专利名称：自愈合i/c芯片和基板间底充材料中的裂缝的方法和结构的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及抑制在I/C芯片和基板之间的底充材料中破裂的有害效应和裂缝的扩展，其中通过焊料球，有时称为C4接点把芯片连接到基板，并更具体地涉及在利用焊料球焊接的I/C芯片和基板之间的底充材料中形成的裂缝的愈合。
背景技术：
底充材料的裂缝通常导致电失效，该底充材料用来密封把I/C芯片连接到基板的焊料球。这些裂缝可以在组装或热循环(可靠性测试或场循环)期间扩展。当电子封装经受数量增加的热循环时，这些裂缝的长度将增加。已知道这些裂缝的扩展会引起铜线和C4接点中的电失效。通常，解决这一问题的首选方法是避免产生裂缝。然而，组装条件的正常变化可以引起裂缝的形成。如在无铅焊料的应用中，电子封装被暴露于高温和压力下，引起裂缝的几率增加。
发明内容
本发明提供了自愈合在I/C芯片和基板之间的固化环氧基底充材料中的裂缝的方法。在环氧基中分散多个囊。每个囊具有在可破裂壳中密封的可固化热固性粘合剂，从而当壳破裂时，在环氧基中的裂缝中分散热固性粘合剂。每个囊的直径优选为25微米，更优选为10微米或更小。在环氧基中分散固化剂，固化剂与热固性粘合剂接触时会引起热固性粘合剂反应，从而在所述环氧基中的裂缝中形成固化粘合剂。当遇到在底充材料中扩展的裂缝时，壳将破裂，并利用粘合剂至少部分地填充裂缝，并且固化剂将固化粘合剂以使裂缝的边缘粘合在一起。本发明也包括裂缝自愈合的结构。
图1-3示意性地示出了在焊接到基板的I/C芯片中的包围C4接点的底充材料中扩展的裂缝的延伸，以及根据本发明的自愈合；图4示出了在囊的制造中搅拌速率和囊尺寸之间的关系。
具体实施例方式
根据本发明，提供了自愈合在底充材料中扩展的裂缝的方法和结构，该底充材料包围把I/C芯片连接到电路化结构的焊料球或C4接点。图1-3示意性地示出了裂缝的结构和扩展，以及本发明如何利用就地固化的热固性粘合剂自愈合扩展的裂缝。(这些图与下面引用的自然杂志(NatureMagazine)文章中示出的类似)。
现在参考图1，所述结构包括利用芯片10上的焊盘15和基板12上的焊盘16之间的传统焊料球或C4接点14安放在电路化基板12上的I/C芯片10。这种类型的结构不需要进一步的说明。芯片10和基板12之间的距离d通常为约100微米。在芯片10和基板12之间设置底充材料18并包围C4接点14。通常，底充材料是固化环氧物。如所述，只在芯片10和基板12之间示出了底充材料，但可以理解，在某些情况下，底充材料也可以密封芯片10。
在材料18中嵌有多个囊20。囊20由密封有密封物24的可破裂壳22构成。密封物24是处于未反应或未聚合态、但可以反应或聚合形成粘合剂的材料。被密封的材料优选为如双环戊二烯的热固性粘合剂。可破裂壳材料22优选为尿素甲醛。可破裂壳材料22必须足够坚固以在正常环境条件下密封物24保持未反应或未聚合，但在遇到在材料18中扩展的裂缝26时发生破裂，如图2和3所示。为了确保囊20保持不破裂，它的直径需要小于约25微米，优选约10微米或更小。
在材料18中也分散有激励剂或固化剂或催化剂，下文有时统称为固化剂28，当它与密封物24接触时，将引起密封物24固化或聚合。因为密封物24是用来填充和粘合扩展裂缝26(随后将进形说明)的，有时被总体称为热固性粘合剂。当密封物是双环戊二烯时，激励剂或催化剂28优选为Ruthenium基催化剂。当催化剂28与密封物24接触时，催化剂28将引起密封物24聚合或固化形成热固性粘合剂，并且进入裂缝26的任何密封物将在裂缝26中聚合形成聚合材料32，以及保留在壳22中的任何材料24也将在壳22内聚合形成聚合材料32，均如图2和3所示。如此通过在裂缝26中固化或聚合密封物形成热固性粘合剂32愈合裂缝26。
囊20的构成材料18优选从约5重量％到约20重量％，更优选约为10重量％。催化剂28的有效量(完成它的催化作用)优选多达材料18的约5重量％，最好在约2.5重量％和5重量％之间。在自然杂志2001年2月15日的“letters to nature”中，在S.R.White等人的题目为“Autonomichealing of polymer composites”的文章中详细说明了此过程，其内容结合在此作为参考。该文章没有说明如何使囊的直径小于约25微米。然而，在提交发表于2003年的Journal of Microencapsulation中E.N.Brown等人的题目为“In situ poly(urea-formaldehyde)microencapsulation ofdicyclopentadiene”的文章中说明了如何使囊这么小的技术，该文章可以在http//www.tam.uiuc.edu/publications/tam reports/2003/1014.pdf网站获得，其内容结合在此作为参考。特别注意该文章的因特网版本的5到6页。其图4是在该文章的第6页的图形。如关于图形的第6页所述，图4说明了“平均微囊直径与搅拌速率的关系。通过光学显微镜对每搅拌速率至少250次测量的数据集进行尺寸分析。误差条对应数据的一个标准差。实线对应在对数-对数坐标中整个数据的线性拟合。”从图4中可以看出，为了获得直径为25微米或更小的平均囊尺寸，工作速率必须超过约1400RPM，并且为了获得10微米的平均囊尺寸，工作速率必须为约2000RPM。(应该注意这里提到的囊尺寸指平均囊尺寸，除非另有说明。)如图4所示，在小于约1400RPM的速率下形成了小于约25微米的囊，并在约2000RPM的速率下形成了10微米的囊。
权利要求
1.一种用于自愈合在I/C芯片和电路化基板之间的底充材料中产生的裂缝的结构，包括所述底充材料，具有固化环氧基，多个囊，分散在所述环氧基中，每个所述囊具有在可破裂壳中密封的可固化热固性粘合剂，从而当所述壳破裂时，在形成于所述环氧基中的裂缝中分散所述热固性粘合剂，每个囊的直径小于约25微米，以及固化剂，在与所述热固性粘合剂接触时与所述热固性粘合剂反应或引起所述热固性粘合剂反应，以形成在所述环氧基中的所述裂缝中分散的固化粘合剂。
2.根据权利要求1的结构，其中所述热固性粘合剂是双环戊二烯。
3.根据权利要求1的结构，其中所述壳是尿素甲醛。
4.根据权利要求1的结构，其中所述固化剂是钌基催化剂
5.根据权利要求1的结构，其中相对于所述底充材料，所述囊在约5重量％和约20重量％之间。
6.根据权利要求5的结构，其中所述囊为约为10重量％。
7.根据权利要求1的结构，其中所述固化剂的有效量多达约5重量％。
8.一种自愈合在I/C芯片和电路化基板之间的底充材料中的裂缝的方法，其中所述底充材料具有固化环氧基，该方法包括以下步骤提供多个囊，分散在所述环氧基中，每个所述囊具有在可破裂壳中密封的可固化热固性粘合剂，从而当所述壳破裂时，在形成于所述环氧基中的裂缝中分散所述热固性粘合剂，每个囊的直径小于约25微米，固化剂，在与所述热固性粘合剂接触时与所述热固性粘合剂反应或引起所述热固性粘合剂反应，以形成在所述环氧基中的所述裂缝中分散的固化粘合剂，当遇到在所述底充材料中扩展的所述裂缝时，所述壳破裂，并利用所述粘合剂至少部分地填充所述裂缝，以及利用所述固化剂固化所述粘合剂以使所述裂缝的边缘粘合在一起。
9.根据权利要求8的方法，其中所述热固性粘合剂是双环戊二烯。
10.根据权利要求8的方法，其中所述壳是尿素甲醛。
11.根据权利要求8的方法，其中所述固化剂是钌基催化剂
12.根据权利要求8的方法，其中相对于所述底充材料，所述囊在约5重量％和约20重量％之间。
13.根据权利要求12的方法，其中所述囊为约为10重量％。
14.根据权利要求8的方法，其中所述固化剂的有效数量多达约2.5重量％，以固化所述热固性粘合剂。
15.根据权利要求1的结构，其中所述囊的直径为约10微米或更小。
16.根据权利要求8的方法，其中所述囊的直径为约10微米或更小。
全文摘要
一种自愈合在I/C芯片和基板之间的固化环氧基底充材料中的裂缝的方法。在环氧基中分散多个囊。每个囊具有在可破裂壳中密封的可固化热固性粘合剂，从而当壳破裂时，在环氧基中的裂缝中分散热固性粘合剂。每个囊的直径小于约25微米。在环氧基中分散固化剂，固化剂与热固性粘合剂接触时会引起热固性粘合剂反应，从而在所述环氧基中的裂缝中形成固化粘合剂。当遇到在底充材料中扩展的裂缝时，壳将破裂，并利用粘合剂至少部分地填充裂缝，以及利用所述固化剂固化粘合剂以使裂缝的边缘粘合在一起。本发明也包括裂缝自愈合的结构。
文档编号H01L23/29GK1607662SQ200410055198
公开日2005年4月20日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年10月16日
发明者G·H·蒂尔 申请人:国际商业机器公司