专利名称：用于陶瓷mcm c4保护的新颖的可再加工的底部填充的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含电子器件的芯片，并且特别地涉及多芯片陶瓷模块 (MCM)，所述MCM包含通过焊料凸起电连接到基底的多个芯片，使 用可再加工的组合物来底部填充芯片，该可再加工的组合物允许从模块去 除或替换一个或多个芯片。
背景技术：
例如多芯片陶瓷模块(MCM)的电子部件是用于许多高端计算机服 务器和主框架的关键部件。MCM特别重要，因为它们包含在基底上的许 多芯片。然而，如果芯片之一由于电问题而有缺陷，则必须替换它。在没 有能力替换芯片的情况下，通常称为芯片的在加工，MCM的成本变得可 以抑制。可控坍塌芯片连接是国际商业机器公司(IBM)所开发的作为布线接 合的替代物的互连技术。该技术通常称为C4技术或倒装芯片封装。广泛 而言，将一个或多个集成电路芯片安装在单或多层基底之上，并且每个芯 片上的衬垫通过例如焊料凸起的多个电连接而电连接到基底上对应的衬 垫。可以通过焊料凸起阵列例如10x10阵列将集成电路芯片装配在基底上。 然后，典型地通过插头(phi)连接器将芯片凸起的基底电连接到另一电子 装置例如电路板，在电子装置例如计算机中使用整个封装。在美国专利No.5，191，404中描述了倒装芯片封装，通过引用将其结合 于此。 一般地，倒装芯片接合是许多应用所需要的，因为将芯片接合到基 底所需要的足印(footprint)或面积等于芯片自身的面积。倒装芯片接合 还开发了相对小的焊料凸起，其典型地测量约lmil至1.5mil的高度和约2至4mil宽度以将芯片上的衬垫接合到基底上对应的衬垫。通过在升高的温 度下回流以同时形成电和机械互连。C4接合方法是自对准的，因为焊料的 湿润作用将芯片的凸起图形对准对应的基底衬垫。该作用补偿了在芯片设 置期间可以发生的达到几个mil的芯片到衬底的未对准。在接合的倒装芯片封装中，由每个表面上的衬垫的厚度和村垫之间的 焊料凸起连接而产生的在集成电路芯片的包含衬垫的表面与接合的基底的 包含衬垫的表面之间的开口或空间是必须的。该开口空间不能被容忍，因 为对焊料凸起连接的任何干扰都将不利地影响封装的性能。例如，来自于 腐蚀性环境或来自用于增加从芯片的热传导的热糊的注入的湿气、移动离 子、酸或碱种(species)、以及归因于焊料凸起电连接的可能的损坏的芯 片的机械完整性都是严重的问题。为了解决这些问题，典型地使用各种类 型的材料例如液体完全封装接合的集成电路芯片和基底的焊料凸起，并且 围绕芯片边缘使用这样的密封剂以密封接合的开口 。倒装芯片接合在电子制造中提供了许多优点，最重要的一个是能够去 除或替换芯片而不毁坏基底和相邻的芯片。通过加热和从基底提升芯片来 去除芯片并且典型地使用新芯片来替换被称为再加工，并且可以进行多次 上述过程而不会劣化再加工的电子组件的质量或可靠性。然而，倒装芯片封装的密封存在再加工和其他问题。倒装芯片封装必 须是可靠的，并且必须最小化密封剂、芯片、基底和/或焊料凸起之间的热 机械失配以避免封装特别是焊接互连的应力和损坏。密封还必须能够#> 热并被软化，或者优选地在用于剥离(再加工)工序的例如二甲苯的溶剂 中是可溶解的。密封接合到基底表面的单芯片之间的空间的常规底部填充方法典型地 将底部填充材料施加到将被底部填充的芯片的周边。毛细作用将底部填充填充空间。历史上，存在两种MCM密封来保护芯片不受损害，即，气密 (hermetic )密封和非气密密封以防止湿气渗入和移动离子进入到芯片连接。根据金属等温内扩散机制形成大多数气密密封例如c环密封。非气密密封还被称为无气密性可靠性(RWOH)，使用基于聚合物的复合材料以 形成非气密密封带。与气密密封相比，非气密密封对湿气进入和移动离子 渗入提供了较少的保护。因此，非气密密封的MCM在实际应用期间当暴 露到温度和潮湿环境中时示出了各种水平的C4侵蚀。然而，在不考虑典型密封的情况下，必须底部填充芯片，并且理想的 可再加工的底部填充(RUF)应该具有几个关键特性例如可再加工、低才莫 数、热稳定性，不干扰周围材料例如热糊、与用于密封MCM的密封带或 C-环是兼容的，并是环境安全的。而且，RUF应该在中性溶液中是可再加 工的，以防止对C4互连的任何化学攻击；具有引入热机械应力的低深热 循环；在125X:下1000小时是热和化学稳定的；以及提供足够的保护来防止湿气、C02侵入和羧酸渗入。发明内容牢记现有技术的问题和缺陷，因而，本发明的目的是提供一种可再加 工的底部填充和/或坝(dam )(周边密封)组合物用于保护MCM C4/焊 料互连不被侵蚀并用于制造包含例如MCM的部件的芯片。本发明的另 一 目的是提供一种用于使用可再加工的底部填充和/或坝 组合物来底部填充芯片和/或在例如MCM的电子部件上形成坝(周围密 封)的方法。通过说明，本发明的又一目的和优点将部分地明显或显而易见。在本发明中可以实现将对本领域的技术人员显而易见的上述和其他目的，本发明涉及用于例如陶瓷MCM的C4连接保护的可再加工的底部填充和/或坝组合物，其包括包含非反应基团的非交联性或低交联性基础树脂，例如聚二甲基硅氧坑;直链交联性成分优选具有反应端基团的直链或支链的反应硅氧烷，例如乙烯基封端的聚二曱基硅氧烷和/或氢封端的聚二甲基硅氧烷；用于例如乙烯基封端的聚二甲M氧烷和/或氢封端的聚二甲基硅氧烷的反应硅氧烷的催化剂，所述催化剂优选环乙烯基硅氧烷中的Pt;以及可选的填充物，例如硅烷处理的填充物优选硅石。上述硅树脂系统是优选的可施加的材料系统。下面进一 步描述其他系 统，但是为了便利和其论证的有效性，下面的描述将涉及硅树脂系统。本发明的另 一方面提供了 一种底部填充和/或形成用于陶瓷MCM和其 具有C4焊料连接的电子部件的坝的方法，包括以下步骤提供例如具有C4焊料连接的陶瓷MCM的基底；使用可再加工的底部填充组合物来底部填充所述接合的芯片和/或在 所述芯片周围形成坝，所述可再加工的底部填充組合物包括包含非反应基团的非交联性或低交联性基础树脂，例如聚二甲基硅氧烷；直链交联性成分优选具有反应端基团的直链或支链的反应硅氧 烷，例如乙烯基封端的聚二甲^氧烷和/或氢封端的聚二曱M氧烷；用于例如乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和/或氢封端的聚二曱基 硅氧烷的反应硅氧烷的催化剂，所述催化剂优选环乙烯基珪氧烷中的Pt;以 及可选的填充物，例如硅烷处理的填充物优选珪石； 固化所述底部填充和/或筑坝的MCM;以及如果需要，这样再加工所迷底部填充的电子部件去除所述底部填充 组合物和/或坝组合物，将所迷芯片从MCM分离，并通过将芯片结合到所芯片。
所附权利要求具体阐述了净皮i人为新颖的本发明的特征和本发明的部件 特性。附图仅仅用于示例的目的而未按比例绘制。然而，可以参考详细的 描述并结合附图来最好地理解关于组织和操作方法的本发明本身，其中图1是MCM电子部件的平面图；8图2是图1的MCM的局部视图，其包括集成电路芯片，该集成芯片 包含衬垫和焊料凸起，该芯片将被电连接到互连基底上的对应衬垫；以及图3是在将芯片接合到基底上之后沿着图2的线3-3取得的截面视图， 示出了使用底部填充和坝组合物密封芯片和基底电互连。
具体实施方式
在描述本发明的优选实施例时，在此参考附图的图1-3，其中相似的 标号表示本发明的相似的特征。主题发明提供了可再加工的底部填充和坝组合物优选基于珪树脂的软 的可再加工的底部填充组合物(S-RUF)，其具有优良的芯片保护特性和 再加工特征。底部填充组合物可以在室温下的二甲苯中去除;模数与100cSt 一样低；在180。C以上是热稳定的；与ATC矿物油没有化学作用；以及环 境保护PbSnC4。更重要地，过简单地将模块浸泡在室温二甲苯、IPA或 酮中，二甲苯是优选的，或使用上述溶剂来旋喷，可以有效地从50-60微l 米的微米级C4间隙去除可再加工类型的底部填充。用作RUF的基础树脂的有机的或聚合材料是非反应性的(非交联性 的)并包括但不局限于没有或具有低的交联性能的聚硅氧烷例如优选的直 链聚二甲基硅氧烷、聚氨基甲酸酯、矿物油、聚丙烯酸盐(polyacrylate)、 聚丙烯酸酯、CTBN(羧基封端的丁二烯-丙烯腈)改性的聚酯、聚苯乙烯、 异戊二烯、环氧改性的硅氧烷等。基础树脂用于形成用于可固化聚合物的 基体(matrix),该可固化聚合物反应形成在基础树脂基体中嵌入的交联 聚合物。非反应性意思为基础树脂在正常的交联条件下是非交联性的，例 如基础树脂不包含反应基团例如乙烯基、H、羟基、羧酸等，但却包含非 反应基团例如甲基、乙荃、苯曱基、异丙基等。RUF组合物还包括至少一个并且优选两个直链交联性的(可固化或反 应的)成分，例如乙烯基封端的直链或支链的硅氧烷和氢封端的直链或支 链的硅氧烷。可固化的其他的聚合物和单体成分包括酯封端的和碳环形酐 封端的、或乙烯基封端的直链或支链的烷烃；非环式或丙烯酸酯；酯、氰基、酐、酰胺、乙烯基、封端的CTBN、脂族(alphatic)或芳族的酐、聚 酰胺、聚酰亚胺、聚氨基甲酸酯等。
可固化的催化剂，优选使用在环乙烯M氧烷中的Pt来固化交联性的 聚合物。H2PtC16、 Pt(C6H5)2、 ZnO等，还优选用于硅树脂系统的无 才几催化剂。过氧化物、胺和金属螯合物例如Co (AcAc) 2还可以用作环 氧、丙烯酸、聚氨基甲酸酯和聚苯乙烯基础树脂系统中的催化剂。
物，使用该坝组合物用于围绕底部填充的芯片(周边)，但是填充物还可 以用在底部填充组合物中。氮化硼、碳纤维、纳米珪石、纳米碳管、氧化
铝等和非导电填充物同样适用于该应用。
使用用于芯片接合的任何方法来制造MCM或任何其他的电子部件。 后芯片接合和测试，使用本发明的组合物来底部填充和/或筑坝芯片。
是底部填充和/或坝固化，模块通过标准装配和测试。如果需要再加工，则 分解模块，去除密封剂和底部填充、替换缺陷芯片、重新底部填充新的芯 片并重新装配模块。
在其间没有保护绝缘材料的情况下，在偏置的情况下，当将包含铅或 无铅的C4互连(焊料)暴露于湿气、移动离子时，很可能会发生电化学 引起的化学腐蚀。如果存在外来的(alien)腐蚀化学种例如已二酸、硬脂 酸和在ATC糊热退化期间形成的其他类型的有机酸和/或电化学腐蚀可以 极大地被加速。因而，为了保持湿气、移动离子以及外来的羧酸低于引起 腐蚀的水平，需要保护性材料底部填充C4连接。
更重要地，作为工艺技术继续收缩，引起单粒子翻转(SEU)所要求 的临界电荷比存储单元中的电荷收集区域减小得快。因此，在使用较小的 几何图形例如90nm的情况下，更关注软错误。
在工艺级，使用较纯的封装材料可以降低a发射。然而，需要极大的 努力来减少用于当前玻璃陶瓷(GC)原材料的放射性元素水平。GC制造 方法例如球磨机和内部陶瓷浆配方，和顶表面冶金(TSM) C4镀敷^艮可 能会引入a粒子。因此，需要高纯度低a粒子底部填充以保护C4芯片不被Ct粒子辐射损坏。
为了满足上述所有要求，可再加工的底部填充是高端MCM的最容易 且最低成本的解决方案。
参考图1， MCM电子部件的平面图被示为附图标记IO。在基底15上 示出了芯片Ua-lli,并且通过C4连接将芯片电连接到基底。
现在参考图2和图3，示出电子部件10的集成电路芯片lib和互连基 底15。示出了集成电路芯片11b具有在焊料凸起13之上的导电衬垫12。 示出了在基底15上的对应的导电衬垫14。参考图3，图示了电子部件IO 的截面图，其中集成电路芯片Ub被焊料连接到互连基底15。通过例如焊 料凸起的多个焊料连接13，使用C4或倒装芯片封装将芯片llb电连接到 基底15。基底15的下表面可以包含连接器例如插头连接器23以便将基底 15连接到另一电子装置例如电路板。
通过示出为填充在芯片llb的包含衬垫的表面17与基底15的包含衬 垫的表面18之间的空间19的本发明的组合物16来密封图3所示的电子部 件10的焊料互连13。示出了密封剂16在芯片11周围并在芯片之下完全 密封所有的焊料凸起13连接。示出了坝100围绕底部填充16。坝优选是 与底部填充组合物16相同的组合物，除了其优选包含填充物例如硅烷处理 的硅石填充物成分之外。
本发明的可再加工的组合物包括直链热塑性基础聚合物优选聚(二甲 基硅氧烷)(PDMS)、优选包括具有反应性端基团的硅氧烷例如含乙烯 基封端的PDMS和/或含氢封端的PDMS的直链固化剂、固化催化剂以及 可选的填充物。
优选的PDMS可以通过下面的公式和结构来表示
Me3SiO(Me2SiO)n—SiMe3
其中n是10到2760 ( MW 1250-204,000 )
<formula>formula see original document page 0</formula>乙彿基封端的PDMS可以通过以下7>式和结构来表示<formula>formula see original document page 12</formula>
其中n为2至5000。
氢封端的PDMS可以通过公式和结构表示
H—Me2SiO—(Me7SiO)r「SiMe2 H
其中n为2至5000。
当固化包含乙烯基封端的和氢封端的硅氧烷的组合物时，获得例如下 列结构的结构-.
<formula>formula see original document page 12</formula>
将该结构嵌入到基础树脂基体中形成具有优良的可再加工性能的底部 填充。
本领域的技术人员应该意识到，当固化时本发明的底部填充和坝组合 物在基础树脂基体中形成高交联的领域，固化的组合物具有优秀的可再加
工特性。具体而言，固化的组合物在二甲苯中是高度可溶的，并且如果需 要替换芯片，则可以容易地通过在二甲苯或其他适当的溶剂中浸泡模块或 芯片来去除底部填充。可以在室温下的二曱苯中去除可再加工的底部填充， 并且一旦去除，可以通过加热熔化焊料互连来从基底上去除芯片。然后，
可以修整和清洁基底以提供清洁的C4衬垫位置以便新的芯片可以重新接合到其上。
基础聚合物形成了用于底部填充的基体并且掺杂(混合)有反应性的 硅氧烷。当固化时，反应性的硅氧烷反应并且交联以在非反应性J^出聚合 物基体中形成高交联域，所述高交联域包括反应的和交联的反应性硅氧烷。 交联域具有上述的特性且在室温下的二甲苯中可以容易地被去除。优选的
硅氧烷基础聚合物优选具有约1250至204,000或更大的分子量。在组合物 中仅需要使用固化剂中的一种，但是优选以1:10至约10:1的重量比率来 使用乙烯基封端的硅氧烷和氢封端的硅氧烷固化剂。以基础树脂与固化剂 的约20:1至约1:10，优选10:1至1:5的重量比率来使用基础树脂。固化 催化剂以约0.001wt。/。至5wt。/。或更多的量存在于组合物中。如果在SRUF 组合物中使用填充物，可以以约lwt。/。至10wt,。/。或更多的量来使用。硅 烷表面处理的硅石是优选的。
发现使用本发明的底部填充和/或坝组合物可以通过在二甲苯中溶解 来提供优良的可再加工特性，本发明的底部填充和/或坝组合物是非化学相 互反应的、非腐蚀性的并是商业上可接受的。连接到形成MCM的基底并 底部填充有本发明的組合物的芯片可以容易地被这样的再加工在室温下 的二曱苯中溶解，熔化焊料互连，修整和清洁Cu阻挡的残余的焊料，和 重新附着芯片，以及使用本发明的组合物来底部填充。
通过将成分混合在一起并底部填充芯片来使用底部填充组合物。然后， 通过加热模块组件到80至150。C,优选100至125°C ， 30至120分钟，优 选45至75分钟来反应组合物，由此固化底部填充的芯片
虽然已经结合特定的优选实施例具体描述了本发明，但是明显地，根 据上述描述，许多替代、修改和变形将对本领域的技术人员显而易见。因 此，旨在所附权利要求将包含落入本发明的真实范围和精神内的任何的这 样的替代、修改和变形。
工业适用性
本发明发现了包含电子器件的芯片的效用。
权利要求
1.一种用于C4连接保护的可再加工的底部填充和坝组合物(16)包括包含非反应基团的非交联性和低交联性基础树脂中的至少一种；至少一种直链交联性成分；用于所述交联性成分的催化剂；以及可选的填充物。
2. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述基础树脂是直链聚二曱基 硅氧烷。
3. 根据权利要求2所述的组合物，其中所述交联性成分是乙烯基封端 的直链硅氧烷或氩封端的直链硅氧烷。
4. 根据权利要求3所述的组合物，其中所述交联性成分是乙烯基封端 的直链硅氧烷和氢封端的直链硅氧烷。
5. 根据权利要求4所述的组合物，其中所述催化剂是环乙烯基硅氧烷 中的Pt。
6. 根据权利要求5所述的组合物，其中所述填充物是硅石。
7. 根据权利要求6所迷的组合物，其中所述填充物是硅烷表面处理的 M。
8. 根据权利要求l所述的组合物，其中所述基础树脂选自聚氨基甲酸 酯、矿物油、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、CTBN改性的酯、聚苯乙烯、异 戊二烯、环氧改性的硅氧烷、及其混合物。
9. 根据权利要求8所述的組合物，其中所述交联性成分选自酯封端的、 碳环形酐封端的、乙烯基封端的直链或支链的烷烃；非环式或丙烯酸酯； 聚酰胺；聚酰亚胺和聚氨基甲酸酯。
10. —种用于具有C4连接的电子部件(10 )的用于底部填充和形成坝 的方法，包括以下步骤提供包含了电子部件(10)与C4焊料连接(13)的芯片(11b);^使用可再加工的底部填充组合物(16)底部填充所述接合的芯片和在 所述芯片周围形成坝(100)，所述可再加工的底部填充组合物(16)包括 包括非反应基团的非交联性或低交联性^出树脂； 至少 一种直链交联性成分； 用于所述交联性成分的催化剂；以及 可选的填充物；固化底部填充的电子部件和筑坝的电子部件中的至少一个；以及 如果需要，这样再加工所述底部填充的电子部件去除所述底部填充 组合物和坝组合物中的至少一种，将芯片从MCM分离，并通过将芯片结 合到所述电子部件并底部填充和筑坝接合的芯片来替换所述芯片。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述基础树脂是直链聚二甲基 硅氧烷。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述交联性成分是乙烯基封端 的直链硅氧烷或氢封端的直链硅氧烷。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述交联性成分是乙烯基封端 的硅氧烷和氢封端的硅氧烷。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述催化剂是环乙烯基硅氧烷 中的Pt。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述填充物是硅石。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所迷填充物是硅烷表面处理的 硅石。
17. 根据权利要求10所述的方法，其中所述基础树脂选自聚氨基甲酸 酯矿物油、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、CTBN改性的酯、聚苯乙烯/异戊二 烯、环氧改性的硅氧烷、及其混合物。
18. 根据权利要求17所示的方法，其中所述交联性成分选自酯封端的、 碳环形酐封端的、乙烯基封端的直链或支链的烷炫；非环式或丙烯酸酯； 聚酰胺；聚酰亚胺和聚氨基甲酸酯。
19. 根据权利要求10所述的方法，其中所述电子部件是多芯片陶瓷模块。
全文摘要
本发明提供了包含电子器件的芯片，例如多芯片陶瓷模块(MCM)(10)，所述多芯片陶瓷模块(10)包括在基底15上的多个芯片(1 Ia-I Ii)，使用可再加工的组合物(16)来底部填充芯片，所述可再加工的组合物(16)允许从装置去除或替换一个或多个芯片。所述可再加工的组合物包含基础树脂与直链可固化成分或优选的直链可固化成分的组合，所述基础树脂是非交联性的并形成基体，所述可固化成分是交联性的并在固化时在所述基础树脂基体中形成交联的域。使用适宜的交联催化剂例如Pt，和可选的填充物优选硅烷表面处理的硅。优选的基础树脂是直链聚二甲基硅氧烷并且优选的可固化成分是乙烯基封端的直链聚二甲基硅氧烷和氢封端的直链聚二甲基硅氧烷。
文档编号H01L21/00GK101405834SQ200780009519
公开日2009年4月8日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者F·L·蓬佩奥, J·T·科芬, S·P·奥斯特兰德, 吴佳俐 申请人:国际商业机器公司