在电子产品中芯片接合的方法与流程

本发明涉及一种在电子产品中芯片接合(die bonding)的方法，具体地，涉及一种在存储卡例如嵌入式多媒体卡中芯片接合的方法。

背景技术：

电子产品例如存储卡正经历着更新(high turnovers)，以嵌入式多媒体卡(简略为“eMMC”)为例，eMMC延伸自用于嵌入式存储的多媒体卡并短时间进入市场，它是精美先进的移动设计的流畅路径的主要规格之一。开发eMMC的当前趋势是控制器芯片(controller die)移动到基底并移动到存储器芯片(memory die)的下面以便节省空间、最小化和多功能化，这意味着，需要提前将母存储器芯片粘附到控制器芯片或其他类似元件的顶部。

对于这种改变的现有解决方案是使用FOD(在芯片上的薄膜)来粘附存储器芯片。这类FOD材料已有商业产品。然而，如果控制器芯片和存储器芯片变得更大(这是存储器件的趋势之一)，由于基底和存储器芯片都非常薄且不能承受高应力，因此会有严重的翘曲问题。同时，FOD的费用非常高，对于许多存储器件播放器来说是不能接受的。已尝试了一些开发。替代方案1是使用间隔芯片(spacer die)来将底部的存储芯片接合到基底，然后进行标准的叠层芯片接合、引线接合(wire bonding)和模塑。该方案比FOD便宜，但在引线接合期间芯片破裂的风险高且收率相当低。替代方案2是使用标准模塑方法来模塑控制器芯片和/或其他类似元件，然后进行标准的叠层芯片接合、引线接合和模塑。在上述两种替代方案中，通常需要额外的膜材料来结合存储器芯片，这增加了总的材料成本，且通常在膜与模塑化合物之间的粘合非常有限。因此，由于芯片破裂问题、层离、高翘曲或低收率，上述两种方案已被证明不那么有效。

围堰(dam)和填充材料是粘合剂领域已知的且已应用于电子产品包装一段时间了。然而，在现有技术中，围堰和填充材料仅用于包装以保护位于包装中的元件。迄今尚没有尝试去开发不仅能用于包装而且还能用于直接接合电子产品中的元件(例如芯片元件)的围堰和填充材料。

技术实现要素：

鉴于电子产品中(特别是存储卡中)的芯片包装的当前技术趋势，本发明的一个目的是提供一种简单且低成本的芯片接合方法，并且解决现有技术方案中的问题，例如翘曲、低收率和高成本。令人惊讶地，本发明的发明人发现使用围堰材料和填充材料的方法(简称为D-F方法)以及使用具有一组特定孔的印刷钢模板(printed steel stencil)和糊状材料(paste material)的印刷方法(简称为印刷方法)能够解决翘曲和芯片破裂问题，这些问题在使用FOD或芯片接合的其他可选方案时经常发生。本发明的上述两种方法在芯片接合中获得了好的粘合和低的应力/条带翘曲(stress/strip warpage)，并且它们是简单且低成本的方法，适用于大的控制器芯片和超薄存储器芯片。在一些情况下，不需要额外的膜或芯片粘附材料来粘附存储器芯片。

在本发明的一个方面，提供了D-F方法，所述用于芯片接合的D-F方法包括以下步骤：

1)在基底上围绕一个或多个第一芯片分配围堰材料(dam material)；

2)将填充材料分配到由所述围堰材料限定的区域中，并任选地，同时加热所述基底；

3)任选地，使所述填充材料部分地固化；

4)将第二芯片接合到所述填充材料上；和

5)使所述围堰材料和所述填充材料完全固化。

在D-F方法中，围堰材料类似于标准DA(芯片贴装)糊料(paste)但具有比较高的粘度和高T.I.，这有助于在分配后保持其原有形状，而填充材料具有非常低的粘度和非常好的流动性，从而它能够容易地沿着基底、引线(wire)、芯片和其他元件流动，并在分配后在非常短的时间内实现充分覆盖。

在本发明的另一方面，提供了印刷方法，所述印刷方法包括以下步骤：

1)用具有一组特定孔的印刷钢模板覆盖基底上的一个或多个第一芯片；

2)将糊状材料印刷到所述孔中，以覆盖所述一个或多个第一芯片；

3)任选地，使所述糊状材料部分地固化；

4)将第二芯片接合到所述糊状材料上；和

5)使所述糊状材料完全固化。

与D-F方法相比，印刷方法甚至更简单且得到非常高的UPH(单位/小时)。

本发明还提供由D-F方法或印刷方法制备的存储卡，例如嵌入式多媒体卡。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明的目的且不意在以任何方式限制本公开的范围。

图1a和1b是显示eMMC包装的传统结构的示意图；

图2是显示eMMC包装的改进结构的示意图；

图3是显示D-F方法中的步骤的流程图；以及

图4是显示印刷方法中的步骤的流程图。

发明详述

除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在有冲突的情况下，以本说明书(包括定义)为准。除了另有明确说明，商标以大写字母示出。除非另有说明，所有的百分比、部分、比值等按重量计。

当以范围、优选范围或一系列优选上限值和优选下限值给出数量、浓度或者其他数值或参数时，这应理解为具体公开了由任意一对的任意上限值或优选值和任意下限值或优选值形成的所有范围，而不必考虑是否单独公开了这些范围。当本文记载数值范围时，除非另有说明，所述范围意在包括其端点以及该范围中的所有整数和分数。当限定范围时，不意在将本发明的范围限制于所记载的特定值。

当术语“约”被用于描述数值或范围的端点时，本公开应理解为包括所指的特定值或端点。

如本文中所使用，术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或它们的任意其他变体都意在覆盖非排他性的含括。例如，包括一系列要素的组合物、工艺、方法、物品或装置不必仅限于那些要素，而可以包括没有明确列出的或这样的组合物、工艺、方法、物品或装置固有的其他要素。此外，除非相反地明确说明，“或”指的是包括性的“或”而非排除性的“或”。例如，以下任何一种情形均满足条件“A”或“B”：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。

另外，在本发明的要素或元件之前的不定冠词“一个”和“一种”意指关于要素或元件的实例(即：单一实例)的数目是非限制性的。因此，“一个”或“一种”应被解释为包括一个(一种)或至少一个(一种)，单数形式的要素或元件也包括复数，除非该数明显表示单数。

本文中的材料、方法和实施例仅是说明性的，且除非另有明确说明，它们不意在限制。本文中描述了合适的方法和材料，但是可以在实践或测试本发明时使用类似于或相当于本文描述的方法和材料的那些。

在下文中详细说明本发明。

D-F方法

在D-F方法中，围堰材料包含基本树脂、环氧固化催化剂(epoxy hardener)、固化剂、填料和其他添加剂，其中基本树脂为选自环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂中的一种或多种。

环氧树脂，也称为聚环氧化物，是一类含有环氧化物基团的反应性预聚物和聚合物，例如双酚A环氧树脂、CTBN改性的环氧树脂，等等。环氧树脂可以通过催化均聚反应与它们自身反应(交联)，或者与宽范围的共反应剂(包括多官能的胺类、酸类(和酸酐类)、酚类、醇类和硫醇类)反应(交联)。这些共反应剂通常称为环氧固化催化剂。

BMI树脂(双马来酰亚胺树脂的简称)，是一类具有两个马来酰亚胺基团的化合物，所述两个马来酰亚胺基团通过氮原子经由连接基连接，所述连接基例如为亚烷基。聚-(氧基四亚甲基)-二-(2-马来酰亚胺基乙酸酯)是这种类型的BMI树脂。

乙烯基树脂是一类含有乙烯基基团的单体、预聚物或聚合物，例如丙烯酸苯氧基乙基酯和聚丁二烯。

环氧固化催化剂(epoxy hardener)，如上文对于环氧树脂的解释，包括宽范围的与环氧树脂反应的共反应剂，包括多官能的胺类、酸类(和酸酐类)、酚类、醇类和硫醇类。

与环氧固化催化剂相同，固化剂(curing agent)是帮助另一基底硬化或固化的成分。例如，过氧化物通常是乙烯基树脂以及BMI树脂的固化剂。

填料是加到基质(matrix)材料中的颗粒物质，通常用于改善基质材料的性质，例如粘度、T.I.、内部强度(inner strength)和热膨胀系数。二氧化硅和氧化铝是典型的填料。

除了基本树脂、环氧固化催化剂、固化剂和填料，也可以将一些其他的化学物质添加到配制物中以改善粘合强度、调节T.I.、改善相容性等。这些化学物质被归类为添加剂，例如硅烷。

对于围堰材料中的这些组分没有特殊限制，它们可以是本领域技术人员选择的任何普通和常规的组分，只要围堰材料具有比较高的粘度和高T.I.，从而有助于在分配后保持其原有形状。例如，基本树脂可以同时包含环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂，环氧固化催化剂可以固化环氧树脂，固化剂可以固化BMI和乙烯基树脂，且填料用于调节T.I.、改善强度等。也可以包含添加剂以增加粘度、流动性和调节T.I.。特别地，基于围堰材料的总重量，所述围堰材料包含0-20％、优选4-8％的环氧树脂，0-30％、优选20-28％的BMI树脂，0-30％、优选14-20％的乙烯基树脂，0-5％、优选0.2-1.0％的环氧固化催化剂，0-5％、优选0.2-1.2％的固化剂，30-80％、优选40-60％的填料和0-5％、优选0.5-2.0％的其他添加剂，其中各组分的总和为100％。

在D-F方法中，围堰材料在5rpm和25℃的粘度为5,000-500,000mPa·s，优选为40,000-50,000mPa·s；围堰材料的触变指数(T.I.)大于1.0，优选为4.0-6.0。

此外，在D-F方法中，填充材料包含基本树脂、环氧固化催化剂、固化剂、填料和其他添加剂，其中基本树脂为选自环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂中的一种或多种。对于这些组分的定义与对于围堰材料提供的定义相同。例如，环氧树脂可选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂。

对于填充材料中的这些组分没有特殊限制，它们可以是本领域技术人员选择的任何普通和常规的组分，只要填充材料具有非常低的粘度和非常好的流动性，从而它能够容易地沿着基底、引线、芯片和其他元件流动并在分配后在非常短的时间内实现充分覆盖。例如，基本树脂可以同时包含环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂，环氧固化催化剂可以固化环氧树脂，固化剂可以固化BMI树脂和乙烯基树脂，且填料用于调节T.I.、改善强度等。也可以包含添加剂以增加粘合、防渗出(anti-bleed)和调节T.I.。特别地，基于填充材料的总重量，所述填充材料包含0-30％、优选8-16％的环氧树脂，0-40％、优选25-30％的BMI树脂，0-40％、优选6-16％的乙烯基树脂，0-5％、优选0.2-1.2％的环氧固化催化剂，0-5％、优选0.6-1.0％的固化剂，0-70％、优选45-50％的填料和0-5％、优选0.8-1.5％的其他添加剂，其中各组分的总和为100％。

优选地，填充材料在25℃的粘度小于50，000mPa·s，优选小于10，000mPa·s；填充材料的T.I.小于3.0，优选小于1.5。

在D-F方法的具体实施方案中，第一芯片是控制器芯片，第二芯片是存储器芯片。术语“第一芯片”和“第二芯片”在本发明中的含义应被以这样的方式解释：它们用于区分在不同步骤中所使用的芯片，对于“第一芯片”和“第二芯片”的类型没有特别限制，可以包括用于存储卡中的通常类型的芯片，和无源元件，例如：电容、电阻、电感，和其他的功能芯片，例如与RF相关的芯片、安全芯片、传感芯片、功率芯片、数字信号处理器芯片、逻辑芯片、收发器芯片等。

在D-F方法的优选具体实施方案中，在步骤2)中，将基底轻微加热以改善填充材料的流动和覆盖。

在D-F方法的优选具体实施方案中，经由UV或加热进行固化。

在D-F方法的优选具体实施方案中，由围堰材料限定的区域的面积为第二芯片的面积的约70％-100％，优选90％。

印刷方法

在印刷方法的一个具体实施方案中，糊状材料包含基本树脂、环氧固化催化剂、固化剂、填料和其他添加剂，其中基本树脂为选自环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂中的一种或多种。对于这些组分的定义与对于围堰材料提供的定义相同。例如，环氧树脂可选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂。

对于糊状材料中的这些组分没有特殊限制，它们可以是本领域技术人员选择的任何普通和常规的组分，只要糊状材料在25℃的粘度为1,000-500,000mPa·s并且T.I.大于1.0。例如，基本树脂可以同时包含环氧树脂、BMI树脂和乙烯基树脂，环氧固化催化剂可以固化环氧树脂，固化剂可以固化BMI树脂和乙烯基树脂，且填料用于调节T.I.、改善强度等。也可以包含添加剂以增加粘附和调节T.I.。特别地，基于糊状材料的总重量，所述糊状材料包含0-30％、优选5-10％的环氧树脂，0-30％、优选20-30％的BMI树脂，0-30％、优选15-28％的乙烯基树脂，0-6％、优选0.2-1.5％的环氧固化催化剂，0-5％、优选0.2-1.0％的固化剂，30-70％、优选30-55％的填料和0-5％、优选1.0-1.5％的其他添加剂，其中各组分的总和为100％。

在印刷方法中，糊状材料在25℃的粘度为1,000-500,000mPa·s，优选为15,000-50,000mPa·s；糊状材料的T.I.大于1.0，优选为1.5-3.0。

在印刷方法的具体实施方案中，在步骤1)之前，可以任选地在基底上围绕所述一个或多个第一芯片分配围堰材料。所述围堰材料与应用于D-F方法中的围堰材料相同，在此省略对围堰材料的讨论。

在印刷方法的具体实施方案中，第一芯片是控制器芯片，第二芯片是存储器芯片。术语“第一芯片”和“第二芯片”在本发明中的含义应被以这样的方式解释：它们用于区分在不同步骤中所使用的芯片，对于“第一芯片”和“第二芯片”的类型没有特别限制，可以包括用于存储卡中的通常类型的芯片，和无源元件，例如：电容、电阻、电感，和其他的功能芯片，例如与RF相关的芯片、安全芯片、传感芯片、功率芯片、数字信号处理器芯片、逻辑芯片、收发器芯片等。

在印刷方法的具体实施方案中，经由UV或加热进行固化。。

实施例

结合以下实施例和附图，本发明将被更详细的说明。

I.测试方法

粘度

通过由Brookfield提供的Brookfield Model HBDV-III(CP-51)，在5rpm和25℃测量围堰材料、填充材料和糊状材料的粘度。

T.I.(触变指数)

基于以下公式计算围堰材料、填充材料和糊状材料的T.I.值：

TI＝(在0.5rpm的粘度)/(在5.0rpm的粘度)

通过由Brookfield公司提供的Brookfield Model HBDV-III(CP-51)，在25℃，在0.5rpm和5.0rpm测量粘度。

DSC(差示扫描量热计)测量

使用Perkin-Elmer有限公司提供的Perkin-Elmer差示扫描量热计(DSC-7)，通过测定流经围堰材料、填充材料和糊状材料的热量来作为温度的参数，获得这些材料的固化反应曲线。温度范围为从25℃至300℃，温度上升速率为10℃/min。

芯片剪切强度

定义：以一致(uniform)的方向断裂芯片与基底之间的接合的所需的切向力的值。

芯片剪切测试仪为由Dage提供的Dage 4000。

BLT(接合线厚度)

定义：粘合层的厚度由尼康显微镜MM-40(由尼康公司提供)测量。

条带翘曲(Strip Warpage)(以μm为单位记录)

通过将物体置于水平面上，采用Cyber激光扫描轮廓仪VANTAGE-2(由Cyber技术提供)测定翘曲的最高点与最低点之间的差异来测量条带翘曲。

II.材料

实施例1

填充材料1的制备

将8.81g的SR 495B(乙烯基树脂)、8.33g的RAS-1(环氧树脂)、25.60g的SRM-1(BMI树脂)、5.12g的Ricon 131 MA10(乙烯基树脂)、0.48g的Z6040(添加剂)、0.36g的Z6030(添加剂)、0.36g BYK-333(添加剂)、0.24g的催化剂313B(环氧固化催化剂)、0.71g的二枯基过氧化物(固化剂)和50.00g的AO-802(填料)混合在一起以制备填充材料。在5rpm测得填充材料的粘度为3992mPa·s并在0.5rpm测得其粘度为4643mPa·s，因此，填充材料1的T.I.为1.163。在表1中记录了与填充材料1的DSC峰相关的数据。

实施例2

填充材料2的制备

用与填充材料1相同的方法制备填充材料2，除了填充材料2中各组分的量根据表1中所示的数据改变。

实施例3

填充材料3的制备

用与填充材料1相同的方法制备填充材料3，除了填充材料3中各组分的量根据表1中所示的数据改变。

表1 实施例1-3中的填充材料的组成

实施例4

围堰材料4的制备

将7.64g的SR 610(乙烯基树脂)、6.11g的EPON树脂58005(环氧树脂)、1.53g的Art树脂UN 9200(乙烯基树脂)、23.45g的SRM-1(BMI树脂)、9.27g的Ricon 131 MA10(乙烯基树脂)、0.24g的催化剂313B(环氧固化催化剂)、0.22g的二枯基过氧化物(固化剂)，0.33g的道康宁消泡剂1400(添加剂)、0.44g的Z6040(添加剂)、0.33g的Z6030(添加剂)和50.70g的XG-1270(填料)混合在一起以制备围堰材料4。在5rpm测得围堰材料的粘度为44370mPa·s并在0.5rpm测得其粘度为164400mPa·s，因此，围堰材料4的T.I.为3.705。在表2中记录了与围堰材料4的DSC峰相关的数据。

实施例5

围堰材料5的制备

用与围堰材料4相同的方法制备围堰材料5，除了围堰材料5中各组分的量根据表2中所示的数据改变。

实施例6

围堰材料6的制备

用与围堰材料4相同的方法制备围堰材料6，除了围堰材料6中各组分的量根据表2中所示的数据改变。

表2 实施例4-6中的围堰材料的组成

实施例7

糊状材料7的制备

将5.46g的SR 495B(乙烯基树脂)、6.12g的EPON树脂58005(环氧树脂)、1.95g的Art树脂UN 9200(乙烯基树脂)、23.48g的SRM-1(BMI树脂)、10.92g的Ricon 131 MA10(乙烯基树脂)、0.27g的Fomblin T4(添加剂)、0.44g的Z6040(添加剂)、0.33g的Z6030(添加剂)、0.24g的催化剂313B(环氧固化催化剂)、0.44g的二枯基过氧化物(固化剂)和43.80g的SE 6100(填料)以及6.55g的AO-802(填料)混合在一起以制备糊状材料7。在5rpm测得糊状材料的粘度为21990mPa·s并在0.5rpm测得其粘度为45420mPa·s，因此，糊状材料7的T.I.为2.065。在表3中记录了与糊状材料7的DSC峰相关的数据。

实施例8

糊状材料8的制备

用与糊状材料7相同的方法制备糊状材料8，除了糊状材料8中各组分的量根据表3中所示的数据改变。

表3 实施例7-8中的糊状材料的组成

性能实施例9

根据D-F方法形成的芯片接合

根据D-F方法进行13组芯片接合测试。以组#1为例，首先围绕控制器芯片分配围堰材料4，围堰材料4的粘度(44370mPa·s)高于标准芯片接合的粘度(约10000mPa·s)，因此能够保持其原有形状。围堰材料的喷嘴尺寸(内径)为0.30mm，具有框架分配模式(frame dispensing pattern)。对于分配围堰材料，气压为0.34MPa，分配速度为9mm/s且分配高度为0.08mm。阶段温度为25℃。填充材料具有非常低的粘度和T.I.，它们可以在BGA基底上具有非常好的流动性。填充材料的喷嘴尺寸为0.50mm，具有曲径(maze)v2分配模式。对于分配填充材料，气压为0.12MPa，分配速度为37.5mm/s且分配高度为0.14mm。轻微加热基底以改善流动和覆盖。阶段温度为65℃。在填充了填充材料并实现充分覆盖后，预加热填充材料以形成发粘的表面。然后，将存储器芯片粘附于其上。接合力为200g，接合时间为1000ms。然后将部分固化的材料置于炉中以完全固化。在固化后，芯片接合结果示于表4中，也就是说，BLT为80μm，在室温的粘合性为4.3kgf/mm²，条带翘曲为50μm。以与组#1相同的方式进行其他12组，除了相应的工艺参数根据表4中所示的那些进行改变。

由表4可清楚的看到，D-F方法的性能在BLT、室温下的粘合性以及条带翘曲方面很优越。证明根据本发明的D-F方法，BLT是可控的，例如控制在80-200μm的范围内。根据本发明的D-F方法在室温的粘合性等于或高于3.9kgf/mm²，这远远高于现有技术中大约2.5kgf/mm²的平均值。条带翘曲甚至更好，因为它远小于100μm，这表示一方面，根据本发明方法的翘曲是肉眼不可见的，且另一方面，它好于现有技术的高于100μm的平均值。

性能实施例10

根据印刷方法形成的芯片接合

根据印刷方法进行8组芯片接合测试。以组#1为例，采用具有一组特定孔并具有125μm厚度的印刷钢模板来覆盖基底上的控制器芯片，然后将糊状材料7印刷到孔中以覆盖控制器芯片。压延(squeegee)压力为1kg，挤压速度为10mm/sec，分离速度为0.5mm/sec。使糊状材料部分固化。然后，将存储器芯片粘附到糊状材料上。接合力为200g，接合时间为1000ms。然后将部分固化的材料置于炉中以完全固化。在固化后，芯片接合结果示于表5中，也就是说，BLT为100μm，在室温的粘合性为4.3kgf/mm²，条带翘曲为50μm。以与组#1相同的方式进行其他7组，除了相应的工艺参数根据表5中所示的那些进行改变。

由表5可清楚的看到印刷方法的性能在BLT、室温下的粘合性以及条带翘曲方面很优越。证明根据本发明的印刷方法，BLT是可控的，例如控制在80-100μm的范围内。根据本发明的印刷方法在室温的粘合性等于或高于4.06kgf/mm²，这远远高于现有技术中大约2.5kgf/mm²的平均值。条带翘曲甚至更好，因为它远小于100μm，这表示一方面，根据本发明方法的翘曲是肉眼不可见的，且另一方面，它好于现有技术的高于100μm的平均值。

尽管已在说明书中描述了本公开并参考多个实施例和附图进行了说明，本领域技术人员会理解，可以进行多种变化以及可以进行它们的要素替代而不背离权利要求中所限定的本公开的范围。此外，不同实施方案之间的特征、要素和/或功能的混合和搭配也明确涵盖在本文中，从而本领域普通技术人员能从本公开理解，一个实施方案的特征、要素和/或功能可被适当地引入另一实施方案中，在上文中另有说明的除外。另外，可进行许多改进以适应本公开所教导的具体情形或材料，而不背离本公开的实质范围。因此，并不意在将本公开限于具体实施方案，这样的实施方案经由附图进行说明并在说明书中描述，作为实现本公开的最佳方式呈现；而本公开包括落入前述说明书和所附的权利要求中的任何实施方案。