专利名称：倒装芯片系统及其制备方法
技术领域：
本发明的实施方案涉及被封装的半导体管芯(die)，所述管芯具有集成电路。更具体地，实施方案涉及使用底部填料(underfill)混合物将被封装的管芯结合到板上，该底部填料混合物包括类似于颗粒填充的底部填料复合物的性能。
背景技术：
倒装芯片技术在本领域中是公知的，用于将管芯(以下称为“芯片”或“倒装芯片”)电气连接到比如印刷线路板的安装衬底上。
管芯(die)的有源(active)表面具有许多的电耦合，它们通常通向芯片的边缘。管芯的有源表面发热显著，芯片的有源表面也因此发热显著。在倒装芯片的有源表面上沉积作为端子的电连接，其称呼不一，可以是球、凸起(bump)等。凸起包括焊料和/或塑料，所述焊料和/或塑料与衬底进行机械连接和电气耦合。芯片在安装衬底上被翻转过来(因此称为“倒装芯片”)，凸起与安装衬底上的结合盘(bonding pad)对齐。如果凸起是焊料凸起，那么倒装芯片上的焊料凸起被焊接到衬底上的结合盘。在倒装芯片的有源表面和安装衬底之间存在一定间隙(gap)。
一个电子器件除其他部件外，还包括倒装芯片和安装衬底。倒装芯片技术的一个特点就是在器件的温度循环期间在焊接接头上有剪切应力。该剪切应力部分由于倒装芯片和安装衬底的热膨胀系数(CTE)之间存在差异。管芯材料(比如硅、锗和砷化镓)连同它们的封装材料，CTE可以在约3ppm/℃到约6ppm/℃范围内。安装衬底通常是有机浸渍(organic-impregnated)玻璃纤维电介质和金属电路的复合物。这些衬底的CTE可以在约15ppm/℃到约25ppm/℃范围内。因此，在倒装芯片和安装衬底之间存在CTE失配。
为了减少热循环期间由于应力导致的焊接接头的失效，通过使用底部填料复合物来填充倒装芯片和安装衬底之间以及焊接接头附近的空间来增强焊接接头。通常用来底部填充倒装芯片的两种主要的方法包括毛细底部填充方法和无流动底部填充方法。
毛细底部填充方法一般首先将倒装芯片上的焊料凸起与衬底上的盘(pad)对齐，然后将焊料回流来形成焊接接头。形成互连以后，使底部填料在倒装芯片和安装衬底之间流动。然后，使底部填料复合物固化。通过在倒装芯片和安装衬底之间泵送底部填料复合物或者在倒装芯片和安装衬底之间真空辅助吸入(draw)底部填料复合物，可以有助于毛细底部填充(capillary underfilling)。
底部填料复合物的有效性取决于它的化学、物理和机械性能。使底部填料复合物成为所期望的材料的性能包括低CTE、低吸湿性(moisture uptake)、高附着性、高韧性、高玻璃化转变(Tg)温度、高热变形温度等。底部填料复合物包括微粒填充料无机物，比如硅石或类似物以及金属薄片或类似物。微粒填充料增加了模量，并且作为倒装芯片和安装衬底之间的失配CTE的CTE中间物。硅石填充复合物的一个实施例是基于环氧树脂的硅石填充有机物。但是，包括硅石填充复合物等的毛细底部填充方法具有一定技术上的挑战繁杂、昂贵、对工艺规则和芯片大小和形状敏感。例如，底部填料复合物中的微粒填充料使得在倒装芯片有源表面和安装衬底上表面之间的流动性降低。而且，倒装芯片和安装衬底之间不断减小的节距(pitch)和不断减小的间距(spacing)也阻碍了在电凸起附近的流动。
无流动底部填充方法避免了毛细流动底部填充方法中的某些挑战。在无流动底部填充方法中，底部填料复合物被分配到安装衬底或倒装芯片上，并且使倒装芯片和安装衬底接触。芯片上的焊接凸起与衬底上的盘相对齐。接下来，将焊料回流以在创建焊接接头之前或与之基本同时将底部填料复合物固化。
无流动底部填充方法也具有技术上的挑战。无流动底部填充材料也必须制成添加了硅石填充料等的复合物。硅石填充料降低了凸起互连的合格率(yield)，因为填充料被沉积在凸起和盘之间，使得不能实现电气连接。
为了理解实现本发明实施方案的方式，通过参考所附的附图，将给出上面简述的本发明各个实施方案更加具体的描述。应该理解，这些附图描绘的仅仅是本发明典型的实施方案，这些实施方案不一定是按比例绘制的，并因此不能认为是对本发明范围的限定。通过使用附图，将对具有其他特性和细节的本发明的实施方案进行描述和解释，其中图1A是根据实施方案在底部填充过程中的封装的横截面视图；图1B是图1A所述的封装在进一步处理之后的横截面视图；图1C是图1B所示的封装在进一步处理之后的横截面视图；图1D是图1C所示的封装在进一步处理之后的横截面视图；图2A是根据实施方案在无流动底部填充过程中的封装的横截面视图；图2B是图2A所述的封装在进一步处理之后的横截面视图；图2C是图2B所示的封装在进一步处理之后的横截面视图；图2D是图2C所示的封装在进一步处理之后的横截面视图；图3A是描述封装方法的实施方案的流程图；以及图3B是描述另一个封装方法的实施方案的流程图。
具体实施例方式
一个实施方案涉及一种系统，该系统包括倒装芯片、安装衬底以及底部填充混合物，该底部填充混合物除其他性能外，还呈现这样的热膨胀系数(CTE)，即该CTE是此前公知的无机填充底部填料复合物的特性。该底部填充混合物包括主要(principal)底部填料组合物，其选自倍半硅氧烷(silesquioxanes)、热固性液晶单体(thermosetting liquid crystalmonomers)，它们的组合，以及将根据各个实施方案进一步描述的其他成分。
一个实施方案包括组装倒装芯片和安装衬底的方法。
下面的描述中包括这样的术语，比如“上”、“下”、“第一”、“第二”等，它们仅用于描述目的，而不能解释为限定。本文所描述的本发明的器件或制品的实施方案可以多种位置和方位进行制造、使用或运输。术语“管芯”和“处理器”通常指作为基本工件的物理对象，它由各个加工操作转变为所期望的集成电路器件。管芯通常从晶片单个分离(singulated)出来，晶片可以是由半导体的、非半导体的、或半导体和非半导体的组合的材料构成。如本文所使用的术语“芯片”是指已经封装在有机的、无机的、或有机和无机组合的壳内的管芯。“板”通常指作为芯片安装衬底的树脂浸渍玻璃纤维结构。
图1A是根据实施方案在底部填充过程中的封装的横截面视图。在图1中，所描述的封装100处于毛细底部填充过程中。封装100包括附着于倒装芯片112的焊料凸起110。倒装芯片112的电气耦合是通过设置于安装衬底116上的结合盘114来完成的。
图1B是图1A所示的封装在进一步处理之后的横截面视图。在图1B中，倒装芯片112和安装衬底116被对齐并组合在一起。接下来，对焊料凸起118进行回流。经回流的焊料凸起118如图所示，倒装芯片组件120包括以所描述的方式结合的倒装芯片112和安装衬底116。
图1C是图1B所示的封装在进一步处理之后的横截面视图。根据实施方案的底部填料混合物122在这样的条件下被施加到倒装芯片组件120即在倒装芯片112和安装衬底116之间产生底部填料混合物的毛细吸附作用。底部填料混合物122根据不同的实施方案可具有独特的配方，并且将在下文更加详细地进行说明。
图1D是图1C所示的封装在进一步处理之后的横截面视图。进行固化处理来获得芯片封装124。该固化处理是根据具体实施方案来进行的。在一个实施方案中，固化混合物是通过自催化处理来进行的。在一个实施方案中，自催化处理是通过在底部填料122中提供活性稀释剂来进行的。在另外的实施方案中，固化处理是通过添加剂催化固化处理。该添加剂催化固化处理包括比如金属催化剂粉末的添加剂，该添加剂使底部填充混合物122固化。在另外的实施方案中，进行了交联/硬化处理来固化底部填充混合物122。这里，阐述了具体交联剂/硬化剂组合物的实施例。在另外的实施方案中，进行的是热固化固化处理。通常，一些固化处理实施方案需要热处理的辅助。但是，在一些实施方案中，比如使用液晶热固化单体时，热固化处理可以在没有其他固化剂处理的情形下进行。
图2A是根据实施方案在无流动底部填充过程中的封装200的横截面视图。封装200包括被附着到倒装芯片212上的焊料凸起210。倒装芯片212的电耦合是通过设置在安装衬底216上的结合盘214来完成的。
图2B是图2A所示的封装200在进一步处理之后的横截面视图。根据实施方案的底部填料混合物222或施加到倒装芯片212上，或施加到安装衬底216上。在图2B中，底部填料混合物222如图所示被沉积在安装衬底116上，虽然它也可以沉积在倒装芯片212上(图2A)。根据不同的实施方案，底部填料混合物222可具有独特的配方，并将在下面更加详细地说明。
图2C是图2B所示的封装200在进一步处理之后的横截面视图。接下来，倒装芯片212和安装衬底216被对齐和组合在一起，来形成倒装芯片组件220，该倒装芯片组件220包括未固化的底部填料混合物222和尚未回流的焊料凸起210。
图2D是图2C所示的倒装芯片组件220在进一步处理之后前视(elevational)横截面视图。进行固化处理来获得芯片封装224。该固化处理时根据具体实施方案来进行的。在一个实施方案中，在固化之后，将焊料凸起210(图2C)回流在结合盘214上来形成经回流的焊料凸起218。在另外的实施方案中，固化和回流是几乎同时进行的。如在图1C和图1D所示的实施方案中，固化可以通过各种处理途径来进行，包括自催化、添加剂催化剂、稀释剂交联/硬化、热固化、以及它们的组合。
根据实施方案，焊料凸起110和210包括本领域正在开发的基本上无铅的焊料技术。在另外的实施方案中，焊料凸起110和210是含铅的焊料。采用“基本上无铅的焊料”，这意味着根据行业趋势，所设计的焊料不含铅。
含铅焊料的一个实施例是锡铅焊料。在所选择的实施方案中，含铅焊料是比如Sn97Pb的锡铅焊料组合物。可使用的锡铅焊料组合物或者是Sn37Pb组合物。无论如何，含铅焊料可以是组成为SnxPby的锡铅焊料，其中x+y之和为1，x的范围为约0.3到约0.99。在一个实施方案中，含铅焊料是Sn97Pb锡铅焊料组合物。在另外的实施方案中，含铅焊料是Sn37Pb锡铅焊料组合物。
在一个实施方案中，基本上无铅的焊料是本领域已知的Sn90-98Ag10-2Cu2-0焊料。具体地说，一种这样的组合物是Sn97Ag2.5Cu0.5。
底部填料配方一个实施方案涉及获得底部填料混合物，该底部填料混合物具有此前已知的底部填料复合物的物理性质，该此前已知的底部填料复合物包括了无机颗粒。该此前公知的底部填料复合物的热膨胀系数(CTE)在芯片和板的CTE值之间。因此，某些实施方案包括具有一定范围的组合物及组合的底部填料混合物，只要它们具备此前已知的底部填料组合物的最低限度整体物理性质即可。
底部填料混合物的一些期望的性能包括高模量、在分配到芯片和/或衬底上时的低粘性、低CTE、以及固化后对界面的良好附着性，使得在器件测试和现场使用时在界面处不会出现分层。底部填料混合物其他一些期望的性能包括高玻璃化转变(Tg)温度以及低吸湿性。
根据不同的实施方案，主要底部填料组合物包括倍半硅氧烷、热固性液晶单体及它们的混合物中至少一种。
添加剂材料本发明包括添加剂材料以及主要底部填料组合物。根据本文所述的实施方案，添加剂材料和主要底部填料组合物构成了的“底部填料混合物”。
根据实施方案的一种添加剂材料是弹性体，用来赋予主要底部填料组合物弹性。根据实施方案另一种添加剂材料是硬化剂/交联剂。所采用的具体硬化剂/交联剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。硬化剂/交联剂本质上可以是芳族的和脂族的。在一个实施方案中，硬化剂/交联剂是酸酐组合物。在另一个实施方案中，硬化剂/交联剂是胺。
根据实施方案的另一种添加剂材料是催化剂。所采用的具体催化剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。根据实施方案用于上述主要底部填料组合物的某些催化剂包括咪唑(imidizole)及其衍生物、胺和三苯基膦。适当的酸酐硬化剂包括纳迪克酸酐(nadicanhydride)、甲基环己酸酐(methyl cyclohexy anhydride)、邻苯二甲酸酐(pthalic anhydride)等。其他适当的实施例包括亚甲基二胺(methylene diamine)、二氨二苯砜或诸如此类。
根据实施方案的另一种添加剂材料是活性稀释剂。所采用的具体活性稀释剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。由于处理实施方案具有结合和密封的本质，因此活性稀释剂将反应和/或溶解到最终的底部填料混合物中，而不是挥发掉了。根据本发明实施方案的用于上述主要底部填料化合物的活性稀释剂包括其他低粘度的环氧单体，比如联苯环氧(Bi-phenyl epoxy)、双酚A环氧、双酚F环氧，或诸如此类。其他的环氧包括苯基缩水甘油醚、壬基苯基缩水甘油醚、对叔丁基苯基(p-tbutylphenyl)缩水甘油醚、烷基C8-C14缩水甘油醚、脂环族环氧及诸如此类。
根据实施方案的另一种添加剂材料是附着增进剂(adhesion promoter)。所采用的具体附着增进剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。可以被添加到上述底部填料组合物中的附着增进剂包括有机物和无机物的组合。在一个实施方案中，硅烷偶联剂被用作附着增进剂。在另一个实施方案中，有机-锆酸盐(ziconate)组合物被用作附着增进剂。在一个实施方案中，有机-钛酸盐组合物被用作附着增进剂。
根据实施方案的另一种添加剂材料是比如表面活性剂的流动改性剂。所采用的具体流动改性剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。表面活性剂需要比如与主要底部填料组合物的相容性这样的性质。在一个实施方案中，表面活性剂是阴离子性的，比如长链烷基羧酸，例如月桂酸、硬脂酸(steric acid)，或诸如此类。在另一个实施方案中，表面活性剂是非离子性的。非离子性表面活性剂的实施例有聚环氧乙烷(polyethtlene oxides)、聚环氧丙烷，或诸如此类。在另一个实施方案中，表面活性剂是阳离子性的，比如烷基铵盐，例如氯化叔丁基铵，或氢氧化物。
根据实施方案的另一种添加剂材料是变形剂(deforming agent)。所采用的具体变形剂将取决于与主要底部填料组合物的相容性。变形剂也称为增塑剂。
根据实施方案的另一种添加剂材料是助熔剂。根据实施方案，助熔剂主要用在无流动底部填料材料应用中，它包括能够溶解于基础树脂与交联剂的混合物的酸。一种助熔剂类型包括有机羧酸及诸如此类。另一种助熔剂类型包括聚合物助熔剂及诸如此类。助熔剂的实施例可以是任何含有羟基(-OH)或羧基(-COOH)或二者的化学物质，比如，甘油、乙二醇、酒石酸、己二酸、柠檬酸、苹果酸、美里克酸(meilic acid)、戊二酸。
根据实施方案的另一种添加剂材料是增韧剂。增韧剂使底部填充混合物可以抵抗裂纹扩展。在一个实施方案中，弹性体被用作增韧剂。所采用来增韧基体的具体弹性体将取决于与主要底部填料组合物的相容性。例如，一种随同环氧官能化组合物使用的弹性体是端羧基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)。CTBN是一族用于环氧的弹性体添加剂的总称，其中主要的弹性体是官能化的丁二烯-丙烯腈共聚物。这些弹性体可以用作环氧、羧基、氨基和乙烯基端官能(terminal functionalities)。也可以使用其他与给定底部填料组合物相容的弹性体。
根据实施方案的另一种添加剂材料是无机填料。可以有选择性地添加到底部填料混合物中的无机填料颗粒主要包括多种元素的氧化物，比如，氧化硅、氧化铝等。其他无机填料颗粒包括氮化物，比如，氮化硅，和诸如此类。其他无机填料颗粒包括导电材料，比如石墨、金刚石，及诸如此类。在添加时底部填充混合物被称为“底部填料复合物”更为恰当些，因为它像现有技术那样具有无机填料颗粒，但是它包括根据各个实施方案的主要底部填料组合物。与大多数其他实施方案不同，底部填料组合物实施方案包括不只一种相的物质。
主要底部填料组合物和底部填料混合物如上所述，主要底部填料组合物包括多个实施方案以及它们的等同方案。下面对多个主要底部填料组合物的非限制性讨论涉及倍半硅氧烷、热固性液晶单体，它们的混合物，以及其他对低CTE的底部填料混合物或复合物有贡献的物质。其他组合物也可以被选择来赋予底部填料混合物或底部填料复合物类似的最终性能。
倍半硅氧烷在涉及底部填料混合物的第一个总体性的实施方案中，主要底部填料组合物是倍半硅氧烷化合物。在一个实施方案中，倍半硅氧烷是官能化的、多立面体倍半硅氧烷。倍半硅氧烷包括多立面体寡聚倍半硅氧烷(polyhedral，oligomeric silesquioxane，POSS)。倍半硅氧烷被例如环氧、酚、或醛及其它的组合物所官能化。一种第一环氧官能化的倍半硅氧烷将在下文进行说明。
一种第二环氧官能化的倍半硅氧烷组合物将在下文进行说明。
一种第三环氧官能化的倍半硅氧烷组合物将在下文进行说明。
根据在这里提出的实施方案，在一个实施方案中，在官能化倍半硅氧烷上的官能团的数量(即，官能度)的范围在1到10(1和10也包括在内)是有用的。根据这个实施方案，官能化的倍半硅氧烷可以是寡聚的或聚合的。所选择的寡聚或聚合的程度取决于具体的应用。在一个实施方案中，官能度在约1到约10的范围内。在一个实施方案中，官能度在约3到约6的范围内。在另一个实施方案中，官能度约为5。
在一些实施方案中，具有环氧官能团的官能化倍半硅氧烷被利用了。在可供选择的实施方案中，官能化倍半硅氧烷被其他官能团官能化。
在一个实施方案中，在进行官能化之前，倍半硅氧烷先与其他单体混合。例如，倍半硅氧烷被制备作为环氧单体，它与比如联苯环氧或诸如此类的单体混合。在另一个实施方案中，倍半硅氧烷被制备作为环氧单体，它与其他单体混合，比如双酚A环氧、双酚F环氧、它们的混合物，或诸如此类。在另一个实施方案中，倍半硅氧烷被制备作为环氧单体，它与比如脂环族环氧或诸如此类的单体混合。倍半硅氧烷单体的其他混合物包括上述混合物组合，尽管倍半硅氧烷的官能化作用是通过非环氧官能团，例如胺，氢氧化物，酚，和上面提出的其他官能团来完成的。
官能化倍半硅氧烷也可以与其他组合物和/或颗粒混合，以获得具体的混合物实施方案和/或复合物实施方案。这些添加剂材料在上面已经给出。
下面是环氧官能化的倍半硅氧烷混合物的实施方案，根据方法实施方案对它们进行处理。
实施例1在实施例1中，请参考图1A-1D。倒装芯片112与安装衬底116对齐，焊料凸起110根据已知的技术被回流。将底部填料混合物122被馈送到倒装芯片112的边缘，并且底部填料混合物122在毛细作用下流动以填充倒装芯片112和安装衬底116之间的空隙。或者，底部填料混合物是借助正压或负压辅助流动的。然后，底部填料混合物122通过热处理固化。该实施例中底部填料混合物122包括上述的第一倍半硅氧烷，它被制备作为环氧单体。第一倍半硅氧烷与双酚F环氧单体以及硬化剂(例如酸酐)以环氧和酸酐官能团之间的摩尔比为1∶1来混合的。另外，上述的官能化聚倍半硅氧烷与CTBN弹性体和催化剂共混(blend)，其中，CTBN弹性体为混合物的约5-10％，催化剂为混合物的约1％。
实施例2在实施例1的第一可替换方式中，制备了同样的倍半硅氧烷，但使用了胺硬化剂/交联剂来代替酸酐硬化剂/交联剂，混合物的环氧对胺的摩尔比为0.5-1.5。
实施例3实施例1的第二可替换方式中，制备了同样的倍半硅氧烷，加入了活性稀释剂及附着增进剂和流动改性剂，其中，活性稀释剂约为混合物的10wt％以下(＜10wt％)，附着增进剂约为混合物的5wt％以下(＜5wt％)，流动改性剂约为混合物的5wt％以下(＜5wt％)。
实施例4
在实施例1的第三可替换方式中，制备了同样的倍半硅氧烷，混合物包括占混合物约10-70wt％的无机颗粒石英，以组成底部填料复合物。
一旦固化后，含倍半硅氧烷的底部填料混合物122或222呈现出一定的性能组合，该性能组合使得该材料相对于现有技术的底部填料复合物有改进。这些性能包括低CTE(20-50ppm/℃)、高Tg(50-175/℃)、高模量、低吸湿性(＜2wt％)、高热变形温度、高延伸率和低体积收缩性(＜2％)。
热固性液晶单体在第二总体性实施方案中，某些液晶单体被热固化并提供作为底部填料材料。在本发明这个实施方案中有用的单体是那些能够在单体固化时形成液晶热固体(liquid crystallinethermosets，LCTs)的单体。由此，在这里将这些单体称之为LCT单体，尽管它们在固化后呈现例如各向同性、液晶向列性(nematic)和近晶状液晶(smectic)的形态。根据不同的实施方案，LCT单体呈现改进的热稳定性，良好的取向稳定性，固化时的低收缩率，低CTE，以及由于这些活性基团的紧邻近(close proximity)而呈现的增强的反应速率。根据不同的实施方案，由于其改进的抗冲击性、高的断裂韧度和高模量，LCT单体也是自增强的(self-reinforcing)。
有用的单体是那些用各种官能团官能化的单体。在一些实施方案中，官能化的LCP单体具有环氧官能团。在一个可选择的实施方案中，LCP单体被其他官能团官能化。在一个实施方案中，LCP单体被醇或酚官能化。在一个实施方案中，LCP单体被胺官能化。在一个实施方案中，LCP单体被氯代硅烷官能化。在一个实施方案中，LCP单体被环氧化物官能化。在一个实施方案中，LCP单体被酯官能化。在一个实施方案中，LCP单体被氟烷基(fluoroalkyls)官能化。在一个实施方案中，LCP单体被芳族或脂族卤化物官能化。在一个实施方案中，LCP单体被异氰酸酯官能化。在一个实施方案中，LCP单体被甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯官能化。在一个实施方案中，LCP单体被环脂族化合物官能化。在一个实施方案中，LCP单体被腈官能化。在一个实施方案中，LCP单体被降冰片烯基(norbornenyls)官能化。在一个实施方案中，LCP单体被烯烃官能化。在一个实施方案中，LCP单体被磷杂环戊二烯官能化。在一个实施方案中，LCP单体被聚合物官能化。在一个实施方案中，LCP单体被硅烷官能化。在一个实施方案中，LCP单体被硅烷醇官能化。在一个实施方案中，LCP单体被苯乙烯官能化。在一个实施方案中，LCP单体被醛官能化。在一个实施方案中，LCP单体被氢氧化物官能化。在一个实施方案中，LCP单体被各种官能团的组合官能化。
在一个实施方案中，环氧官能化单体的官能度在1到约10之间变化。在一个实施方案中，环氧官能化单体的官能度在约3到约7之间变化。在一个实施方案中，环氧官能化单体的官能度约为5。一个这种单体包括二羟基-α-甲基均二苯代乙烯(dihydroxy alphamethylsilbene，DHAMS)的二缩水甘油醚。在一个实施方案中，官能化的单体在存在有一种或多种硬化剂并且存在有热的情况下被交联，形成微观液晶结构。这种微观液晶结构呈现非常低的CTE和高的模量。
以下是环氧官能化LCP混合物的实施方案，它们是按照本方法实施方案处理的。
实施例5在实施例5中，参考图1A-1D。倒装芯片112与安装衬底116对齐，并且焊料凸起110根据已知的技术被回流。LCT单体底部填料混合物122被馈送到倒装芯片112的边缘，LCT单体底部填料混合物122在毛细作用下流动以填充倒装芯片和安装衬底116之间的空隙。然后，LCT单体底部填料混合物122通过热处理固化。在这个实施例中，LCT单体底部填料混合物122包括DHAMS单体，并且被制备成环氧混合物。该LCT单体底部填料混合物122与双酚环氧单体混合并由此被官能化。此外，官能化的DHAMS单体与CTBN弹性体、酸酐硬化剂/交联剂和催化剂共混，其中，环氧与酸酐的摩尔比是1∶1，催化剂约为混合物的1-2wt％。
实施例7在实施例5的第一可替换方式中，制备了相同的DHAMS混合物，但是，使用了胺硬化剂/交联剂替换酸酐硬化剂/交联剂，混合物的环氧和胺的摩尔比为0.5-1.5。
实施例8在实施例5的第二可替换方式中，制备了相同的DHAMS混合物，并且，加入了活性稀释剂和附着增进剂，活性稀释剂占混合物的约5wt％以下，附着增进剂占混合物的约5wt％以下。
实施例9在实施例5的第三可替换方式中，制备了相同的DHAMS单体，混合物中包括无机颗粒石英，所述无机颗粒占混合物约10-60wt％，以组成底部填料复合物。
一旦固化后，含热固LCP的底部填料混合物呈现出一定的性能组合，该性能组合使得该材料相对于现有技术的底部填料复合物有所改进。这些性能包括低CTE、高Tg、高模量、低吸湿性、高热变形温度、高延伸率和低体积收缩性。
1264psi纤维应力。2200小时沸水煮。
封装组件图3A是描述封装方法实施方案的处理流程图。还可以参考图1A-1D。在310，将倒装芯片和衬底对齐并组合在一起。在320，将通常附着在倒装芯片上的焊料回流，并将其附着到安装衬底上的结合盘上。焊料在一个实施方案中是无铅焊料，在另一个实施例中是含铅的焊料。在330，本文所述的底部填料混合物或底部填料复合物被沉积在安装衬底和倒装芯片上，它至少在毛细作用、正压推动或负压(真空)吸入这几种方式下的一种情况下流动。在340，将底部填料混合物或底部填料组合物固化。在一个实施方案中，固化方法是热处理。在一个实施方案中，固化方法是自催化过程。在一个实施方案中，固化方法是催化过程。
图3B是描述可替换的封装方法实施方案的处理流程图。还可以参考图2A-2D。在350，将无流动底部填料混合物沉积在安装衬底上。可替换地，将无流动底部填料混合物沉积在倒装芯片上。在360，将倒装芯片和衬底对齐并组合在一起。在370，将焊料回流并附着到安装衬底上的结合盘上。焊料在一个实施方案中是无铅焊料，在另一个实施例中是含铅的焊料。在380，将底部填料混合物固化。可替换地，370和380所述的步骤可颠倒进行。在另一种可替换方式中，370和380所述的步骤基本上同时进行。这表明底部填料混合物的固化在加热以回流焊料时开始，但是在焊料回流完成之前，固化还没有完成。在一个实施方案中，固化方法是热处理。在一个实施方案中，固化方法是自催化过程。在一个实施方案中，固化方法是添加剂催化过程。在一个实施方案中，固化是上述固化过程中的至少两种的组合。
在一些实施方案中，底部填料混合物是单相液体。在现有技术的底部填料组合物无法使用的一些半导体封装中，单相液体底部填料混合物是有用的。例如，在凸起节距密集(即，凸起由于它们尺寸小而密集)或芯片和衬底之间的间隙高度小的半导体封装中，已证明现有技术的底部填料组合物使用起来复杂，这是因为基础树脂粘度增加，尤其在凸起节距密集时的流动困难以及它们的不良机械性能。
37C.F.R§1.72(b)要求摘要应当使得读者能够快速确定技术公开的本质和要旨，因此强调摘要是提供来满足37C.F.R§1.72(b)的要求。摘要是基于这样的认识提交的，即它将不会被用于解释或限制权利要求书的范围或含义。
在前面详细的说明书中，各种特征被共同组合在单个的实施方案中以使公开更流畅简洁。这一公开方式不应当解释为其反映了这样的意图本发明所要求保护的实施方案需要比明确记载于每个权利要求中更多的特征。而是，如下面的权利要求书所表现的，发明的主题比单个公开的实施方案的所有特征要少。因此，下面的权利要求书由此被结合于发明具体实施方式
中，每个权利要求单独作为一个独立的优选实施方案。
本领域的普通技术人员将很容易认识到为了解说本发明的本质，已经描述和图示部件的细节、材料和布置以及方法步骤，对于它们，在不偏离所附权利要求书中记载的本发明的原则和范围的情形下可以进行各种其他的改变。
权利要求
1.一种封装系统，包括安装衬底上的倒装芯片；所述倒装芯片和所述安装衬底之间的底部填料混合物，其中所述底部填料混合物包括主要底部填料组合物，所述主要底部填料组合物选自倍半硅氧烷、热固性液晶单体，以及它们的组合。
2.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述底部填料混合物还包括至少一种添加剂材料，所述添加剂材料选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂以及增韧剂。
3.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述底部填料混合物还包括至少一种添加剂材料，所述添加剂材料选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂以及增韧剂；并且其中所述底部填料混合物是单相材料。
4.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述底部填料混合物还包括至少一种添加剂材料，所述添加剂材料选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂、增韧剂以及无机颗粒。
5.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是包括官能团的官能化倍半硅氧烷，所述的官能团选自环氧、醇、酚、胺、环氧化物、酯、异氰酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、降冰片烯基、烯烃、苯乙烯和氢氧化物。
6.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是环氧官能化的倍半硅氧烷，所述环氧官能化的倍半硅氧烷在约1到约10的范围内被官能化。
7.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是环氧官能化的倍半硅氧烷，所述环氧官能化的倍半硅氧烷在约3到约7的范围内被官能化。
8.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是环氧官能化的倍半硅氧烷，所述环氧官能化的倍半硅氧烷被官能化至约5。
9.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是环氧官能化的倍半硅氧烷，所述环氧官能化的倍半硅氧烷在约1到约10的范围内被官能化，还包括第二环氧，所述的第二环氧选自联苯环氧、双酚A环氧、双酚F环氧和脂环族环氧；和至少一种添加剂材料，所述添加剂材料选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂、增韧剂以及无机颗粒。
10.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是热固性液晶化合物，所述的热固性液晶化合物被官能团官能化，所述的官能团选自环氧、醇、酚、胺、环氧化物、酯、异氰酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、降冰片烯基、烯烃、苯乙烯和氢氧化物。
11.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述主要底部填料组合物是热固性液晶化合物，所述的热固性液晶化合物是二羟基-α-甲基均二苯代乙烯(DHAMS)的二缩水甘油醚。
12.根据权利要求1所述的封装系统，其中所述倒装芯片通过导电凸起耦合到所述安装衬底，并且，其中所述导电凸起包括无铅焊料。
13.一种芯片封装，包括包括有源表面的芯片；安装衬底，所述安装衬底包括朝向所述有源表面的上表面；在所述有源表面和上表面之间的电耦合；以及在所述上表面和有源表面之间的底部填料混合物，其中所述底部填料混合物包括主要底部填料组合物，所述主要底部填料组合物选自倍半硅氧烷、热固性液晶单体，以及它们的组合；以及其中底部填料混合物包括至少一种性能，所述性能选自约12.5KSI的拉伸强度、低于约60ppm/℃的热膨胀系数以及高于约300℃的玻璃化转变温度。
14.根据权利要求13所述的芯片封装，还包括所述底部填料混合物中的无机填料，所述无机填料形成无机物填充的底部填料复合物。
15.根据权利要求13所述的芯片封装，其中所述底部填料混合物是单相混合物。
16.根据权利要求13所述的芯片封装，其中所述底部填料混合物包括官能化的倍半硅氧烷，还包括至少一种添加剂，所述添加剂选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂、以及增韧剂；和非-倍半硅氧烷寡聚物和非-倍半硅氧烷聚合物的至少一种。
17.根据权利要求13所述的芯片封装，其中所述底部填料混合物包括官能化的倍半硅氧烷，还包括非-倍半硅氧烷寡聚物和非-倍半硅氧烷聚合物的至少一种。
18.根据权利要求13所述的芯片封装，其中所述底部填料混合物包括热固性液晶寡聚物或聚合物，还包括至少一种添加剂，所述添加剂选自弹性体、硬化剂/交联剂、催化剂、活性稀释剂、附着增进剂、表面活性剂、变形剂、助熔剂以及增韧剂。
19.根据权利要求13所述的芯片封装，其中所述电耦合包括无铅焊料。
20.一种方法，包括在倒装芯片和安装衬底之间形成底部填料混合物，其中所述底部填料混合物包括主要底部填料组合物，所述主要底部填料组合物选自倍半硅氧烷、寡聚的或聚合的液晶单体，以及它们的混合物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述在倒装芯片和安装衬底之间形成底部填料混合物是通过选自无流动、毛细流动和毛细辅助流动的一种方法进行的。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括固化所述混合物，所述固化方法选自自催化固化、添加催化剂固化、交联、热固化以及它们的组合。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述倒装芯片和安装衬底与焊料凸起耦合，所述方法还包括固化所述混合物，所述固化方法选自自催化固化、添加催化剂固化、交联、热固化以及它们的组合；以及回流所述焊料凸起。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述倒装芯片和安装衬底与焊料凸起耦合，所述方法还包括回流所述焊料凸起，其中所述焊料凸起包括无铅焊料。
全文摘要
一种用于芯片封装底部填充的系统包括底部填料混合物，所述底部填料混合物包括倍半硅氧烷、热固性液晶单体以及它们的组合。该系统改善了在封装的管芯和树脂浸渍的玻璃纤维安装衬底之间通常存在的热膨胀系数(CTE)失配。在一个实施方案中，该系统包括一种底部填料混合物，该底部填料混合物独自表现出此前公知的无机填充底部填料复合物的特性的CTE。一个实施方案还涉及使用底部填料混合物的倒装芯片组件。
文档编号H01L23/29GK101061577SQ200380107279
公开日2007年10月24日 申请日期2003年10月23日 优先权日2002年10月24日
发明者赛库马·贾雅拉曼, 维贾·瓦克哈卡 申请人:英特尔公司