue aplicado solamente en el área do nde las protuberancias de soldadura contactarían la s uperficie de cobre. Este montaje fue sometido entonces a reflujo en un horno de reflujo de convección Zepher ( annCorp) . Después de reflujo, los dados fueron cortados manualmente e inspeccionados por soldadura desgastada en la superficie de co bre. La so ldadura fundida que había mojado la sujperficie de cobre permaneció ad herida al tablero, indicando que la capacidad de h umectación , en la presencia de flujo pegajoso , no fue obstruida por la capa de etapa B de material de subllenado de nivel de chapa.
Parte C: Se prepara ron chips recu biertos usa ndo la metodolog ía descrita en la Parte A. Estos chips fueron montados en un tablero de prueba, con un patrón de prueba de cadena de margarita. El tablero de prueba usado fue un tablero FR-4 de 0.1548 cm (62 mil) de espesor comercialmente disponible de MG Chem icals. La metalurga de acabado de cojín fue Ni/Au . EL flujo pegajoso (Kester TSF 6522) fue dispensado con jeringa sobre los cojines expuestos en el tablero de prueba, usando una punta de aguja de calibre 30 y un d ispensador de m anual de EFD (EFD, I nc.). Los ddos fueron colocados en el tablero con la ayuda de una máquina de recoger y colocar automática MRSI 505 (Newport/ SRl Corp.)- Este montaje fue sometido entonces a reflujo en un horno de reflujo de convección Zepher. Las lecturas de resistencia eléctricas de ~2 ohms (medidas con un multímetro de Fluke) , indicaron que la soldadura había mojado los cojines en la presencia del subllenado de nivel de chapa. Los análisis de rayos X de este montaje de chip unido a los cojines de Cu tanto para un dado de control como un dado recubierto con la composición de la presente describió, fue conducido utilizando una máquina de rayos X teniendo un tubo de rayos X MICROFOCUS. Los resultados del análisis de rayos X indicaron la humectación de soldadura de los cojines de Cu, ya que las protuberancias de soldadura mostraron morfología de bola de soldadura similar tanto para las resinas de control como las experimentales después de reflujo.
Aunque se han descrito modalidades preferidas y otras de la invención en la presente, pueden percibirse modalidades adicionales por aquéllos expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la invención como se define mediante las siguientes reivindicaciones.
Claims (10)
1 . Una composición de subllenado transparente que comprende una resina curable seleccionada del grupo que consiste de resinas epóxicas, resinas de acrilato, resinas de poliimida, resinas de fluorocarburo, fluororesinas, resinas de benzociclobuteno, resinas de bismaleimida triazina, polialil éteres fluorados, resinas de poliamida, resinas de poliimidoamida, resinas de fenol cresol resinas de poliéster aromáticas, resinas de polifenilen éter y resinas de polidimetil siloxano, en combinación con un solvente y un relleno de sílice coloidal que es funcionalizado con al menos un organoalcoxisilano.
2. Una composición como en la reivindicación 1 , en donde el solvente es seleccionado del grupo que consiste de 1 -metoxi-2-propanoi, butil acetato, metoxietil éter, metoxi propanol acetato y metanol.
3. Una composición como en la reivindicación 1 , en donde el relleno de sílice coloidal comprende además dióxido de silicio en una cantidad que varía desde aproximadamente 15% en peso hasta aproximadamente 75% en peso de la composición.
4. Una composición de subllenado transparente que comprende una resina epóxica en combinación con un solvente y una dispersión de sílice coloidal funcionalizado, en donde el sílice coloidal funcionalizado que comprende además dióxido de silicio en el rango de aproximadamente 15% en peso hasta aproximadamente 75% en peso de la dispersión de sílice coloidal funcionalizado.
5. Un dispositivo de estado sólido que comprende: un chip; un substrato; y una composición de subllenado transparente entre el chip y el substrato que comprende una resina epóxica aromática en combinación con un solvente y una dispersión de sílice coloidal funcionalizado, en donde el sílice coloidal funcionalizado es funcionalizado con al menos un organoalcoxisilano.
6. Una composición transparente de materia para uso para formar un subllenado que comprende una resina curable en combinación con un solvente y un relleno de sílice coloidal que es funcionalizado con al menos un organoalcoxisilano.
7. Un método para producir una composición de subllenado transparente que comprende: funcionalizar el sílice coloidal de manera que se forme una dispersión concentrada estable de sílice coloidal; formar una dispersión concentrada de sílice coloidal funcionalizado que contiene aproximadamente 1 5% en peso hasta aproximadamente 75% en peso de sílice; mezclar las soluciones de monómeros epóxicos con la dispersión de sílice coloidal funcionalizado; remover el solvente para formar una película de resina de etapa B transparente, dura; y curar la película de resina de etapa B transparente para formar una resina termofijada de bajo CTE, alta Tg.
8. El método de la reivindicación 7, en donde el paso para formar una dispersión concentrada de sílice coloidal funcionalizado comprende colocar el sílice coloidal funcionalizado a una temperatura que varía desde aproximadamente 20°C hasta aproximadamente 140°C, bajo un vacío que varía desde aproximadamente 0.5 Torr hasta aproximadamente 250 Torr.
9. El método de la reivindicación 7, en donde el paso de mezclar soluciones de monómeros epóxicos con sílice coloidal funcionalizado comprende colocar los monómeros epóxicos en un solvente seleccionado del grupo que consiste de 1 -metoxi-2-propanol, butil acetato, metoxietil éter, metoxi propanol acetato y metanol.
10. El método de la reivindicación 7, en donde el paso de curar la pel ícula de resina de etapa B transparente comprende colocar la película de resina de etapa B a una temperatura que varía desde aproximadamente 50°C hasta aproximadamente 250°C a un vacío a una presión que varía desde aproximadamente 75 mmHg hasta aproximadamente 250 mmHg.
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