金属烧结膜组合物的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 背景
技术领域
[0002] 提供了用于在多个工业中粘接应用的金属膜。该金属膜尤其适用于半导体工业中 的应用，其中在应用中，该膜当被暴露于升高的温度条件时烧结并在两个其上应用该膜的 基材之间形成电性连接。
[0003] 相关技术的简要说明
[0004] 传统上，包含粘合剂树脂和导电性填充剂的导电性粘合剂组合物被用在半导体封 装和微电子装置的制造和组装中以在集成电路装置和其基材之间机械地附着并产生导电 性和/或导热性。这些为糊状组合物，当被用于大的粘接区域之上时，观察到在固化期间会 产生气孔并在角区渗出树脂残余物。气孔的存在会降低粘合剂的可靠性。
[0005] 因此，提供膜形式的导电性粘合剂组合物将会是有利的，因为以膜形式，观察到气 孔的减少，可维持改善的粘合线厚度的平整性，并且可以达到消除或至少减少树脂渗出或 者残余物在芯片或角区的边缘的累积。另外，最终使用者将受益于更简单的应用和减少的 溢出或污染机会。
[0006] 5?
[0007] 在本文中提供一种包含一种或多种金属和/或一种或多种金属合金的组合物，其 中该一种或多种金属和/或一种或多种金属合金以高恪点相和低恪点相存在，其中该低恪 点相在低于约300°C的温度时熔化。
[0008] 当暴露于高于50°C但低于约300°C的温度时，该低熔点相熔化并与该高熔点相形 成金属间化合物。通常，该金属间化合物以低于100%的水平形成于该组合物中。在一些情 况下，可能希望与待结合的表面形成金属间连接。
[0009] 该低熔点相基于该组合物以至少5重量％，例如30重量％的量存在。
[0010]期望地，该组合物为烧结膜形式。
[0011] 在替代的实施方式中，提供一种包含金属或金属合金和可分解有机粘合剂的组合 物，该组合物当暴露于高于50°C的温度时，其中该金属烧结并成为膜形式。此处，该金属在 该组合物中应以低于100%的水平烧结。
[0012] 在使用中，该组合物当以膜形式时被配置于半导体芯片和电路板或载体基材之 间。期望地，该组合物当以膜形式时被配置于硅晶圆的表面上，其中该硅晶圆的表面包含金 属化层。
[0013] 使用前，该组合物当以烧结膜形式时可以被认为是一种具有设置在载体上的烧结 膜的商品，所述载体例如载体膜、金属箱或陶瓷支撑体。
[0014] 实际上，一旦被配置于期望的基材上，该烧结膜将经受足以引起该膜进一步烧结 的升高的温度条件。该进一步烧结使得其间放置该膜的两个基材的结合。此处基材由金属、 金属氧化物或其他导电性材料，或用这些金属、金属氧化物或导电性材料涂覆、成层或图案 化构成，在该两个基材间形成电性互连。
[0015] 在本文中也提供一种制备烧结膜的方法，包括(a)在有或没有粘合剂情况下，在合 适的溶剂中分散该金属和/或金属合金，以形成烧结糊状物，（b)将该烧结糊状物施用于基 材上，和(c)加热该烧结糊状物以使其干燥形成烧结膜。加热该烧结糊状物以使其干燥形成 膜在本文中被称作B-阶段化。
[0016] 该烧结膜提供经济优势，因为其比可流动的导电组合物更清洁并且更容易使用。
[0017] 详细说明
[0018] 如上文所述，在本文中提供一种包含一种或多种金属和/或一种或多种金属合金 的组合物，其中该一种或多种金属和/或一种或多种金属合金以高熔点相和低熔点相存在， 其中该低熔点相在低于约300°C的温度时熔化。
[0019] 当被暴露于高于50°C但低于约300°C的温度时，该低熔点相熔化并与该高熔点相 形成金属间化合物。通常，该金属间化合物以低于100%的水平形成于该组合物中。在一些 情况下，期望与待结合的表面形成金属间连接。
[0020] 该低熔点相基于该组合物以至少5重量％，例如30重量％的量存在。
[0021 ]期望地，该组合物为烧结膜形式。
[0022] 也如上文所述，在替代的实施方式中，提供一种包含金属或金属合金和可分解有 机粘合剂的组合物，该组合物当被暴露于高于50°C的温度时，其中该金属烧结并成为膜形 式。此处，该金属在该组合物中应以低于100%的水平烧结。
[0023] 在使用中，该组合物当以膜形式时被配置于半导体芯片和电路板或载体基材之 间。期望地，该组合物当以膜形式时被配置于硅晶圆的表面上，其中该硅晶圆的表面包含金 属化层。
[0024]使用前，该组合物当以烧结膜形式时可以被认为是一种具有设置在载体上的烧结 膜的商品，所述载体例如载体膜、金属箱或陶瓷支撑体。
[0025] 该烧结膜被烧结到一定程度(烧结的相对量可以基于用于制备膜的成分的确切性 质改变）。如上文所述，金属以低于100%的水平烧结。
[0026] 实际上，一旦被配置于期望的基材上，该烧结膜将经受足以引起该膜进一步烧结 的升高的温度条件。该进一步烧结使得其间放置该膜的两个基材的结合。此处基材由金属、 金属氧化物或其他导电性材料，或用这些金属、金属氧化物或导电性材料涂覆、成层或图案 化构成，在该两个基材间形成电性互连。
[0027] 在使用多于一种金属或多于一种金属合金的实施方式中，该金属中的一种或该金 属合金中的一种将具有与其它相比更低的熔点相。
[0028] 在其它实施方式中，该烧结膜进一步包含固体或半固体有机粘合剂;该有机粘合 剂也可以具有助熔官能团。期望该有机粘合剂为在组合物中的金属或金属合金烧结时至少 部分分解的有机粘合剂。
[0029] 在其它实施方式中，该烧结膜被提供于载体上，例如剥离衬垫，以形成制品。在另 外实施方式中，该烧结膜被提供于最终用途基材上，例如硅芯片或晶圆、或金属电路板或 箱。在进一步的实施方式中，该烧结组合物被灌注入可被引入烧结后基质中或可在烧结过 程中被烧尽的载体(例如导电金属或聚合物网）或多孔基材(例如金属、陶瓷或聚合物基材） 中。此处，该烧结膜被配置于基材上，该基材可以包括聚酯片或涂覆聚硅氧烷的纸。
[0030] 该烧结膜视情况而定被形成为期望的厚度，以适用于目前的商业应用。例如，当铺 设于载体上时，该烧结膜可以形成〇.5-3mil的厚度。一旦将由此所形成的烧结膜应用于该 载体，该膜可以优选通过模切被切割至所需形状和尺寸，并且容易地被从该载体上移走或 者剥落并被放置在期望的界面位置上。在这方面，该膜可以视情况而定被预切割以用于给 定的商业应用。
[0031] 该烧结膜可以被形成作为被切割为规定尺寸的膜以快速准确地应用于给定的基 材，例如剥离衬垫，如由聚酯剥离基材或涂覆聚硅氧烷的基材制备的剥离衬垫。该烧结膜能 够被应用于这些基材上并且随后可以被运输至期望的地点，没有变畸形或其他变形。
[0032] 有利地，由于其以膜形式被运输的能力，因此该烧结膜处于有助于成为商品的状 态，由此它们在一个地点被制备，包装并运输到另一个地点以应用于给定的基材。
[0033] 形成于剥离基材上的烧结膜可以被预切割至所需尺寸，以致于形成多个膜片段， 其中每个膜片段可以被从基材上除去并选择性地置于期望的界面上。
[0034]适用于该烧结膜的金属可以为任何的导电金属和/或金属合金。在不同的实施方 式中，该金属和金属合金选自由银、铜、镍、锡和它们的任意合金组成的组。特别有用的合金 选自铜-锡、铜-锌、铜-镍-锌;铁-镍合金;锡-铋合金、锡-银合金、锡-银-铜合金;涂覆银的 铜-锌合金、涂覆银的铜-镍-锌合金、涂覆银的铜-锡合金、涂覆锡的铜和涂覆共熔锡:铋的 铜。进一步合适的金属选自涂覆金属的氮化硼、涂覆金属的玻璃、涂覆金属的石墨和涂覆金 属的陶瓷。这些和类似的金属和金属合金为商业上可购得的。
[0035] 也可以使用涂覆金属或金属合金的颗粒。例如，涂覆锡铋的铜，涂覆锡的铜和涂覆 银的氮化硼，仅为一些例子。涂覆金属或金属合金的颗粒可以被视为涂覆金属或金属合金 的核。
[0036] 该金属或金属合金可以为任何合适的形式，例如，粉末、薄片、球形、管材或线材。
[0037] 在进一步的实施方式中，可包括附加的导电颗粒，例如，石墨烯、碳纳米管或有机 导电聚合物。
[0038]当使用粘合剂时，该粘合剂为固体或半固体的化合物。在一个实施方式中，该粘合 剂具有助熔官能团；在一些实施方式中，该助熔官能团为来自选自羟基、羧基、酸酐基团、酯 基团、胺基团、酰胺基团、硫醇基团、硫酯基团及磷酸酯基团的基团。
[0039] 在一个实施方式中，该粘合剂为软化点低于5