金屬燒結膜組合物的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 背景
技術領域
[0002] 提供了用于在多個工業中粘接應用的金屬膜。該金屬膜尤其適用于半導體工業中 的應用，其中在應用中，該膜當被暴露于升高的溫度條件時燒結并在兩個其上應用該膜的 基材之間形成電性連接。
[0003] 相關技術的簡要說明
[0004] 傳統上，包含粘合劑樹脂和導電性填充劑的導電性粘合劑組合物被用在半導體封 裝和微電子裝置的制造和組裝中以在集成電路裝置和其基材之間機械地附著并產生導電 性和/或導熱性。這些為糊狀組合物，當被用于大的粘接區域之上時，觀察到在固化期間會 產生氣孔并在角區滲出樹脂殘余物。氣孔的存在會降低粘合劑的可靠性。
[0005] 因此，提供膜形式的導電性粘合劑組合物將會是有利的，因為以膜形式，觀察到氣 孔的減少，可維持改善的粘合線厚度的平整性，并且可以達到消除或至少減少樹脂滲出或 者殘余物在芯片或角區的邊緣的累積。另外，最終使用者將受益于更簡單的應用和減少的 溢出或污染機會。
[0006] 5?
[0007] 在本文中提供一種包含一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金的組合物，其 中該一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金以高恪點相和低恪點相存在，其中該低恪 點相在低于約300°C的溫度時熔化。
[0008] 當暴露于高于50°C但低于約300°C的溫度時，該低熔點相熔化并與該高熔點相形 成金屬間化合物。通常，該金屬間化合物以低于100%的水平形成于該組合物中。在一些情 況下，可能希望與待結合的表面形成金屬間連接。
[0009] 該低熔點相基于該組合物以至少5重量％，例如30重量％的量存在。
[0010]期望地，該組合物為燒結膜形式。
[0011] 在替代的實施方式中，提供一種包含金屬或金屬合金和可分解有機粘合劑的組合 物，該組合物當暴露于高于50°C的溫度時，其中該金屬燒結并成為膜形式。此處，該金屬在 該組合物中應以低于100%的水平燒結。
[0012] 在使用中，該組合物當以膜形式時被配置于半導體芯片和電路板或載體基材之 間。期望地，該組合物當以膜形式時被配置于硅晶圓的表面上，其中該硅晶圓的表面包含金 屬化層。
[0013] 使用前，該組合物當以燒結膜形式時可以被認為是一種具有設置在載體上的燒結 膜的商品，所述載體例如載體膜、金屬箱或陶瓷支撐體。
[0014] 實際上，一旦被配置于期望的基材上，該燒結膜將經受足以引起該膜進一步燒結 的升高的溫度條件。該進一步燒結使得其間放置該膜的兩個基材的結合。此處基材由金屬、 金屬氧化物或其他導電性材料，或用這些金屬、金屬氧化物或導電性材料涂覆、成層或圖案 化構成，在該兩個基材間形成電性互連。
[0015] 在本文中也提供一種制備燒結膜的方法，包括(a)在有或沒有粘合劑情況下，在合 適的溶劑中分散該金屬和/或金屬合金，以形成燒結糊狀物，（b)將該燒結糊狀物施用于基 材上，和(c)加熱該燒結糊狀物以使其干燥形成燒結膜。加熱該燒結糊狀物以使其干燥形成 膜在本文中被稱作B-階段化。
[0016] 該燒結膜提供經濟優勢，因為其比可流動的導電組合物更清潔并且更容易使用。
[0017] 詳細說明
[0018] 如上文所述，在本文中提供一種包含一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金 的組合物，其中該一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金以高熔點相和低熔點相存在， 其中該低熔點相在低于約300°C的溫度時熔化。
[0019] 當被暴露于高于50°C但低于約300°C的溫度時，該低熔點相熔化并與該高熔點相 形成金屬間化合物。通常，該金屬間化合物以低于100%的水平形成于該組合物中。在一些 情況下，期望與待結合的表面形成金屬間連接。
[0020] 該低熔點相基于該組合物以至少5重量％，例如30重量％的量存在。
[0021 ]期望地，該組合物為燒結膜形式。
[0022] 也如上文所述，在替代的實施方式中，提供一種包含金屬或金屬合金和可分解有 機粘合劑的組合物，該組合物當被暴露于高于50°C的溫度時，其中該金屬燒結并成為膜形 式。此處，該金屬在該組合物中應以低于100%的水平燒結。
[0023] 在使用中，該組合物當以膜形式時被配置于半導體芯片和電路板或載體基材之 間。期望地，該組合物當以膜形式時被配置于硅晶圓的表面上，其中該硅晶圓的表面包含金 屬化層。
[0024]使用前，該組合物當以燒結膜形式時可以被認為是一種具有設置在載體上的燒結 膜的商品，所述載體例如載體膜、金屬箱或陶瓷支撐體。
[0025] 該燒結膜被燒結到一定程度(燒結的相對量可以基于用于制備膜的成分的確切性 質改變）。如上文所述，金屬以低于100%的水平燒結。
[0026] 實際上，一旦被配置于期望的基材上，該燒結膜將經受足以引起該膜進一步燒結 的升高的溫度條件。該進一步燒結使得其間放置該膜的兩個基材的結合。此處基材由金屬、 金屬氧化物或其他導電性材料，或用這些金屬、金屬氧化物或導電性材料涂覆、成層或圖案 化構成，在該兩個基材間形成電性互連。
[0027] 在使用多于一種金屬或多于一種金屬合金的實施方式中，該金屬中的一種或該金 屬合金中的一種將具有與其它相比更低的熔點相。
[0028] 在其它實施方式中，該燒結膜進一步包含固體或半固體有機粘合劑;該有機粘合 劑也可以具有助熔官能團。期望該有機粘合劑為在組合物中的金屬或金屬合金燒結時至少 部分分解的有機粘合劑。
[0029] 在其它實施方式中，該燒結膜被提供于載體上，例如剝離襯墊，以形成制品。在另 外實施方式中，該燒結膜被提供于最終用途基材上，例如硅芯片或晶圓、或金屬電路板或 箱。在進一步的實施方式中，該燒結組合物被灌注入可被引入燒結后基質中或可在燒結過 程中被燒盡的載體(例如導電金屬或聚合物網）或多孔基材(例如金屬、陶瓷或聚合物基材） 中。此處，該燒結膜被配置于基材上，該基材可以包括聚酯片或涂覆聚硅氧烷的紙。
[0030] 該燒結膜視情況而定被形成為期望的厚度，以適用于目前的商業應用。例如，當鋪 設于載體上時，該燒結膜可以形成〇.5-3mil的厚度。一旦將由此所形成的燒結膜應用于該 載體，該膜可以優選通過模切被切割至所需形狀和尺寸，并且容易地被從該載體上移走或 者剝落并被放置在期望的界面位置上。在這方面，該膜可以視情況而定被預切割以用于給 定的商業應用。
[0031] 該燒結膜可以被形成作為被切割為規定尺寸的膜以快速準確地應用于給定的基 材，例如剝離襯墊，如由聚酯剝離基材或涂覆聚硅氧烷的基材制備的剝離襯墊。該燒結膜能 夠被應用于這些基材上并且隨后可以被運輸至期望的地點，沒有變畸形或其他變形。
[0032] 有利地，由于其以膜形式被運輸的能力，因此該燒結膜處于有助于成為商品的狀 態，由此它們在一個地點被制備，包裝并運輸到另一個地點以應用于給定的基材。
[0033] 形成于剝離基材上的燒結膜可以被預切割至所需尺寸，以致于形成多個膜片段， 其中每個膜片段可以被從基材上除去并選擇性地置于期望的界面上。
[0034]適用于該燒結膜的金屬可以為任何的導電金屬和/或金屬合金。在不同的實施方 式中，該金屬和金屬合金選自由銀、銅、鎳、錫和它們的任意合金組成的組。特別有用的合金 選自銅-錫、銅-鋅、銅-鎳-鋅;鐵-鎳合金;錫-鉍合金、錫-銀合金、錫-銀-銅合金;涂覆銀的 銅-鋅合金、涂覆銀的銅-鎳-鋅合金、涂覆銀的銅-錫合金、涂覆錫的銅和涂覆共熔錫:鉍的 銅。進一步合適的金屬選自涂覆金屬的氮化硼、涂覆金屬的玻璃、涂覆金屬的石墨和涂覆金 屬的陶瓷。這些和類似的金屬和金屬合金為商業上可購得的。
[0035] 也可以使用涂覆金屬或金屬合金的顆粒。例如，涂覆錫鉍的銅，涂覆錫的銅和涂覆 銀的氮化硼，僅為一些例子。涂覆金屬或金屬合金的顆粒可以被視為涂覆金屬或金屬合金 的核。
[0036] 該金屬或金屬合金可以為任何合適的形式，例如，粉末、薄片、球形、管材或線材。
[0037] 在進一步的實施方式中，可包括附加的導電顆粒，例如，石墨烯、碳納米管或有機 導電聚合物。
[0038]當使用粘合劑時，該粘合劑為固體或半固體的化合物。在一個實施方式中，該粘合 劑具有助熔官能團；在一些實施方式中，該助熔官能團為來自選自羥基、羧基、酸酐基團、酯 基團、胺基團、酰胺基團、硫醇基團、硫酯基團及磷酸酯基團的基團。
[0039] 在一個實施方式中，該粘合劑為軟化點低于5