用于半导体封装应用中的互连导电物薄膜及其相关方法

专利名称：用于半导体封装应用中的互连导电物薄膜及其相关方法
用于半导体封装应用中的互连导电物薄膜及其相关方法发明 背景1.发明领域本公开一般涉及集成电路封装。更具体地讲，本公开的高性能聚酰亚胺薄膜用于 球栅阵列(BGA)或利用互联薄膜的其他半导体封装构型中。2.相关领域描述将集成电路封装技术应用于集成电路芯片(1)在芯片上提供用于为电路供电的 电流通道；(2)分配信号到芯片上并离开芯片；(3)移除由集成电路芯片所直接或间接产生 的热量；以及(4)支撑芯片并保护其免受不利环境的影响。典型的球栅阵列(BGA)集成电 路封装包括固定到柔性聚酰亚胺互连导电物薄膜上的集成电路芯片。在此类球栅阵列型集 成电路封装应用中，细焊线用于将集成电路芯片上的焊垫连接到聚酰亚胺互连导电物薄膜 上的导电线路上。导电线路通向焊球，所述焊球为安装到聚酰亚胺互连导电物薄膜的相对 侧上并由球栅阵列封装的底部突出的焊球阵列之一。这些焊球与位于基板(例如印刷电路 板)上的焊垫阵列互连。因此，典型的球栅阵列封装将集成电路上的每个焊垫电连接到印 刷电路板上的焊垫上。在此类封装应用中，加工温度有时会非常高，例如超过300°C。在此类极高操作温 度下，互连导电物薄膜可表现出尺度变化。此外，试图降低加工成本会需要越来越高张力下 的双卷轴操作，而此类高张力加工也会导致互连导电物薄膜表现出尺度变化。工业中趋向 于较小的尺度变化(互连导电物薄膜表现出的)公差，这是由于每一代新产品中集成电路 芯片、集成电路封装及相关电路的尺度不断减小以便降低生产成本。因此，工业中需要用于 集成电路封装应用的聚酰亚胺互连导电物薄膜具有改善的热及尺度稳定性。授予Jiang等人的U. S. 6，770，981涉及用于球栅阵列封装应用的复合互连导电物 薄膜。发明概述本公开的用于集成电路封装应用的互连导电物薄膜组成包括填充的聚酰亚胺基 板及多个导电区域。聚酰亚胺基板具有约8至约150微米的厚度并包含约40%至约95重 量％的聚酰亚胺，所述聚酰亚胺衍生自i.至少一种芳族二酸酐，至少约85摩尔％的此类 芳族二酸酐为刚棒型二酸酐，ii.至少一种芳族二胺，至少约85摩尔％的此类芳族二胺为 刚棒型二胺。本公开的聚酰亚胺基板还包含具有初级颗粒的填料，所述初级颗粒(作为数 值平均)i.在至少一个尺度上小于约800纳米；ii.具有大于约3 1的纵横比；iii.在 所有尺度上小于薄膜厚度；以及iv.以基板的总重量的约5%至约60重量％的量存在。附图简述图IA示出了根据本公开的一个实施方案采用扩展引线的面朝下内缩型封装的底 视图。图IB示出了根据本公开的一个实施方案采用扩展引线的面朝下内缩型封装的断 片剖面图。图IC示出了根据本公开的一个实施方案在基板的第二表面上具有引线的采用扩展引线的面朝下内缩型封装的断片剖面图。图ID示出了根据本公开的一个实施方案其中适配层设置在芯片的外皮表面与基 板的第一表面之间的采用扩展引线的面朝下内缩型封装的断片剖面图。图2为微球栅阵列封装的透视图。图3为微球栅阵列封装的剖面图。图4为本发明优选的互连导电物的剖面图。图5为连结到第二阶段封装上的第一阶段封装的剖面图。图6为显示为不含第一阶段封装壳体的图5中第一阶段封装的剖面图。优选实施方案详述定义“导电区域”旨在表示任何材料，例如导电焊垫、导电电路或线路等。导电区域由本 公开的聚酰胺薄膜支撑。导电区域至少部分地在集成电路芯片与并非集成电路芯片部件的 主体之间提供导电界面。导电界面使得i.集成电路芯片控制(或影响)并非集成电路芯 片部件的主体(例如，印刷线路板上的电路、输入/输出装置等)；和/或ii.使得并非集 成电路芯片部件的主体控制(或影响)集成电路芯片(例如，为集成电路芯片供电的电连 接)。“薄膜”旨在表示基板上的自立式薄膜或涂层。术语“薄膜”与术语“层”互换使用 并且是指覆盖所期望的区域。如本文所用，“二酸酐”旨在也包括二酸酐的前体及衍生物(或换句话讲与其相关 的组合物)，它们在技术上可以不是二酸酐但是由于能够与二胺反应生成聚酰胺酸(其继 而可转化成聚酰亚胺)而在功能上等同于二酸酐。类似地，“二胺”旨在也包括二胺的前体及衍生物(或换句话讲与其相关的组合 物)，它们在技术上可以不是二胺但是由于能够与二酸酐反应生成聚酰胺酸(其继而可转 化成聚酰亚胺)而在功能上等同于二胺。如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其它变型均旨在涵盖非排 他性的包括。例如，包括要素列表的方法、工艺、制品或设备不必仅仅限于那些要素而是可 包括未明确列出的或此类方法、工艺、制品或设备固有的其它要素。此外，除非明确指明相 反，“或”是指包含性的“或”而不是指排他性的“或”。例如，状况A或B满足于以下中的任 何一种A为真实(或存在)的且B为虚假(或不存在)的、A为虚假(或不存在)的且B 为真实(或存在)的、以及A和B均为真实(或存在)的。此外，冠词“一个”用来描述本发明的元件和组件。这样做仅仅是为了方便并且给 出本发明的一般含义。该描述应理解为包括一个或至少一个，并且除非明显地另有所指，单 数也包括复数。本文所述的实施方案尤其涉及将芯片连接到微球栅阵列封装中的焊球上的聚酰 亚胺互连导电物层。然而，应当理解本公开的原理不仅适于微球栅阵列技术，而且还适于任 何利用互连导电物层的集成电路封装体系。本公开的互连导电物层充分适于任何利用以辊 到辊或双卷轴加工的互连导电物层的集成电路封装技术。本公开的互连导电物薄膜在较宽的温度范围内耐收缩或蠕变(即使处于张力 下，例如双卷轴加工下)，所述温度范围例如大约室温至超过400°C、425°C或450°C的温度。在一个实施方案中，本公开的互连导电物薄膜在经受450°C的温度30分钟同时处于 7. 4-8. OMPa(兆帕斯卡)范围内的应力下时尺度改变小于1%>0. 75%、0. 5%或0. 25%。
本公开的聚酰亚胺互连导电物薄膜可加固有热稳定的无机织物、纸材(例如云 母纸)、片材、稀松布或它们的组合。在一些实施方案中，本公开的互连导电物薄膜提供i.低表面粗糙度，即小于 1000nm、750nm、500nm、400nm、350nm、300nm或275nm的平 均表面粗糙度(Ra)；ii.低表面缺陷程度；和/或iii.其它有用的表面形态，以减少或抑制有害缺陷，例如电短路。在一个实施方案中，本公开的互连导电物薄膜具有介于(并任选地包括)以下任 何两者之间的范围内的面内热膨胀系数lppm/0C、5ppm/°C、IOppm/°C、15ppm/°C、20ppm/°C 和25ppm/°C，其中面内热膨胀系数(CTE)在50°C和350°C之间测量。在一些实施方案中， 该范围内的热膨胀系数被进一步优化以进一步减少或消除由于根据本公开选择的任何特 定支撑半导体材料的热膨胀错配而造成的有害断裂。一般来讲，当形成聚酰亚胺时，化学转 化工艺(与热转化工艺不同)将提供较低热膨胀系数的聚酰亚胺薄膜。这在一些实施方案 中尤其有用，因为能够获得极低的热膨胀系数值(< 10ppm/°C )，其紧密匹配精密导体及沉 积于其上的半导体层的那些。用于将聚酰胺酸转化成聚酰亚胺的化学转化工艺为人们所熟 知，因此将不在此处进一步描述。聚酰亚胺互连导电物薄膜的厚度也会影响热膨胀系数，其 中较薄的薄膜趋于给出较低的热膨胀系数(并且薄膜越厚，则热膨胀系数就越高)，因此， 取决于所选择的任何特定应用，薄膜厚度能够用于微调薄膜热膨胀系数。本公开的薄膜具有介于(并任选地包括)以下厚度(单位为微米)的任何两者 白勺内白勺:4μ m>6 μ m>8 μ m、10 μ m、12 μ m、15 μ m、20 μ m>25 μ m、50 μ m>75 μ m、
100 μ m、125 μ m和150 μ m。本公开范围内的单体和填料还能够被选择或最优化以微调热膨 胀系数在以上范围内。取决于所选择的特定应用，普通技术和实验在微调本公开的聚酰亚 胺薄膜的任何特定热膨胀系数中可能是必要的。本公开的聚酰亚胺薄膜的面内热膨胀系数 能够利用TA仪器TMA-2940通过热机械分析获得，所述仪器在10°C /min下运行直至380°C， 随后冷却并再次加热至380°C，其中在50°C和350°C之间的再加热扫描期间获得热膨胀系 数，单位为ppm/°c。本公开的聚酰亚胺互连导电物薄膜应具有高度的热稳定性，从而薄膜在例如光电 层沉积过程期间基本上不会降解、失重、具有降低的机械特性或者释放大量挥发物。本公开 的聚酰亚胺互连导电物薄膜应足够薄至不会增加过度重量或成本，但是应足够厚至在操作 电压下提供高电绝缘，所述操作电压在一些情况下可达到400伏、500伏、750伏或1000伏 或更多。根据本公开，将填料添加到聚酰亚胺薄膜中以增加聚酰亚胺储能模量。在一些实 施方案中，本公开的填料将保持或降低聚酰亚胺层的热膨胀系数(CTE)同时仍增加模量。 在一些实施方案中，填料在聚酰亚胺薄膜的玻璃化转变温度(Tg)之上增加储能模量。填料 的添加通常使得在高温下保持机械特性并且能够改善处理特性。本公开的填料1.在至少一个尺度上(由于填料可在任何尺度上具有多种形状并且由于填料 形状可沿任何尺度改变，所述“至少一个尺度”旨在为沿着该尺度的数字平均)具有小于800nm(在一些实施方案中，小于 750nm、650nm、600nm、550nm、500nm、475nm、450nm、425nm、 40011111、37511111、35011111、32511111、30011111、27511111、25011111、22511111或 20011111)的尺度；2.具有大于 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 或 15 比 1 的纵横比；3.在所有尺度上小于薄膜厚度的100%、95%、90%、85%、80%、75%、70%、 65%、60%、55%、50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%或 10% ； 4.以基于薄膜的总重量介于并任选地包括以下百分比的任何两个之间的量存在 5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%和 60%重量。合适的填料一般在超过450°C的温度下稳定，并且在一些实施方案中不会显著降 低薄膜的电绝缘性能。在一些实施方案中，填料选自针状填料、纤维填料、片状填料以及它 们的混合物。在一个实施方案中，本公开的填料表现出至少3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14、15比1的纵横比。在一个实施方案中，填料纵横比为6 1或更大。在另一个实施方案 中，填料纵横比为10 1或更大。在另一个实施方案中，纵横比为12 1或更大。在一些 实施方案中，填料选自氧化物(例如，包含硅、钛、镁和/或铝的氧化物)、氮化物(例如包含 硼和/或硅的氮化物)或碳化物(例如包含钨和/或硅的碳化物)。在一些实施方案中， 填料包含氧和至少一种以下成分铝、硅、钛、镁以及它们的组合。在一些实施方案中，填料 包括片状滑石、针状二氧化钛和/或针状二氧化钛，其中至少一部分所述填料涂覆有氧化 铝。在一些实施方案中，填料在全部尺度上小于50 μ m、25 μ m、20 μ m、15 μ m、12 μ m、10 μ m、 8 μ m、6 μ m、5 μ m、4 μ m、$ 2 μ m。在另一个实施方案中，碳纤维和石墨能够与其它填料联合使用以增加机械特性。 然而，必须时常注意保持石墨和/或碳纤维的装载低于10%，这是由于石墨和碳纤维填料 能够降低绝缘性能，并且在许多实施方案中降低的电绝缘性能并不可取。在一些实施方案 中，填料涂覆有偶联剂。在一些实施方案中，填料涂覆有氨基硅烷偶联剂。在一些实施方案 中，填料涂覆有分散剂。在一些实施方案中，填料涂覆有偶联剂和分散剂的组合。作为另外 一种选择，偶联剂和/或分散剂能够直接掺入到薄膜中而不必涂覆到填料上。在一些实施方案中，过滤系统用于确保最终薄膜将不包含大于期望的最大填料尺 度的不连续区域。在一些实施方案中，填料在掺入到薄膜中(或掺入到薄膜前体中)时经受 强烈的分散能，例如搅拌和/或高剪切混合或介质研磨或其它分散技术，包括使用分散剂， 以抑制超过期望的最大填料尺度的不必要的附聚。由于填料的纵横比增加，因此填料对齐 或换句话讲自身定位在薄膜外表面之间的趋势增加，从而导致光滑度增加的薄膜，尤其是 在薄膜尺度减小时。—般来讲，表面粗糙度会增加电或机械瑕疵的可能性并且会降低沿着薄膜的性能 一致性。在一个实施方案中，填料(及任何其它不连续区域)在薄膜形成期间充分分散，使 得填料(及任何其它不连续区域)在薄膜形成时充分介于薄膜表面之间以提供具有小于 1000nm、750nm、500nm或400nm的平均表面粗糙度(Ra)的最终薄膜。如本文所提供的表面 粗糙度可通过光学表面形貌术测定以提供Ra值，例如，通过在Veeco Wyco NT1000系列设 备上以VSI模式于25. 4x或51. 2x下利用Wyco Vision 32软件测量。在一些实施方案中，选择填料使得其在期望的加工温度下本身不会降解或产生废 气。类似地，在一些实施方案中，选择填料使得其不会有助于聚合物的降解。本公开有用的聚酰亚胺衍生自i.至少一种芳族二胺，至少85%、90%、95%、96%,97%,98%,99%,99. 5%或100%摩尔的所述芳族二胺为刚棒型单体；和ii.至少一种芳族二酸酐，至少85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99. 5%或100%摩尔的芳族 二酸酐为刚棒型单体。合适的刚棒型芳族二胺单体包括1，4_ 二氨基苯(PPD)、1，3-二氨 基苯(MPD)、4，4' -二氨基联苯基、2，2，-双(三氟甲基)联苯胺(TFMB)、1，4-萘二胺、和 /或1，5-萘二胺。合适的刚棒型芳族二酸酐单体包括均苯四甲酸二酐(PMDA)、和/或3， 3’，4，4’ -联苯四甲酸二酐(BPDA)。在一些实施方案中，取决于本发明的任何特定应用所期望的性能，也可考虑用于 至多15摩尔％的芳族二酸酐和/或至多15摩尔％的芳族二胺中的其它单体，例如3， 4’ - 二氨基二苯醚(3，4’ -0DA)、4，4’ - 二氨基二苯醚(4，4’ -0DA)、4，4’ - 二氨基二苯硫醚、 9，9’ -双(4-氨基苯基)芴、3，3' ,4,4' - 二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、4，4’ -氧双邻苯 二甲酸酐(ODPA)、3，3’，4，4’-二苯砜四羧酸二酐(DSDA)、2，2_双(3，4_ 二羧基苯基)六氟 丙烷二酐(6FDA)、以及它们的混合物。本公开的聚酰亚胺能够通过本领域熟知的方法制备 且其制备不必在此详细讨论。在一些实施方案中，通过将填料掺入到诸如溶剂、单体、预聚物和/或聚酰胺酸组 合物的薄膜前体材料中制造薄膜。最终，填充的聚酰胺酸组合物一般被流延成薄膜，其经受 干燥和固化(化学固化和/或热固化)以形成填充的聚酰亚胺自立式或非自立式薄膜。制 造填充聚酰亚胺薄膜的任何常规或非常规方法能够根据本公开使用。填充聚酰亚胺薄膜的 制造为人们所熟知而不必在此进一步描述。在一个实施方案中，本公开的聚酰亚胺具有大 于 300°c、310°c、320°c、330°c、34(rc、35(rc、36(rc、37(rc、38(rc、39(rc或 400°c 的高玻璃 化转变温度。高玻璃化转变温度一般有助于在高温下保持机械特性，例如储能模量。在一些实施方案中，聚酰亚胺互连导电物薄膜的结晶度及交联量可有助于储能模 量保持。在一个实施方案中，480°c下的聚酰亚胺互连导电物薄膜储能模量(如通过动态机 械分析 DMA 所测量的)为至少400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、600MPa、650MPa、700MPa、 750MPa、800MPa、850MPa、900MPa、950MPa、lOOOMPa、1lOOMPa、1200MPa、1300MPa、1400MPa、 1500MPa、1600MPa、1800MPa、2000MPa、2200MPa、2400MPa、2600MPa、2800MPa、3000MPa、 3500MPa、4000MPa、4500MPa、或 5000MPa。在一些实施方案中，本公开的聚酰亚胺互连导电物薄膜在500°C下超过约30分钟 时具有小于1%、0. 75%,0. 5%或0. 3%的等温重量损失。本公开的聚酰亚胺具有一般高于 常见无机绝缘体的高介电强度。在一些实施方案中，本公开的聚酰亚胺具有等于或大于10 伏/微米的击穿电压。在一些实施方案中，填料选自氧化物、氮化物、碳化物以及它们的混 合物，并且薄膜具有以下性能中的至少1个、2个、3个、4个、5个或所有6个i.大于300°C 的玻璃化转变温度，ii.大于500伏/25. 4微米的介电强度，iii.在500°C下超过30分钟 时小于的等温重量损失，iv.小于25ppm/°C的面内热膨胀系数，v.小于10X (10)_6/分 钟的无应力斜率绝对值，以及vi. 7. 4-8MPa下小于的emax。在一些实施方案中，本公开 的薄膜加固有热稳定的无机织物、纸材、片材、稀松布或它们的组合。在一些实施方案中，可添加电绝缘填料以改进薄膜的电性能。在一些实施方案中， 重要的是聚酰亚胺互连导电物薄膜不含针孔或其它缺陷(杂质粒子、凝胶、填料附聚物或 其它污染)，所述缺陷会不利地影响聚酰亚胺互连导电物薄膜的电气完整性及介电强度，该 问题一般能够借助过滤解决。此类过滤能够在薄膜制造的任何阶段进行，例如，在溶剂化填料添加到一种或多种单体中之前或之后对其进行过滤和/或过滤聚酰胺酸，尤其是当聚酰 胺酸为低粘度时，或换句话讲，在制造工艺的容许过滤的任何步骤中过滤。在一个实施方案 中，此类过滤在最小的合适过滤器孔径下进行或者在刚刚超过所选填充材料的最大尺度的 程度下进行。在尝试减少由薄膜内有害的(或过大的)不连续相材料造成的缺陷效应中会使得 单层薄膜较厚。作为另外一种选择，多层聚酰亚胺可用于减少任何特定层中的任何特定缺 陷(尺度能够伤害期望性能的有害不连续相材料)的伤害，并且一般而言，此类多层将比相 同厚度的单层聚酰亚胺在性能方面具有较少缺陷。利用多层聚酰亚胺薄膜能够减少或消除 可横跨薄膜总厚度的缺陷的发生，这是由于具有在单独层的每一个中重叠的缺陷的可能性 趋于极小。因此，所述层的任一个中的缺陷不太可能造成穿过薄膜整个厚度的电或其它类 型的故障。在一些实施方案中，聚酰亚胺互连导电物薄膜包括两个或更多个聚酰亚胺层。在 一些实施方案中，聚酰亚胺层相同。在一些实施方案中，聚酰亚胺层不同。在一些实施方案 中，聚酰亚胺层可独立地包括热稳定填料、增强织物、无机纤维纸、片材、稀松布或它们的组 合。任选地，0-55重量％的薄膜还包括其它成分以改进任何特定应用所期望或需要的性能。

图IA和IB分别示出了在接触支承表面上具有多个芯片触点20的芯片10的前视 图和断片剖面图。互连导电物层30覆盖并通常居中位于芯片10的接触支承表面上以便暴 露芯片触点20。互连导电物层30可仅仅覆盖芯片10的接触支承表面；然而，如图IB所示， 互连导电物层通常利用一薄层粘合材料80粘附于芯片表面上。互连导电物层30可包括刚性或柔性材料。优选的，互连导电物层包括具有大约2 至100微米厚度的聚酰亚胺薄片。互连导电物层30的第一表面在其上具有多个导电端子 40。端子40通过沿着基板的相对侧延伸的相应的导电引线50电连接到芯片触点20上并 通过导电通路70连接到引线50上。作为另外一种选择，基板可简单移除以便焊球端子直 接置于引线50的末端处而无需导电通路70。每条引线50具有由互连导电物层30的边缘延伸的扩展部分55。每个扩展部分通 常利用常规的超声焊接或热超声粘合设备结合到相应的芯片触点20上。每个扩展部分55 在结合操作之前基本平行于互连导电物层30的平面横向弯曲。优选地，每个扩展部分55以 相反的方向横向弯曲至少两次(大体“S”型)并且可弯曲两次以上。如美国专利5，489，749 和5，536，909中所述，引线50在结合之前还能够可分离地连接到支撑结构上。通常，引线的扩展部分55用诸如硅氧烷或环氧化物的合适的包封材料包封，以保 护其免受污染和损伤。在封装芯片的操作期间，端子连结到印刷电路板上且引线50的扩展 部分55的横向弯曲形状有助于通过具有独立挠曲和弯曲的能力而补偿芯片在热循环期间 的膨胀和收缩。前述包封材料60在引线50的扩展部分55挠曲和弯曲时对其进行支撑并 且还有助于分散作用在引线上的力。此外，阻焊层或覆盖层可在粘结与包封步骤之后置于 基板30的暴露表面之上，使得仅仅暴露端子。图IC示出了其中引线50'与端子40位于同一侧上的可供选择的实施方案的断片 剖面图；因此无需导电通路70(如图IB所示)。阻焊层/覆盖层也用于图IC所示的实施 方案中，这是由于引线50与端子40位于互连导电物层30的同一侧。阻焊层/覆盖层提供 介电涂层，以确保将端子连接到印刷电路板触点上的焊料不会芯吸至引线或造成其他焊接 端子短路。
图ID示出了其中图IB中粘合剂薄层已被柔顺材料80'的较厚层取代的可供 选择的实施方案的断片剖面图，所述取代进一步补偿热错配，如美国专利5，148，265和 5，148，266中所公开的。柔顺材料80'通常为约50至200微米厚并包括热固性或热塑性 材料。图ID中所示的结构还使得引线50的扩展部分55通过粘结操作成 型以便其在垂直 于引线50的横向曲线的方向上弯曲。如上所述，这些横向和垂直弯曲的引线通常由包封材 料60支撑以便分散在可操作封装的热循环期间作用在其上的力。关于这些及其他实施方 案的进一步细节公开于美国专利5，821，608中。图2和3示出了其中提供第一阶段封装8的本发明的一个实施方案，其中类似组 件根据以上

图1A-1D编号。在集成电路封装工业中，通常将集成电路芯片放置于合适的封 装内称作“第一阶段”封装。将集成电路封装放置或安装在合适的印刷电路板(PCB)或其 他基板上称作“第二阶段”封装。各种印刷电路板或其他载体在电子器件内的互连(例如， 通过利用主板)称作“第三阶段”封装。在一个实施方案中，封装8为具有多个焊球40的球栅阵列(BGA)封装，所述焊球 将封装互连到印刷电路板上(参见图5和6)。如图2和3所示，在该封装8中，制备的芯片 10用于与第二阶段封装结合。如图5所示，球栅阵列封装的集成电路芯片10通过焊垫88 安装到印刷电路板82上并通过通常由模制的塑性材料构成的刚性外壳或封盖84包封。图 6示出了不含封装壳体84的微球栅阵列封装的可供选择的实施方案。本领域的普通技术人员将理解芯片10为众多不同集成电路类型中的一类。例如， 芯片10可源自大范围的集成电路产品，例如微处理器、协处理器、数字信号处理器、图形处 理器、微控制器、存储器器件、可再编程器件、可编程逻辑器件、以及逻辑阵列等。芯片连结材料80提供在芯片10的中部上。焊球阵列40提供在芯片连结材料上。 焊球阵列40起到连接至下一阶段封装上的作用。芯片连结材料80可为硅氧烷弹性体或环 氧化物改性的弹性体材料。焊球40优选相对柔韧并因此能够补偿印刷电路板或封装的任 何不平整。此外，将焊球组装成阵列，并因此提供较高产量。在一个优选的实施方案中，焊 球由诸如Sn63Pb37的锡/铅(SnPb)共晶材料制成并具有约0. 3mm至0. 5mm的直径。互连导电物薄膜30延伸于芯片连结材料80之上以与焊球阵列40形成连接。互 连导电物薄膜30上的焊球40的凸点节距可小至约0. 25mm至1mm，更优选约0. 5mm。引线 50由互连导电物薄膜30延伸以在芯片焊垫20上与芯片10形成连接。引线优选由金线制 成，并且优选在扩展部分55中以低弯度S形热超声粘结以顺应由于热膨胀导致的变形。图4以横截面更具体地示出了互联薄膜30。互连导电物薄膜30包括复合聚酰亚 胺芯100及优选由铜制成的导电线路102和104。聚酰亚胺芯100优选具有约25 μ m的厚 度。铜线优选具有约12 μ m的厚度。互连导电物薄膜100增加的刚度有利地使得互连导电物薄膜在封装制造期间易 于处理。对于具有例如4. 5至SGPa范围内的模量的常规互连导电物薄膜，互连导电物在封 装组合期间利用如上所述的金属框架进行。相比之下，优选实施方案中的复合互连导电物 具有可不必利用金属框架的较高模量。例如，可添加填料以便互连导电物的模量比单独的 聚酰亚胺芯的模量高约5%至500%。这从而简化了制造，并且互连导电物薄膜增加的刚度 使得有可能通过不利用金属框架的设备直接处理互连导电物薄膜。无需金属框架有助于加 工精度并且降低处理难度和成本。
此外，优选实施方案中较刚性的互连导电物还防止芯片分层。这是由于较刚性的 互连导电物可做得更平整并因此可更有效地粘附到芯片连结材料上。应当理解，本文所述的互连导电物层不仅可用于微球栅阵列封装，而且还可用于 其他集成电路封装。如本领域的技术人员所已知的，集成电路封装应用的其他类型包括但 不限于利用柔性基板的任何封装。以上举例说明和描述的实施方案仅仅作为本发明的某些优选实施方案的实例提 供。如所附权利要求所限定的，本领域的技术人员在不违背本发明的实质和范围的情况下 可对本文所列出的实施方案作出各种变化和修改。
实施例本发明将在以下实施例中进一步描述，所述实施例并不旨在限制权利要求中所述 的本发明范围。在这些实施例中，“预聚物”是指用略微化学计量过量的二胺单体(大约 2% )制备的较低分子量的聚合物以得到在25°C下50-100泊范围内的Brookfield溶液粘 度。增加分子量(和溶液粘度)通过添加小增量的附加二酸酐实现以便接近二酸酐与二胺 的化学当量。实施例1将BPDA/PPD预聚物(无水DMAC中69. 3g 17. 5重量％的溶液)与5. 62g针状 TiO2(FTL-110，Ishihara Corporation, USA)组合并对所得浆液搅拌24小时。在单独容器 中，通过将 0.9g PMDA(Aldrich 412287,Allentown,PA)与 15mL DMAC 组合来制备 6 重量％ 的均苯四甲酸酐(PMDA)溶液。将PMDA溶液缓慢添加到预聚物浆液中以实现653泊的最终粘度。将该制剂在0°C 下贮藏过夜以使其脱气。利用25mil的刮粉刀将该制剂流延到玻璃板表面上以形成3” X4”的薄膜。玻璃 用隔离剂预处理以有利于将薄膜从玻璃表面上除去。使薄膜在热板上于80°C下干燥20分 钟。随后将薄膜提离表面并安装在3” X4”的针板架上。进一步在室温下真空干燥12小时后，将固定好的薄膜置于炉子(Thermolyne， F6000箱式炉)中。炉子用氮气吹扫并根据以下温度方案进行加热· 125 "C(30min) 1251至 3501(以 4°C· 350 °C(30min)· 350°C至 450°C(以 5°C‘ 450 °C(20min)· 450 至 40°C(以 8°C比较实施例A利用与实施例1中所述相同的步骤，不同的是无TiO2填料添加到预聚物溶液中。 流延前的最终粘度为993泊。实施例2利用与实施例1中所述相同的步骤，不同的是将69. 4g BPDA/PPD预聚物(DMAC中 17. 5重量％ )与5. 85g TiO2 (FTL-200, Ishihara USA)组合。流延前的制剂最终粘度为524
/min升温) /min升温) /min冷却)
11泊。实施例3利用与实施例1中所述相同的步骤，不同的是将69. 4g BPDA/PPD预聚物与5. 85g 针状TiO2 (FTL-300，Ishihara USA)组合。流延前的最终粘度为394泊。实施例4A利用与实施例1中所述相同的步骤，不同的是将69. 3g BPDA/PPD预聚物(DMAC中 17. 5 重量％ )与 5. 62g 针状 TiO2 (FTL-100, IshiharaUSA)组合。在DMAC中的PMDA溶液添加之前使材料过滤通过80微米的过滤介质(Millipore， 聚丙烯筛网，80微米，PP 8004700)。流延前的最终粘度为599泊。实施例4遵循与实施例1中所述相同的步骤，不同的是将139g BPDA/PPD预聚物(DMAC中 17. 5 重量 ％ )与 11. 3g 针状 TiO2 (FTL-100)组合。将 BPDA/PPD 预聚物与针状 TiO2 (FTL-110) 的混合物置于小容器中。装备有方孔、高剪切筛网的Silverson L4RT型高剪切搅拌器 (SilversonMachines, LTD, Chesham Baucks, England)用于搅拌制剂(叶片速度为大约 4000rpm)20分钟。在搅拌操作期间利用冰浴来保持制剂冷却。流延前材料的最终粘度为310泊。实施例5利用与实施例4中所述相同的步骤，不同的是将133. 03g BPDA/PPD预聚物(DMAC 中 17. 5 重量％ )与 6. 96g 针状 TiO2 (FTL-110)组合。将材料置于小容器中并用高剪切搅拌器(叶片速度为大约4000rpm)搅拌大 约lOmin。随后使材料过滤通过45微米的过滤介质(Millipore，45微米的聚丙烯筛网， PP4504700)。流延前的最终粘度为大约1000泊。实施例6利用与实施例5中所述相同的步骤，不同的是将159.28g BPDA/PPD预聚物与 10. 72g针状TiO2(FTL-IlO)组合。用高剪切搅拌器搅拌材料5_10分钟。流延前的最终制剂粘度为大约1000泊。实施例7利用与实施例5中所述相同的步骤，不同的是将157. 3g BPDA/PPD预聚物与12. 72 克针状TiO2 (FTL-110)组合。用高剪切搅拌器混合材料大约10分钟。流延前的最终粘度为大约1000泊。实施例8利用与实施例5中所述类似的步骤，不同的是将140. 5g BMAC与24. 92g TiO2(FTL-IlO)组合。利用高剪切搅拌器混合该浆液大约10分钟。在250mL的三口圆底烧瓶中将该浆液(57. 8g)与107. 8g BPDA/PPD预聚物(DMAC 中17. 5重量％)组合。在缓慢氮气吹扫下用浆式搅拌器缓慢搅拌混合物过夜。再一次 用高剪切搅拌器混合材料(大约10min，4000rpm)并随后过滤通过45微米的过滤介质 (Millipore,45 微米的聚丙烯，PP4504700)。
最终粘度为400泊。实施例9利用与实施例8中所述相同的步骤，不同的是将140. 49g DMAC与24. 89g滑石 (Flex Talc 610，Kish Company, Mentor, OH)组合。利用实施例8中所述的高剪切搅拌步 骤混合材料。将该浆液(69.34g)与 129. 25g BPDA/PPD 预聚物(DMAC 中 17. 5 重量 ％ )组 合，再次利用高剪切搅拌器混合，随后过滤通过25微米的过滤介质(Millipore，聚丙烯， PP2504700)并在1600泊下流延。实施例10以与实施例9相比类似的体积％ (含有TiO2, FTL-110)制备该制剂。利用与实 施例1中所述相同的步骤。将67. Olg BPDA/PPD预聚物(17. 5重量％)与79. 05克针状 TiO2 (FTL-110)粉末组合。完成后的制剂在流延前的粘度为255泊。利用动态机械分析仪(DMA)表征比较实施例A和实施例10的机械行为。动态 机械分析操作基于经受小的振荡应变(例如，10 μ m)的聚合物的粘弹响应(TA仪器，New Castle, DE, USA, DMA 2980)，所述振荡应变为温度和时间的函数。薄膜在张力和多频应变 模式下操作，其中有限尺度的矩形标本夹在固定夹具和活动夹具之间。将宽6-6. 4mm、厚 0. 03-0. 05mm和长IOmm的样本在纵向用3in_lb的扭力扣紧。长度方向的静力为0. 05N，其 中自动张力为125%。在IHz的频率下以3°C/min的速率将薄膜由0°C加热至500°C。室 温、500°C和480°C下的储能模量记录于表1中。比较实施例A和实施例10的热膨胀系数通过热力学分析(TMA)测量。将2940型号 的TA仪器设置为张力模式并配备有30-50mL/min速率的N2吹扫和机械冷却器。在纵向(流 延)方向将薄膜切割成2. Omm的宽度并纵向夹在薄膜夹具之间，所述夹具容许7. 5-9. Omm 的长度。预载张力设置为5克力。随后以10°C /min的速率将薄膜由0°C加热至400°C，保 持3分钟，回冷至0°C并以相同的速度再次加热至400°C。报道用于流延方向(纵向)的 60°C至400°C的单位为ym/m-C (或ppm/°C)的热膨胀系数的计算，第二加热循环超过60°C 至400°C，并且还有超过60°C至350°C。热重量分析仪器(TA，Q5000)用于样本的重量损失测量。测量在流动氮气中进行。 温度程序涉及以20°C /min的速率加热至500°C。在500°C下保持30分钟后的重量损失通 过归一化至200°C下的重量进行计算，其中已除去任何吸附的水分，以测定聚合物在超过 200°C温度下的分解。表权利要求
1.一种形成用于集成电路封装的互连导电物薄膜的方法，所述方法包括 将多个导电区域沉积到基板上，其中所述基板包含a)所述基板的40%至95重量％的量的聚酰亚胺，所述聚酰亚胺衍生自i)至少一种芳族二酸酐，至少85摩尔％的所述芳族二酸酐为刚棒型二酸酐，和 )至少一种芳族二胺，至少85摩尔％的所述芳族二胺为刚棒型二胺；以及b)填料，所述填料a)在至少一个尺度上小于800纳米；b)具有大于3 1的纵横比；c)在所有尺度上小于所述薄膜的厚度；以及d)以所述薄膜的总重量的5%至60重量％的量存在， 所述基板具有4至150微米的厚度，其中所述导电区域的沉积在所述基板的连续纤维网上实现。
2.根据权利要求1的方法，其中所述连续的基板纤维网为双卷轴工艺中的组件。
3.根据权利要求1的方法，其中所述填料包括针状二氧化钛。
4.根据权利要求1的方法，其中所述填料包括针状二氧化钛，至少一部分所述针状二 氧化钛涂覆有氧化铝。
5.根据权利要求1的方法，其中a)所述刚棒型二酸酐选自由下列组成的组3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、均苯 四甲酸二酐(PMDA)、以及它们的混合物；并且b)所述刚棒型二胺选自1，4_二氨基苯(PPD)、4，4' -二氨基联苯基、2，2，_双(三氟 甲基)联苯胺(TFMB)、1，5-萘二胺、1，4_萘二胺、以及它们的混合物。
6.根据权利要求1的方法，其中至少25摩尔％的所述二胺为1，5_萘二胺。
7.根据权利要求1的方法，其中所述基板包含偶联剂、分散剂或它们的组合。
8.根据权利要求1的方法，其中所述基板加固有热稳定的无机织物、纸材、片材、稀松 布或它们的组合。
9.一种用于集成电路封装的互连导电物薄膜，所述互连导电物薄膜包括由基板支撑的 多个导电区域，其中所述基板包含a)所述基板的40%至95重量％的量的聚酰亚胺，所述聚酰亚胺衍生自i)至少一种芳族二酸酐，至少85摩尔％的所述芳族二酸酐为刚棒型二酸酐，和 )至少一种芳族二胺，至少85摩尔％的所述芳族二胺为刚棒型二胺；以及b)填料，所述填料a)在至少一个尺度上小于800纳米；b)具有大于3 1的纵横比；c)在所有尺度上小于所述薄膜的厚度；以及d)以所述薄膜的总重量的5%至60重量％的量存在， 所述基板具有8至150微米的厚度，其中a)所述刚棒型二酸酐选自由下列组成的组3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、均苯 四甲酸二酐(PMDA)、以及它们的混合物；并且b)所述刚棒型二胺选自1，4_ 二氨基苯(PPD)、4，4' -二氨基联苯基、2，2，_双(三氟 甲基)联苯胺(TFMB)、1，5-萘二胺、1，4_萘二胺、以及它们的混合物。
10.根据权利要求9的互连导电物薄膜，其中所述填料包括针状二氧化钛，至少一部分 针状二氧化钛涂覆有氧化铝。
11.根据权利要求17的互连导电物薄膜，其中至少25摩尔％的所述二胺为1，5_萘二胺。
全文摘要
本发明公开了用于集成电路封装的互连导电物薄膜。所述互连导电物薄膜包括支撑多个导电区域的基板。所述基板包含刚棒型聚酰亚胺及约5-60重量％的填料。所述填料具有至少一个(平均)小于约800纳米的尺度，并且所述填料还具有大于约3∶1的平均纵横比。
文档编号H01L21/48GK102110617SQ201010550388
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年11月20日
发明者B·C·奥曼, K·库塔基斯, S·布萨德 申请人:E.I.内穆尔杜邦公司