環氧樹脂封裝和層壓粘合劑及其製備方法

2023-10-26 07:03:02

專利名稱：環氧樹脂封裝和層壓粘合劑及其製備方法
技術領域：
本發明的實施方案通常涉及用於封裝半導體器件的結構和方法，並且更特別地涉及半導體器件封裝粘合劑，其提供穩定的高電壓電氣操作。
背景技術：
隨著集成電路日益變得更加小型化並且產生更好的操作性能，用於集成電路(IC)封裝的封裝技術相應地從引線封裝逐漸發展成基於層壓的球陣列封裝(BGA)並且最終發展成晶片規模封裝(CSP)。獲得更好的性能、更加小型化以及更高可靠性的不斷増加的需求推動了 IC晶片封裝技術的發展。新的封裝技術不得不進一歩提供用於大規模製造目的的批量生產的可能性，從而允許規模經濟。·一些半導體器件和封裝包括高電壓功率半導體器件，其用作電カ電子電路中的開關或者整流器，例如開關模式電源。大多數的功率半導體器件僅用於整流模式中(即它們開啟或者閉合)，並且因而針對此而進行優化。許多功率半導體器件被用於高電壓功率應用中並且被設計為攜帯大量的電流並維持高電壓。在使用中，一些高電壓功率半導體器件通過功率覆蓋(POL)封裝和互連繫統的方式連接至外部電路，該POL封裝還提供了移除由器件產生的熱以及保護該器件免受外部環境影響的方式。標準的POL製造エ藝通常開始於將ー個或多個功率半導體器件通過粘合劑的方式放置在介電層上。金屬互連(例如銅互連)然後被電鍍至該介電層上從而形成至該功率半導體器件的直接金屬連接。該金屬互連可以是薄型(IoW profile)的形式(例如小於200微米厚)，平面的互連結構，其提供至/從功率半導體器件的輸入/輸出(I/O)系統的形成。某些封裝技術所固有的是使用通常具有5釐米或者更長長度的高電壓開關或者組件。典型地，這樣的開關包括梯形的橫截面或者外形輪廓(profile)，其附著至基底或者例如為聚醯亞胺樹脂薄膜(kapton)的支撐材料，之後電連接至組件內的其它的部件。該梯形的橫截面包括ー對平行表面，以及ー對彼此相対的不平行表面。典型地，該平行表面中的ー個包括開關的表面，其例如粘著至該聚醯亞胺樹脂薄膜，並且該平行表面中的另ー個包括接地層或者電源層。為了避免翹曲並保護該高電壓組件免於外部影響，通常施用密封劑(encapsulant)，其之後被雷射切割以電連接至接地層或者電源層。然而，因為熱效應、水吸收等，這樣的組件傾向於發生翹曲。而且，由於該密封劑還通常包括空隙或者可能被施用得太薄或者太厚，在高電壓操作期間可發生電暈放電和火花，其可導致性能退化以及早的使用期限故障。並且，對於在陽極和陰極連接之間提供介電隔離，能夠提供高反向擊穿電壓(例如，高至IOkV)的高介電材料通常提供給半導體ニ極管。然而，這樣的介電材料通常具有增加的厚度，其可與某些用於半導體ニ極管的POL封裝技術不相客，並且如果該厚度沒有被恰當地控制，其可導致增加的寄生電感。
因此，需要用於封裝高電壓開關以及組件的簡化方法，和改進的粘合剤。

發明內容
本發明為環氧樹脂封裝和層壓粘合劑及其製備方法。根據本發明的ー個方面，粘合劑包括環氧樹脂和硬化劑。該硬化劑包括三氧雜ニ胺(trioxdiamine)、ニ氨基ニ環己基甲燒、甲苯ニ胺和雙酹A ニ酐。根據本發明的另ー個方面，製備粘合劑的方法包括將多種反應物混合在一起以形成硬化劑，將該硬化劑與環氧樹脂混合以形成未固化的粘合劑混合物，並且固化該未固化的粘合劑混合物，所述反應物包括三氧雜ニ胺、ニ氨 基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚A ニ酐。根據本發明的又另ー個方面，形成半導體器件封裝的方法包括將半導體器件倚靠材料放置以在半導體器件和該材料之間形成間隔，將多種反應物混合在一起以形成硬化齊U，將該硬化劑與環氧樹脂混合以形成未固化的粘合劑混合物，將該未固化的粘合劑混合物放置在該間隔中，並固化該未固化的粘合劑混合物，所述反應物包括三氧雜ニ胺、ニ氨基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚A ニ酐。根據下文的詳細說明以及附圖，各種其它特徵以及優點將變得顯而易見。


附圖闡述了當前考慮用於實施本發明的優選的實施方案。在附圖中圖I為半導體器件封裝的示意性橫截面側視圖，其使用根據本發明的實施方案配製和製備的粘合劑/密封劑。圖2-13為在可受益於本發明實施方案的製造/構造方法的不同階段期間半導體器件封裝的示意性橫截面側視圖。圖14為流程圖，圖示了製備本發明實施方案的粘合剤/密封劑的方法。圖15為流程圖，圖示了製備環氧樹脂粘合劑和/或模製密封劑的方法。
具體實施例方式本發明的實施方案提供了用於具有高的擊穿電壓以及低的寄生電感的半導體器件封裝的粘合剤/密封劑，以及形成所述半導體器件封裝的方法。該粘合剤/密封劑的配製符合特定的需求，其包括但不限於低粘度、部分固化能力、低表面張力、低應力、工作壽命、室溫凝膠化、在所需要的雷射波長下雷射切割的能力、獲得和控制所需要的玻璃化轉變溫度的能力以及良好介電性能。製備該半導體器件封裝，使得使用多個具有不同厚度的介電層來鈍化該半導體器件的邊緣，且在半導體器件的上表面和下表面形成電互連繫統。參考圖1，結合本發明的一個示例性實施方案，示出半導體器件封裝10。半導體器件封裝10在其中包括半導體器件12，其可以是模具、ニ極管、或者其它的電子器件形式。半導體器件12為高電壓半導體ニ極管的形式，例如在反向具有反向偏壓(backbias)的光二極體。如在圖I中所示的，半導體器件12可具有梯形形狀，然而，應當認識到半導體器件12的其它的形狀和構型也是可以預想的，例如矩形形狀。此外，關於半導體器件12的形狀和尺寸，應當認識到半導體器件12為「更厚的」器件的形式，例如，半導體器件12具有的厚度/高度高達40mm或更大。半導體器件12包括由半導體材料形成的襯底14，所述半導體材料例如矽、碳化矽(silicon carbine)、氮化鎵、神化鎵、或者其它的半導體材料,其具有摻入其中的雜質以在ー側形成包含負電荷載流子(電子)的區域，稱為n型半導體，並且在另ー側形成包含正電荷載流子(空穴)的區域，稱為P型半導體。該襯底內這兩個區域之間的邊界被稱為PN結，其為ニ極管起作用的地方，且該襯底從P型側(即陽扱)向n型側(即陰扱)的方向傳導常規電流，但是不能在相反的方向上傳導。半導體器件12被稱為「高電壓」器件是因為其通常可在3kV或者更高的電壓下操作，且預想高於IOkV的電壓。多個金屬化電路和/或連接板(即終端)16在襯底上形成並且連接至P區域和N區域中的每ー個，通過其可以形成至半導體器件12的電連接。如在圖I中所示的，該電路/ 連接板16在襯底的表面18、20上形成，以使得半導體器件12的兩個表面可以形成電連接。半導體器件封裝10還包括第一鈍化層或者介電層22，其在半導體器件12的表面18、20和邊緣24的附近形成,從而覆蓋襯底14和金屬化電路/連接板16。第一鈍化層22為高性能薄膜的形式，例如氮化矽、氧化矽或者其它合適的介電材料，其可以包括根據本發明實施方案形成的粘合劑，其被施用在半導體器件12上以具有均一的厚度。根據本發明的一個實施方案，使用等離子增強的化學氣相沉積(PECVD)來施用第一鈍化層22從而具有約1-2微米的厚度。該第一鈍化層22由此用於鈍化半導體器件12的邊緣24並保護襯底14的表面以及金屬化電路/連接板16，例如在半導體器件封裝10的製造エ藝步驟中(例如蝕亥IJ、層壓等)，如在下文中詳細說明的。如在圖I中所示的，第一鈍化層22鄰接於半導體器件12的金屬電路/連接板16位置處的部分被移除，例如通過使用反應離子蝕刻(RIE)，從而提供與那些電路/連接板16的電互連。根據本發明的一個實施方案，其中半導體器件封裝10為光學活性器件的形式，第一鈍化層22為光學透明的，從而在允許光穿過其中的同時仍提供半導體器件封裝10的光學窗ロ 28的保護。然而，應當認識到該半導體器件12可以是器件/ニ極管的形式，其不是光學活性器件，並且因此所闡述的實施方案可不包括光學窗ロ 28，也不需要使用光學透明鈍化層。儘管第一鈍化層22用於鈍化半導體器件12的邊緣24並提供對於在其上形成的金屬電路/連接板16的保護性覆蓋，但還應當認識到該第一鈍化層22 (即氮化矽/氧化矽塗層)的薄度可能不足以支撐非常高的電壓。由此，半導體器件封裝10還可以包括第二鈍化層或者介電層30，其被施用在第一鈍化層22的上部井向外延伸至半導體器件12的邊緣24，且其間還可任選包括粘合層(未示出)，這取決於第二鈍化層30的形式。如在圖I中所示的，與第一鈍化層22相比，該第二鈍化層30作為更厚的層或者介電材料塗層來施用，從而提供更高的介電強度並提高半導體器件封裝10的擊穿電壓。根據本發明的一個實施方案，第二鈍化層30的厚度可大至l_2mm，並且還可由根據本發明實施方案形成的粘合劑形成。因為用於形成第一鈍化層22的氮化物和氧化物通常不可施用遠多於幾微米的厚度，所以第二鈍化層30可由與第一鈍化層22相同的或不同的材料形成，即提供與第一鈍化層22的已經施用的氮化物/氧化物薄膜具有良好相容性(即附著)的材料。因此第二鈍化層30可由這樣的材料形成,例如聚醯亞胺、環氧樹脂、聚對ニ甲苯(paralyene)、娃酮等等。第二鈍化層30可以是預成型層壓片或者薄膜的形式，其由Kapton 、Ultem 、聚四氟こ烯(PTFE)、upilex 、聚碸材料(例如Udel 、RadeM)或者其它的聚合物膜，例如液晶聚合物(LCP)或者聚醯亞胺材料形成。根據本發明的一個實施方案，第二鈍化層30使用環氧樹脂形成，其利用在下文的圖14中描述的胺-醯亞胺硬化劑來固化。或者，第二鈍化層30可以是液體的形式，並且通過噴塗應用、模製エ藝或者選擇性沉積エ藝(例如「直寫」)中的一種來施用，如將在下文詳細描述的。無論由介電材料形成的第二鈍化層30是以層壓的形式、液體的形式還是其組合的形式來施用，該第二鈍化層30均以可控的方式施用在半導體器件12的邊緣24上，以使得其厚度足以用於期望的/需要的介電強度，但是仍沒有過度地増加半導體器件12的感應迴路。因此，第二鈍化層30的典型厚度對於每1000伏特的所需介電擊穿強度為例如在約10-50微米的範圍內。因此，第一鈍化層22可以包括氮化物、氧化物、或者其它提供改進介電強度的已 知電介質，並且可以由根據本發明實施方案形成的粘合劑/密封劑來形成。第二鈍化層30可以由相同的材料形成。由此，根據本發明，層22、30中的一者或者二者均可以由根據本發明實施方案形成的粘合劑/密封劑來形成。如在圖I中進ー步所示的，根據本發明的一個實施方案，基底介電層42被施用至半導體器件12的表面18，以使得完全圍繞半導體器件形成更厚的介電層(即第二鈍化層30和層42的組合圍繞半導體器件12形成)。根據ー個實施方案，介電層42由根據本發明實施方案形成的粘合劑/密封劑來形成。第一和第二鈍化層22、30中的-每ー個，以及基底介電層製件和被固定至基底介電層壓製件42的其它的介電薄膜38的層壓片，選擇性地圖案化(pattern)以在其中形成多個通路和/或開ロ 34。該通路/開ロ 34在相應於在半導體器件12上形成的金屬化電路/連接板16的位置處形成，從而暴露該電路/連接板16。根據本發明的一個實施方案，該通路/開ロ 34通過雷射切割或者雷射打孔エ藝的方式穿過第一和第二鈍化層22，30、基底介電層壓製件42以及介電薄膜38來形成，其在施用層22，30，基底介電層壓製件42以及介電薄膜38至半導體器件12上之後來進行。根據本發明的一個實施方案，雷射切割利用具有350nm波長的雷射來進行，並且用於形成第一和第二鈍化層22、30以及基底介電層42中的ー個或全部的粘合劑被配製為對於特定的350nm波長的雷射能量具有特製的敏感性。或者，通路/開ロ 34可以通過雷射切割或者雷射打孔エ藝的方式在第二鈍化層30和/或介電層壓製件42、38中預成型，其在將其施用在第一鈍化層22上之前進行，再次使用對於特定的350nm波長的雷射能量具有特製敏感性的粘合剤。在其中通路/開ロ 34穿過第二鈍化層30和介電層壓製件42、38而被預打孔的實施方案中，可以將通路/開ロ 34向下延伸穿過第一鈍化層22至電路/連接板16來實施單獨的反應離子蝕刻(RIE)エ藝。根據本發明的其它實施方案，還應當認識到通路/開ロ 34可以通過其它方法形成，包括等離子蝕刻、光界定(photo-definition)或者機械打孔エ藝。在每個通路/開ロ 34中形成有金屬互連36，其向下延伸穿過通路/開ロ 34至半導體器件12上的電路/連接板16。金屬互連36由此形成至電路/連接板16的直接金屬和電連接，且該互連以緊密地封裝、密閉的排列形成。金屬互連36通過施用金屬層/材料的方式形成，例如通過濺射或者電鍍エ藝，並且之後使所施用的金屬材料圖案化為具有所期望形狀的金屬互連36。金屬互連36通過濺射エ藝施用鈦粘合層和銅晶種層來形成，接下來通過在其上電鍍額外的銅來增加金屬互連36的厚度。如在圖I中所示的，在半導體器件12的表面20上，金屬互連36的銅鍍層從半導體器件12的電路/連接板16向外延伸通過通路/開ロ 34，並且向外穿過第二鈍化層30外表面，向外經過半導體器件12的邊緣24，且向外延伸經過半導體器件12的邊緣24的該區域中的互連36在固定至基底介電層壓製件42的介電薄膜38的其它層壓片上形成。在半導體器件12的表面18上，金屬互連36的銅鍍層從半導體器件12的電路/連接板16向外延伸，通過在基底介電層壓製件42和介電薄膜38中形成的通路/開ロ 34，並且向外穿過介電薄膜38的外表面，且互連36 (向外延伸經過薄膜38上和與互連36相対的薄膜38 —側上的半導體器件12的邊緣24)在表面20上形成，從而與其電絕緣。有益地，半導體器件封裝10的結構導致具有高擊穿電壓和低電感迴路的封裝。即，第一和第二鈍化層22，30以及互連36的排列可以提供IOkV的高擊穿電壓，且其厚度是受控的，從而還可降低半導體器件封裝10的陽極和陰極之間的寄生電感。半導體器件封裝 10的結構允許在改進的/有效的操作頻率下對其進行操作，這使得後續信號傳輸(例如，用於傅立葉處理的方形波脈衝的產生)的開關時間降低以及信號強度改善。參考圖2-10，闡述了半導體器件封裝10的製造技術的多個過程步驟。如在圖2中所示的，半導體器件封裝10的構建過程開始於將第一鈍化或者介電層22施用到半導體器件12上。該第一鈍化層22在半導體器件12的表面18、20和邊緣24的周圍形成，從而覆蓋半導體器件的襯底14和金屬化電路/連接板16。第一鈍化層22可以是根據本發明實施方案形成的粘合劑的形式，其包括包埋材料，例如氮化矽或者氧化矽，其被施用在半導體器件12上從而具有均一的厚度。根據本發明的一個實施方案，第一鈍化層22使用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來施用從而具有約1-2微米的厚度。該第一鈍化層22由此用於鈍化半導體器件12的邊緣24並保護襯底14的表面18、20以及金屬化電路/連接板16。現在參考圖3，在構建過程的下一個步驟中，第一鈍化層22施用在其上的半導體器件12被放置在粘合層40以及附隨的以層壓製件/薄膜形式的基底介電層42中。如在圖3中所示的，半導體器件12被放置在粘合層40和介電層42上使得其表面18被固定至層40、42，且半導體器件12的表面20保持開放。該介電層42可以由多種介電材料中的ー種來形成，介電材料例如Kapton 、Ultem 、聚四氟こ烯(ptfe)、Upilex 、聚碸材料(例如Udel 、Radel )或者其它的聚合物膜，例如液晶聚合物(LCP)或者聚醯亞胺材料。根據本發明的一個實施方案，介電層42利用環氧樹脂來形成，其使用下文圖14中描述的胺-醯亞胺硬化劑來固化。在將半導體器件12放置在粘合層40和基底介電層壓製件42上時，粘合層40被固化以將半導體器件12固定在介電層壓製件42上。該構建過程繼續將另一介電或鈍化層(即第二鈍化層)施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上。如在下文的圖4-7中所示和描述的，應當認識到這樣的介電層可以根據幾種施用方法中的一種來施用，例如通過施用介電材料的預成型層壓片或薄膜層的方式或者通過噴塗施用、模製エ藝或者選擇性沉積エ藝(即「直寫」)來施用液體介電材料的方式。參考圖4A-4C，介電材料44被施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上，且其間包括粘合層46 (例如B-staged膠粘的粘合劑)以將介電材料44的薄片緊固至半導體器件12。如在圖4A中所示的，介電薄片44的厚度大於第一鈍化層22的厚度，且介電薄片44的厚度基於半導體器件12所需要的介電擊穿強度來確定和控制。通常，對於每IkV所需的介電擊穿強度，介電薄片44的厚度範圍可為約10-50微米。根據ー個實施方案，替代介電薄片44和粘合層46，提供包括本發明實施方案組合物的環氧樹脂或密封劑，並且提供按照本發明實施方案的製備方法。如在圖4A中所示的，當介電材料44以層壓片的形式被施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上吋，間隔或者空隙48可保持在半導體器件12的邊緣24附近，其被稱為「隆起(tenting)」。如在圖4B中所示的,該空隙48在構建過程的下一個步驟中被填充有接下來被固化的環氧樹脂或者聚醯亞胺材料50，其中環氧樹脂或者聚醯亞胺材料50為環氧樹脂或者密封劑，其包括根據本發明實施方案的組合物和製備方法。空隙48從一端填充環氧樹脂/聚醯亞胺50，且在另一端提供排氣孔(未示出)來排出空氣。應當認識到如果沒有看見隆起，那麼圖4B中所圖示的步驟將是不需要的。現在參考圖4C，介電材料52的額外層壓片可以施用在半導體器件12的表面20和·邊緣24上，這取決於半導體器件封裝10的電需求(例如為了進一步增加介電強度)，或者額外的層可以被提供至其中(替代材料52)，其使用包括本發明實施方案組合物的環氧樹脂或密封劑以及根據本發明實施方案的製備方法。由此，額外的介電材料52可以被放置在介電薄片44的上部(在一個實施方案中粘合層54被包括在其間,其中材料52為薄片)從而將薄片44、52緊固在一起。儘管在圖4C中未示出，但額外的薄片或者其它的介電材料仍然還可以根據需要而添加在半導體器件12的表面20上。現在參考圖5，根據本發明的另ー個實施方案，通過噴塗施用將液體介電材料41施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上。根據ー個實施方案，該液體介電材料利用環氧樹脂來形成，其使用胺-醯亞胺硬化劑進行固化，在下文的圖14中對其進行說明。在成型後，將液體介電材料噴射在半導體器件12上使得形成厚度大於第一鈍化層22厚度的介電層58，且介電層58的厚度基於半導體器件12所需要的介電擊穿強度來確定和控制。如上所述的，對於每IkV的所需要的介電擊穿強度，介電層58的厚度範圍可為約10-50微米。取決於介電層58的所期望的厚度和幾何形狀，可能需要進行多個噴塗步驟。現在參考圖6A-6C，根據本發明的另ー個實施方案，將液體介電材料施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上，其利用模具來控制所獲得的介電層的形狀和厚度。如在圖6A中所示的，半導體器件12和介電層42被翻轉以使得半導體器件12向下。然後將半導體器件12放置在位於其下方的模具60中，且例如通過在模具60中央形成的突起62將半導體器件12保持在模具60中適當的位置，並且使得在半導體器件12和模具60之間形成間隔。例如通過銷對準機構(未示出)將半導體器件12準確地放置在模具60中。在下ー個步驟中，並且如在圖6B中所示的，利用液體介電材料64來填充模具60，例如根據本發明實施方案形成的並且在下文中關於圖14描述的環氧樹脂或者聚醯亞胺，且將該液體通過在模具中提供的填充ロ(未示出)進行注射並被注射進入半導體器件12和模具60之間的間隔。在模具中還提供有排氣ロ(未示出)從而使得能夠注射介電材料64。在用液體介電材料64填充模具60吋，該介電材料被固化並且模具被移出，如在圖6C中所示的，從而在半導體器件12的表面20和邊緣24上形成製成的介電層66。當模具60由Teflon 或者類似材料構成吋，當從其上移出半導體器件12時，介電層64就不會粘著至模具60。
現在參考圖7，根據本發明的又另ー個實施方案，通過選擇性沉積エ藝或者「直寫」エ藝的方式將液體介電材料45施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上。在將介電材料45直寫在半導體器件12上的過程中，利用可編程分配工具(未示出)對介電材料45進行分配，該工具將液體形式的介電材料沉積成線或者點70。例如，該可編程分配工具可以是噴墨印刷類型設備的形式，其選擇性地將液體形式的介電材料45沉積成線或者點70。線/點70被描畫以獲得半導體器件12所必需的覆蓋並且可以以多層施用從而獲得介電材料所必需的幾何形狀和厚度。所施用的介電材料的線/點70之後被固化以完成鈍化。現在參考圖8，通過圖4-7的實施方案中所示的和描述的技術中的ー種將第二介電或者鈍化層(通常此後表示為30)施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上時，半導體器件封裝10的構建過程可繼續進行第二鈍化層30的切除。即，應認識到在某些情況中，可能得不到第二鈍化層30所期望的精確幾何形狀/厚度，並且可能需要對外形輪廓進行輕微的改迸。ー種所使用的方法為雷射切割，或者類似的方法以 切除多餘的材料從而獲得鈍化層30所必需的外形輪廓。如此，從根據本發明的環氧樹脂/密封劑製備中衍生出的許多有益特性中，正如將在下文中進ー步說明的，期望鈍化層30可用雷射進行切割。用於切割的典型雷射包括具有350nm波長的相干光束。由此，根據本發明並且將被描述的，製備本文描述的用於鈍化層(在這種情況下為第二鈍化層30)的環氧樹脂/密封劑，其包括對於特定的350nm的雷射切割具有靶向敏感性。即，在上文所述的晶片組件中，其中期望高介電強度材料並且其中可進行雷射切割以形成通路(via)，可以使用本發明實施方案以使得該材料對於350nm的切割具有特定的敏感性。如在圖8中所示的，所示的鈍化層30具有梯形的形狀從而匹配半導體器件12的梯形形狀；然而，應當認識到鈍化層30和半導體器件12兩者的其它形狀和構型也可預想，例如矩形的形狀。使用雷射切割或者其它的方法對第二鈍化層30的厚度和/或幾何形狀進行的改進可以對如上所述的任何介電材料的施用方法實施，包括層壓施用(圖4A-4C)，噴塗施用(圖5)，模製施用(圖6A-6C)，或者直寫施用(圖7)。因此，上文討論的任何介電材料都可以根據本發明的實施方案來製備，並且特別是其中期望利用雷射切除多餘材料的施用。然而，如果第二鈍化層30所希望的幾何形狀在將介電材料初歩施用在半導體器件12上時獲得，例如特別是使用模製施用或者直寫施用可預想的，那麼應認識到切除第二鈍化層30以改變其厚度和幾何形狀可省略。如圖8進ー步所示，半導體器件12被「修整」以使得沿著半導體器件12的邊緣24向外延伸經過第二鈍化層30所希望的外形輪廓的任何介電層壓製品(以及所附的粘合層)部分均被移除。根據在圖8中所示的，基底介電層壓製品42和粘合層40的部分從半導體器件12上進行修整，例如通過雷射切割，並且使用如根據本發明實施方案所述的介電材料。然而，應認識到沿著半導體器件12的邊緣24向外延伸經過第二鈍化層30所希望的外形輪廓的另外介電層壓製件也可以被修整，例如圖4C中所示的介電層壓製件52(和粘合層56)。類似於將任何的多餘材料從圍繞半導體器件12的表面20和邊緣24形成的介電材料中移除，沿著半導體器件12的邊緣24向外延伸經過第二鈍化層30所希望的外形輪廓的任何介電層壓製件42的修整可實施從而獲得附著至半導體器件12的介電層42剰餘部分的所期望形狀。由此，在圖8的實施方案中，從基底介電層壓製件42向外對半導體器件12的修整可以以一定的角度進行從而圍繞半導體器件12保持第二鈍化層30的整體梯形形狀。現在參考圖9，在第二鈍化層30成形並且從基底介電層42向外對半導體器件12進行修整時，鈍化的半導體器件72由此而形成。鈍化的半導體器件72接下來通過粘合層76附著至介電薄片(例如聚醯亞胺薄片)74。如在圖9中所示的，介電薄片74包括在其中開啟(opening)預切割的窗ロ 78，其尺寸通常相應於半導體器件12的尺寸。然而，應認識到介電薄片74還可以是連續薄片的形式(即在其中沒有預切割的窗ロ)，並且在將鈍化的半導體器件72放置在介電薄片74上後，隨後可在其中形成窗ロ。在將鈍化的半導體器件72緊固至介電薄片74上吋，半導體器件封裝10的構建過程接下來進行圖10-13中所圖示的圖案化和互連步驟。關於這些構建步驟，應認識到用於將第二鈍化層30施用在半導體器件12的表面20和邊緣24上的技術將決定所需要的確切的步驟，其涉及使鈍化層30圖案化並且與半導體器件12的頂部和底部電互連。在圖案化和互連步驟中所使用的確切構建過程步驟的這樣的變形將在下文中指出。參考圖10，通路和接觸區域(即開ロ)34在第一和第二鈍化層22、30中形成從而提供至半導體器件12的電路/連接板16的入ロ。通路/開ロ 34在相應於在半導體器件·12上的電路/連接板16的位置處形成，且通路/開ロ 34向下形成至第一鈍化層22，該第一鈍化層22在那些電路/連接板16上形成。根據本發明的實施方案，該通路/開ロ 34可以通過雷射切割或者雷射打孔エ藝、等離子體蝕刻、光界定、或者機械打孔エ藝的方式來形成。在本發明的一個實施方案中(其中第二鈍化層30以ー個或多個介電層壓製件/薄片的形式來施用，例如在圖4A-4C中所示的薄片44、52)，通路/開ロ 34可通過機械打孔穿過施用在半導體器件12上的介電層和粘合層。在本發明的一個實施方案中(其中第二鈍化層30例如通過在圖5-7中的噴塗、直寫或者模製來施用)，通路/開ロ 34可以使用雷射切割或者雷射打孔，並且使用包括本發明實施方案組合物的介電材料和根據本發明實施方案的製備方法，在鈍化層30中需要與器件12互連的區域中形成。然而，將認識到施用第二鈍化層30的某些方法可不需要隨後對在其中的通路/開ロ 34進行切割或者打孔。例如，對於使用模具或者直寫技術的介電材料的施用，ー個或多個通路/開ロ 34可已經在第二鈍化層30中形成。在圖案化/互連過程的下一個步驟中，並且如在圖11中所示的，通過在相應於通路/開ロ 34的位置移除存在於電路/連接板16上的第一鈍化層22，將通路/開ロ 34進ー步向下延伸至半導體器件12上的電路/連接板16。鄰接半導體器件12的金屬電路和連接板16的第一鈍化層22可以通過反應離子蝕刻(RIE)エ藝的方式來移除，但可以預想到也可應用其它合適的技木。通過移除第一鈍化層22的方式延伸通路/開ロ 34時，半導體器件12的電路/連接板16被暴露從而提供與那些電路/連接板的電互連。在向下至電路/連接板16的通路/開ロ 34形成完成吋，通路/開ロ 34被浄化(例如通過RIE脫菸灰(desoot)過程)並且隨後被金屬化以形成互連36，如在圖12中所示的。金屬互連36通常通過濺射和電鍍施用的結合來形成。例如，鈦粘合層和銅晶種層首先可通過濺射エ藝，隨後通過增加銅的厚度至所需要的水平的電鍍エ藝來施用。然後所施用的金屬材料被圖案化為具有所需形狀的金屬互連36。如在圖12中所示的，金屬互連36形成至半導體器件12上的電路/連接板16的直接金屬和電連接。金屬互連36從半導體器件12的電路和/或連接板16向外延伸通過通路/開ロ 34，並且向外穿過半導體器件12的相對表面18、20。金屬互連36進ー步在介電薄層74的相對表面上向外延伸經過半導體器件12的邊緣24，例如以在介電薄層74上的銅鍍層的形式。
根據本發明的一個實施方案(其中半導體器件12為光二極體(即具有基於光開關的ニ極管)的形式)，進行進一步的圖案化步驟以移除基底介電層42的額外部分80。如在圖13中所示的，從鈍化的半導體器件72的表面18切除基底介電薄層42和粘合層40的部分80，其中金屬電路/接觸16用作該切割的託架(backstop)或者掩模。開啟窗ロ 82由此在鈍化的半導體器件72的表面18上形成，其允許光到達光二極體12。在這樣的實施方案中，將認識到第一鈍化層22可由光學透明和防反射材料構成，其允許光從其中通過，同時仍提供對於半導體器件封裝10的光學窗ロ 82的保護。貫穿上述附圖(包括圖I的半導體器件封裝和圖2-13中器件製造和構建的各個階段)中所描述的，提供了介電層或者鈍化層，其包括本發明突施方案的組合物，以及提供了根據本發明另一個實施方案形成組合物的方法。因此，根據本發明的一個實施方案，公開了具有如下有益特性的粘合劑 低粘度，以使得能夠填充模具中的緊密公差並且還允許在介電薄膜上的旋轉塗覆(對於當其用作層壓製件粘合劑時的方法)； 對於層壓製件當旋轉塗覆到薄膜上吋「部分固化」粘合劑的能力，並且由此在層壓過程中控制其流動性能，並從而在晶片周圍獲得所需要的介電厚度； 低表面張力，以幫助不含空隙的封裝-摸制和層壓兩者，其中「潤溼」該表面幫助消除空隙並提供用於層壓的更為平滑的旋轉塗覆薄膜(沒有障礙物(pullback)，魚眼(fish-eye)-當該材料用作安裝在介電薄膜(柔性基板上的晶片(chip on flex))上的部件的底層填料(underfill)時，或者在低應カ下潤溼(底部填料)並固化的能力允許柔性基板上的部件沒有空隙和翹曲地封裝的情況下，其也是有用的)； 低應カ(即對固化和低存儲模量的最小限受的皺縮)以防止大型晶片的翹曲-可用於模製、層壓、底部填料等等； 合理的(> I小時)工作貯存期，一旦混合樹脂和硬化劑以允許脫氣和施用至模具中和/或旋轉塗覆在薄膜上以及隨後的層壓； 在室溫或者低溫下(彡60 □)基本上固化(或者凝膠化)的能力(這使得能夠不含空隙地膜制和/或層壓，因為更高的溫度増加粘合劑組分的蒸氣壓，其可導致空隙，並且一旦「基本上」固化完成，可施用高溫以完成固化，而不用考慮空隙的形成和/或額外的溢出); 在約350nm的充足吸收，以允許將材料從晶片的所選擇區域雷射切割； 足夠高的玻璃化轉變溫度(Tg)，以防止在切割過程中環氧樹脂的溶脹和/或液化；和 介電性能能夠經受高頻/低損耗操作所需要的高電壓操作環境。根據本發明，低分子量、胺封端的聚醯亞胺低聚物被合成、脫氣並被加入至脂環族的胺化合物中以獲得具有特定胺當量的液體胺固化劑。當與液體環氧樹脂混合的時候，該材料形成可用於晶片封裝、層壓粘合劑等等的低粘度溶液。該共混物可在室溫下在數小時內凝膠化，並且在暴露至熱時完全固化。所公開的含有聚醯亞胺的環氧樹脂共混物増加了該材料在350nm下的吸收，其允許利用具有350nm波長的雷射進行潔淨的雷射切割圖案化。胺硬化劑為三氧雜ニ胺、ニ氨基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚A ニ酐的共混物。其通過將ニ酐加入至過量的ニ胺共混物中，並且加熱以除去亞胺化的水來製備。該最終製品包含低分子量(MW)胺封端的醯亞胺低聚物以及某些游離ニ胺。這提供了由於醯亞胺鍵的存在而強烈吸收的硬化劑，但是仍然具有足夠低的粘度以在室溫下與環氧樹脂混合。該醯亞胺低聚物還改進了最終固化共混物的熱性能和電性能，以及降低了固化時的皺縮。根據ー個實施方案，與胺硬化劑一起使用的環氧樹脂為ニ環氧樹脂例如液體脂環族的樹脂。在一個實施方案中，脂環族的樹脂為Araldite CYl84(Araldite為瑞士Huntsman Advanced Matedials的註冊 商標)，任選混合有雙酹A和雙酹F樹脂。這樣的製品通常在使用之前進行蒸餾以確保高純度(低滷素含量)，並且因為它們為縮水甘油基環氧樹脂，所以均與胺硬化劑充分反應。在環氧樹脂密封劑的最終混合過程中還包括少量的Zonyl FSN-100非離子氟表面活性劑(Zonyl為Du Pont, Delaware Corporation的註冊 商標)。該材料降低了環氧樹脂共混物和襯底之間界面處的表面張力，提供了更好潤溼和更平滑的塗層。
參考圖14，下文的技術100描述了該粘合劑是如何根據本發明的實施方案來製備的向圓底反應燒瓶中加入如下的反應物 80克-4，7，10-三氧雜十三烷-I，13-ニ胺(也稱為三氧雜ニ胺，麗=220克/摩爾)(步驟102)；*80克-雙(p-氨基環己基)甲烷(也稱為ニ氨基ニ環己基甲烷或者雙-PACM，MW = 210克/摩爾)(步驟104)；*1.0克-2，4—ニ氨基甲苯(也稱為甲苯ニ胺或者TDI，麗=122克/摩爾)(步驟106);和 32克-4，4-雙酚A ニ酐(也稱為雙酚A ニ酐或者BPADA，麗=520克/摩爾)(步驟108)。在步驟110，該混合物在部分真空( 50託)下邊攪拌邊加熱從而能夠使酐基和胺縮合亞胺化反應，導致形成水。在大約I小時的加熱過程期間，亞胺化的水伴隨著某些ニ胺反應物在約160。で至190°C的溫度範圍內從反應物中蒸餾112。獲得約66g的蒸餾物，由2. 2g的水以及各32g的三氧雜ニ胺和雙-PACM組成。丟棄該蒸餾混合物，得到胺-醯亞胺混合物114。 向胺-醯亞胺混合物中加入如下的材料.20克_3，3』 - ニ甲基-4，4』 ニ氨基-ニ環己基甲烷(也稱為ニ甲基雙-PACM，麗=238克/摩爾)(步驟116)。在共混後，該胺硬化劑混合物完成118並且獲得透明、黃色液體，其在室溫下具有約10，000釐泊的粘度。參考圖15，環氧樹脂粘合劑和/或模製密封劑用該胺混合物使用如下的配方來製備200 2. 2g-胺/醯亞胺硬化劑(如上所述製備並在步驟118完成)(步驟202)； 5. Og- ニ縮水甘油基I，2-環己烷ニ羧酸酯(也稱為脂環族ニ環氧樹脂，MW = 284克/摩爾)(步驟204);和 0. 02g Zonyl FSN-100氟表面活性剤。Zonyl FSN-100為水溶性的、不包含溶劑的こ氧基化的非離子氟表面活性劑(步驟206)。將上述材料在小型混合容器中混合或共混在一起208，將其倒入分配試管中並在真空下於40°C脫氣210約30分鐘。當冷卻至室溫時，所得共混物具有約2500釐泊的粘度並且在其由於固化而緩慢地開始增加粘度之前，穩定約I小時的時間以便使用212。環氧樹脂共混物的最終固化通常如下實現用15小時的室溫固化，隨後在2小時內加熱至180°C並且在該溫度下溶脹30分鐘。固化的環氧樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg)為80°C，這通過差示掃描量熱法來測量。可改進該組合物以得到增加的玻璃化轉變溫度(Tg)(加入更多的4，4-雙酚A ニ酐和/或ニ(p-氨基環己基)甲烷)，増加的吸光率(加入更多的ニ氨基甲苯)，更低的粘度(増加4，7，10-三氧雜十三烷-I，13—ニ胺)和通過加入加速劑例如三(ニ甲基氨基甲基)苯酚更快固化。而且，可通過如下改進該環氧樹脂部分使用例如為雙酚A ニ環氧樹月旨、雙酚F ニ環氧樹脂、環氧酚醛樹脂(epoxy novolacs)、縮水甘油醚ニ環氧樹脂和其它的樹脂或其組合來代替部分或者全部的液體環氧樹脂。如本領域已知的，雙酚和酚醛環氧樹脂不是脂環族的，而是包含芳香族的樹脂，並且縮水甘油醚樹脂為脂肪族的而非脂環族的。目的在於獲得液體環氧樹脂共混物，其可以用作密封劑、底層填料和粘合劑，其在混合以及 固化時提供上文列出的所有需求。根據本發明的一個實施方案，粘合劑包括環氧樹脂和硬化劑。該硬化劑包括三氧
雜ニ胺、ニ氨基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚A ニ酐。根據本發明的另ー個實施方案，一種製備粘合劑的方法，包括將多種反應物混合在一起以形成硬化劑，該反應物包括三氧雜ニ胺、ニ氨基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚Aニ酐；將該硬化劑與環氧樹脂相混合以形成未固化的粘合劑混合物；以及固化該未固化的粘合劑混合物。根據本發明的又另ー個實施方案，ー種形成半導體器件封裝的方法，包括將半導體器件倚靠材料放置從而在半導體器件和該材料之間形成間隔；將多種反應物混合在一起以形成硬化劑，該反應物包括三氧雜ニ胺、ニ氨基ニ環己基甲烷、甲苯ニ胺和雙酚A ニ酐；將該硬化劑與環氧樹脂相混合以形成未固化的粘合劑混合物；將該未固化的粘合劑混合物放置在該間隔內；和固化該未固化的粘合劑混合物。該書面描述利用實施例來公開本發明，包括最佳模式，並且還能夠使本領域任何技術人員來實施本發明，包括製造和使用任何器件或系統，並且進行任何結合的方法。本發明可專利性的範圍通過權利要求書來限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實施例。這些其它實施例意欲在權利要求書的保護範圍內，如果它們具有的結構元素並不與權利要求書的文字語言不同的話，或者如果它們包括的等價結構元素與權利要求書的文字語言無本質區別的話。儘管本發明僅關於有限數量的實施方案來詳細地描述，但應當容易地理解本發明並不限制在這些所公開的實施方案中。與此相反地，可改進本發明以結合任意數量至此未被描述的變形、變化、替代或者等價的排列，但是其與本發明的精神和範圍相當。此外，儘管已描述本發明的各個實施方案，但應當理解本發明的方面可僅包括某些所述的實施方案。因此，不應認為本發明受到前述描述的限制，而是僅通過所附權利要求書的範圍來限定。
權利要求
1.ー種粘合劑(200)，其包括 環氧對脂(204);和 硬化劑(100，202)，所述硬化劑包括 三氧雜ニ胺(102)； ニ氨基ニ環己基甲烷(104)； 甲苯ニ胺(106);和 雙酚A ニ酐(108)。
2.權利要求I的粘合劑(200)，其還包括水溶性的こ氧基化的表面活性劑(206)。
3.權利要求I的粘合劑(200)，其中所述環氧樹脂(204)包括液體ニ環氧樹脂。
4.權利要求3的粘合劑(200)，其中所述液體ニ環氧樹脂包括脂環族環氧樹脂、雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、環氧酚醛樹脂以及縮水甘油醚環氧樹脂中的ー種。
5.權利要求I的粘合劑(200)，其包括加速劑，所述加速劑包括三(ニ甲基氨基甲基)苯酚。
全文摘要
一種粘合劑，其包括環氧樹脂和硬化劑。所述硬化劑包括三氧雜二胺、二氨基二環己基甲烷、甲苯二胺和雙酚A二酐。
文檔編號C09J11/06GK102952511SQ201210395120
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者T·B·戈爾茨卡, P·A·麥康奈李 申請人:通用電氣公司