JPH04501635A - 再生修理可能エポキシダイ取り付け接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 再生修理可能エポキシダイ取り付は接着剤本発明は、一般に接着剤の分野に関し 、特にハイブリッド小型回路基板に電子集積回路ダイを強固に取り付け、その後 、必要ならば基板または近接したダイか損傷をうけないように十分に低い温度で 取外すことを可能にする接着剤混合物に間熱硬化性エポキシは、電子装置用の接 着剤として広く使用されている。それらは、幅広い種々な表面および材料に対し て高い接着強度を有することで認められている。それらの接着強度はＨ結合と、 アルミナ、セラミック、シリコン、他のエポキシおよび金のような表面に対する ファンデルヴアールス吸引力を生じる高有極分子構成から主として得られる。そ れゆえにエポキシは、例えば、ハイブリッド小型回路における集積回路ダイの取 り付け、印刷配線板における部品取り付け、ヒートシンク取り付け、およびハー メティックシールされたパッケージ中におけるセラミック基板取り付けに広く使 用されている。エポキシ樹脂は通常この技術においてよく知られる様々な触媒ま たは硬化剤で硬化させたビスフェノールＡ　（ＤＧＥＢＡ）タイプのジグリシジ ルエーテルである。エポキシにより一度接着された部品の再生修理にはいつも問 題があり、これまで理想的な方法は発見されなかった。一般に、熱と圧力が装置 を取外すために同時に提供される。エポキシが通常２００℃またはそれ以上であ るガラスの転移温度Ｔ。

に達したとき、軟化し、その温度で横方向に供給された力はその分離を行う。回 路全体はしばしば高い温度（２００℃またはそれ以上）にさらされなければなら ず、ワイヤボンドまたは別の回路の温度に敏感な素子が損傷する危険がある。そ れにもかかわらず小さいダイ（１００ミル平方以下）および適度な間隔のダイ（ チップ間が２００ミル以上）の使用ではエポキシ接着の装置は再生修理が可能で あった。

ハイブリッドウェーハスケール集積、あるいはマルチチップモジュールと呼ばれ る非常に高い密度の回路が新しく出現したため、高い強度と再生修理可能性の組 合わせは臨界的な問題となる。これらの新しい回路は、ＶＬＳＩＣ（超大規模集 積回路）、ＶＨ８ＩＣ（高速集積回路）、ＭＩＭＩＣ（ミリメートルマイクロ波 集積回路）、および１インチ平方に近く、高速用の密接してパックされた（チッ プ間が７０ミル以下）その他の高密度ダイを利用する。これらの大きい装置はま たそれらの構造の一部分としてポリイミドまたは別の低誘電率のポリマーを有す る薄膜の多層の相互連結基板の上に組み立てられる。

すべての現在の基準に合致し、また取外しのきくダイ取り付は用接着剤はおよそ ６００ミル平方のゲートアレイのハイブリッド回路において必要とされ、７０ミ ルのチップ間の間隔が要求される。ＨＤＭＩ　（高密度マルチチップ相互連結基 板）を使用して制作される別のデジタルおよびアナログ回路は、またハイブリッ ドウェーハスケール集積として知られ、その処理はこれらの接着剤を必要とする 。

三つの問題がこの状況で発生する。

１、大きい装置は大きい表面積を有し、それゆえに取外すために大きな力を要す る。

２、小さなチップ間隔で緊密にバックされた装置は、隣接する装置またはワイヤ ボンドを損傷しないで装置間に剪断力を供給するために加熱された道具を使用す ることは困難であり不可能な場合もある。

３、ダイを取外すために必要な余分な力と温度は、下にある有機誘電体を損傷し 、非常に高価な相互結合基板を使用できなくする。

熱可塑性のフィルムとペースト接着剤は、軟化または溶融するので検討されてい る。しかしながらこれらは電子用において二つの制限を有している。

１、これらの多くは溶剤に分散され、これらの溶剤は特に下部の大きい面積のダ イから完全に除去することが難しい。

２、多くは、溶融または軟化するために非常に高い温度（３００℃またはそれ以 上）を必要とし、再生修理の程度によりこのような温度はワイヤボンドおよびい （つかの装置に損傷を与える。

発明の概要 本発明は、熱硬化性エポキシ樹脂を含む接着剤混合物により前に明らかにされた 必要性を満たすものである。熱可塑性混合剤は、およそ１５０℃またはそれより 上のダイの動作または検査温度範囲に達するまでエポキシ樹脂の高い接着強度を 維持し、基板または近接したダイに損傷を与えることなしに１５０℃乃至２００ ℃の範囲の好ましい温度で選択されたダイを除去可能にするように迅速に軟化す る。

接着剤混合物はまた、収縮または膨張率を制御し、熱伝導率を高めるまたは接着 剤に導電性を与える充填剤を含んでもよい。

本発明は、さらに少なくとも一つの電子部品を含んだ電子部品構造、典型的には 本接着剤によって基板に再生修理可能に取り付けられる集積回路ダイを提供する 。

本発明のこれらおよび別の特徴と利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明 から明らかにされる。

図面の説明 図は、本発明による再生修理可能なダイ取り付は接着剤を含む電子部品構成の部 分的に断片で示した側面図である。

本発明の詳細な説明 ハイブリッド小型回路は、多数の部品パッケージまたは基板の上に取り付けられ た集積回路あるいは個別部品のダイを含む。本接着剤は、特に小型回路技術で基 板にダイを取り付けるためのものであり、回路は再生修理なければならない状況 にある。このような再生修理は、試験において欠陥のあることが認められたとき 、または改良された部品、と交換することにより性能を向上させるとき基板から 特定のダイを取外すことを含む。しかしながら、本接着剤は二つの材料が強力に 接着され、意図する目的で後で分離可能であることを条件とするどんな分野の技 術にも直接適用することができる。

本発明の電子部品構造の実施例は、図１に１０として示されている。この構造１ ０は、誘電性シート１２ａの上部に形成される導電パッド金属層を有するハイブ リッド超小型電子装置基体１２を含む。ワイヤボンドまたはテープ自動化ボンド によって接続される超小型電子回路となる部品１４および１６は、再生修理可能 な本発明のダイ取り付は接着剤１８によって基板１２１；再使用可能に接着され る。二つの部品１４および１６のみが例示の目的のために図に示されているが、 本発明の実際的な構成の実施例は、お互いに近接した間隔で配置された多数の部 品を含む。

部品１４および１６には、パワートランジスタまたはインダクタのような個々の 部品から一体化の望ましい高水準の集積回路までの範囲の各種部品が含まれ、リ ード１４ａおよび１６ａを有する。リード１４ａおよびｌｅａは、詳細に図示さ れていないが、はんだづけ、熱圧縮または熱音波ボンドのような手段により接続 層１２ｂのそれぞれの部分にオーム接続される。接続層１２ｂはその代りに誘電 性シーＨ２ａの上部に形成され、あるいは本発明の範囲内において多層構造を有 することもできる。

構造ｌＯは、基板１２および部品１４と１６の一方または両方に硬化されていな い形態の接着剤１８を適用し、適当に整列して基板１２の上に部品１４と１６を 圧縮し、適当な熱またはその他の硬化機構を使用して接着剤１８を硬化すること によって組立てられる。構造１０は選択された部品１４または１６を取外すこと により再生修理される。これは、（ａ）１００℃から２５０℃の間の温度（接着 剤の軟化または溶融温度による）に加熱されたブレード工具を選択された部品１ ４または１６と基板の間に挿入し、この部品が分離するまで剪断力を供給するこ とによる方法と、（ｂ）この装置に選択的に熱を供給し、真空工具を使用して装 置の上部から取外すことによる方法の二つの方法の一つによって行われる。この 取り外し方法は、１例として示されたものであり、別の手段も可能である。リー ド１４ａおよび１６ａは部品の取外しより先に切断されるか、基板から部品を分 離するとき切断される。

本発明の接着剤１８は望ましい温度まで強力な接着を維持することができ、それ より少し高い温度で接着した表面の分離ができるように接着剤が十分な軟化する 二つの主要成分を含む。本接着剤の基本的成分は、熱硬化性樹脂である。現在の エポキシ接着剤の到達水準は、現在の基本の工学要求のすべてを満足しているが 、取外しが難しく、高密度回路の再生修理はできない。特に、通常のエポキシ樹 脂は本接着剤における熱硬化性樹脂として利用されるものを含み、通常的２００ ℃より上であるガラス転移温度ＴＧで軟化し始める。軟化された接着剤の状態に おいてでさえ、ダイから基板を取外すためにかなりの機械力が要求される。実際 的な適用における有用な組立てられた電子部品は、一般に約１５５℃までの処理 および動作温度に耐えるように設計される。２００℃を超える高い温度での取り 付けられたダイの加熱は、損傷を生ずる。

この問題を解決するために本発明の接着剤は、熱硬化性樹脂と混合された混合剤 を含み、その混合剤には硬化状態にある接着剤混合物が基板または隣接したダイ の損傷を避けるために小さな機械力でダイか取外しできるように約１５０℃から ２００℃の間の温度で十分に軟化する材料が選ばれる。

任意の熱硬化性接着剤材料が本発明の技術的範囲内で利用されることができるが 、好ましい実施例はビスフェノールＡ（ＤＧＥＢＡ）タイプのジグリシジルエー テルの熱硬化性エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は、１成分タイプまたは２成 分タイプとして供給され、発熱による反応または外部熱あるいは別の放射熱の供 給により生じた熱で室温で硬化するための硬化剤（硬化剤、活性化剤、または触 媒）を含む。エポキシ樹脂は、硬化処理中に生じまたは供給される熱が小型回路 ダイまたは基板を損傷するような高い温度を生じないように選ばれる。適用でき るエポキシ樹脂システムの詳細は、論文、例えば、１９６７年にＨ・り一氏によ る「エポキシ樹脂のハンドブック」というテキストに書かれている。例えば、エ ポン８２８またはジグリシジルエーテルまたはビスフェノールＡをベースとし、 ジシ（ｄ　ｌ　Ｃｙ）　、置換されたユリア等のようにアミノ化合物（第１、第 ２または第３）で硬化させる熱硬化性エポキシ樹脂は、本発明においての使用に 適当である。

本接着剤の第２の主成分は、約１００℃から１５０℃の間の望ましい温度で強力 な接着力を維持し、それからダイの取外しを十分に可能にするように軟化する接 着剤混合物を生じるために選ばれた融点または温度ＴＭを有する混合剤である。

本発明の技術的範囲内で望ましい効果を生じる任意の混合剤が使用できるが、好 ましい混合剤は約１５０℃以上の融点を有する熱可塑性エポキシ樹脂その他の熱 可塑性材料を含む。

適用できる熱可塑性樹脂の例は、ポリスルホン、ポリエテルイミド、ビニリデン フッ化物を有するクロロトリフロロエチレンのブロック共重合体、ポリカーボネ ート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレン硫化物、フッ 素化ポリマ、およびビスメールイミドを含む。

熱可塑性材料は接着剤の重量の１乃至５０％、通常１０乃至３０％で構成する。

１乃至１０％の低い範囲で利用される熱可塑性樹脂の例はポリフェニレン硫化物 （ＴＭ−２８５℃から２９０℃）、および結晶性ポリアミド（ＴＭ　−２９０℃ ）のような結晶性または無定形絶縁性化合物を含む。次の説明から分かるように 、熱可塑性材料の融点は熱硬化性および熱可塑性成分間の相互作用により硬化さ れた接着剤混合物の軟化点と同じように必要でない。

熱硬化性および熱可塑性樹脂に加えて本発明の接着剤は、１またはそれ以上の付 加的な混合剤または、収縮または膨張率、熱伝導または導電性を制御する充填剤 を含んでもよい。

このような充填剤の例には、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物、シリコン二 酸化物、シリコン窒化物、チタニウム酸化物、アルミニウム窒化物、ダイアモン ド、リソフラックス、カルシウムカーボネートまたはその他のカーボネートを含 まれるが、それに限定されない。

本発明の原理は、参照の図と共に次の実施例でより理解さ、れるであろう。

実施例 液体の熱可塑性の材料はダイ剪断力の効果を評価するために非導電性ダイ取り付 はエポキシと重量で１０．２０．３０および５０％の割合で混合された。シリコ ンダイは室温、１００．１５０および２００℃で取り付け、硬化、剪断検査され 、純粋なエポキシおよび熱可塑性材料を加えた接着剤混合物を使用した。１００ ℃およびそれ以下で純粋なエポキシに比較して熱可塑性混合物の測定された剪断 力の低下が少ないことが分かった。しかしながら、１５０℃ではダイ取外しに必 要な剪断力は通常のダイ取付はエポキシによるよりもエポキシ／熱可塑性の混合 物による方がかなり少ない（５０％）。

熱硬化性エポキシ樹脂はアブレボンドラボラトリーから入手されるアブレボンド ８４−１と呼ばれる非導電性材料である。熱可塑性の材料はエマージン　アンド 　カミング社により供給された５Ｍ−９３３−６０と呼ばれる熱可塑性エポキシ 樹脂であった。

熱硬化性および熱可塑性材料は上記記載の割合で混合され、ダイ取り付は前に排 気された。ダイは０．０８インチ平方であり金メッキされたアルミナ基板の上に 取り付けられた。すべてのサンプルはダイ取り付は後５分間再び排気され、１２ ５℃で１時間硬化された。

５０％までの熱可塑性材料の混合物を含むサンプルの平均的な剪断力は１５０℃ から１７０℃の温度で基板からダイを取外すために必要な純粋なエポキシ接着剤 の剪断力に比較して減少することが認められた。

１００℃またはそれ以下では熱可塑性材料はエポキシの測定された剪断力に小さ な影響しかしないことが明らかにされた。純粋な熱可塑性材料は、２５℃から１ ００℃の間で非常に弱い剪断力を有する。高温での試験は実行されなかった。

試験の結果は次の通りである。

１、エポキシの材料への熱可塑性材料のふ加は、１５０℃および１７５℃でのダ イの取外しに必要な剪断力を少なくとも５０％低下させた。

２．１００℃およびそれ以下の温度において熱可塑性の材料の添加は測定された 接着剤の剪断力に影響が無いことが明らかにされた。

別の混合剤の無い熱硬化性エポキシ樹脂は約１５５℃まで約２０００ｐｓｉ　（ ポンド平方インチ）の剪断力を維持する。

それより上の温度では、剪断力が１７５℃で約１０００ｐｓｉの数値まで減少し た。純粋な熱可塑性材料は約１２５０ｐｓｉの初期剪断力を有し、温度が１００ ℃に近づくと５００ｐｓｉ以下に降下する。

５０％の混合物の剪断力は、約１００℃で純粋なエポキシ樹脂の剪断力から離れ 始め、１５０℃で約１０００ｐｓ　ｉの値まで減少した。剪断力はさらに温度が １７５℃まで増加さ。

れたとき６７％減少した。

理想的に、接着剤は約１５５℃の値まで充分な力を維持し、温度がさらに増加さ れるとき非常に低い水準まで急激に落ちる。

本発明のいくつかの実施例が示され、説明されたが、多くの変形および別の実施 例が本発明の原理および技術的範囲から逸脱することなく当業者によって行い得 るであろう。

従って、本発明は明確に示された実施例のみに限定されるものではない。さまざ まな変形が予想され、添付の特許請求の範囲によって限定された本発明の技術的 範囲から逸脱することなく行われることができる。

平成　年　月　日 特願平　２−５０８４８８号 ２、発明の名称 再生修理可能エポキシダイ取り付は接着剤３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 鈴榮内外國特許事務所内 ５、自発補正 ６、補正の対象 請求の範囲 １、基板と、 電子回路部品と、 基板に部品を接着する再生修理可能用の接着剤とを具備し、 その接着剤は、硬化可能な熱硬化性樹脂と、硬化状態で接着剤を約１００℃から ２５０℃の間の温度で軟化させるように選択された混合剤とを含んでいる再生修 理可能電子部品構造。

２、混合剤が、約１５０乃至２００℃の範囲の温度で接着剤を軟化させるように 選択される請求項１記載の構造。

３、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を含む請求項１記載の構造。

の構造。

ヱ、硬化可能な熱硬化性樹脂と、 硬化状態にある接着剤を約１００乃至２５０℃の範囲の温度で軟化させるように 選択された混合剤とを具備している再生修理可能な電子ダイ取り付は用接着剤。

旦、混合剤は、熱可塑性樹脂を含む請求項二記載の接着剤。

２、熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポシ樹脂を含む請求項８記載の接着剤。

旦、さらに充填剤材料を含む請求項二記載の接着剤。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．基板と、 電子回路部品と、 基板に部品を接着する再生修理可能用の接着剤とを具備し、その接着剤は、硬化 可能な熱硬化性樹脂と、硬化状態で接着剤を約１００℃から２５０℃の間の温度 で軟化させるように選択された混合剤とを含んでいる再生修理可能電子部品構造 。
2. ２．混合剤が、約１５０乃至２００℃の範囲の温度で接着剤を軟化させるように 選択される請求項１記載の構造。
3. ３．混合物が約１５０℃以上の融点を有する請求項２記載の構造。
4. ４．熱硬化性樹脂が約２００℃以上のかラス転移温度を有する請求項３記載の構 造。
5. ５．熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を含む請求項１記載の構造。
6. ６．エポキシ樹脂がビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを含む請求項５記 載の構造。
7. ７．混合剤は、重量で接着剤の約１乃至５０％の範囲である請求項５記載の構造 。
8. ８．混合剤は、重量で接着剤の約１０乃至３０％の範囲である請求項５記載の構 造。
9. ９．混合剤は、熱可塑性樹脂を含む請求項５記載の構造。
10. １０．熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂を含む請求項９記載の構造。
11. １１．部品は、集積回路ダイである請求項１記載の構造。
12. １２．接着剤は、さらに充填剤材料を含む請求項１記載の構造。
13. １３．硬化可能な熱硬化性樹脂と、 硬化状態にある接着剤を約１００乃至２５０℃の範囲の温度で軟化させるように 選択された混合剤とを具備している胃生修理可能な電子ダイ取り付け用接着剤。
14. １４．混合剤は、約１５０乃至２００℃の範囲の温度で接着剤を軟化させるよう に選択される請求項１３記載の接着剤。
15. １５．混合剤は、約１５０℃以上の融点を有する請求項１４記載の接着剤。
16. １６．熱硬化性樹脂は、２００℃以上のガラス転移温度を有する請求項１５記載 の接着剤。
17. １７．熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を含む請求項１３記載の接着剤。
18. １８．エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを含む請求項 １７記載の接着剤。
19. １９．混合剤は、重量で接着剤の約１乃至５０％の範囲である請求項１７記載の 接着剤。
20. ２０．混合剤は、重量で接着剤の約１０乃至３０％の範囲である請求項１７記載 の接着剤。
21. ２１．混合剤は、熱可塑性樹脂を含む請求項１７記載の接着剤。
22. ２２．熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂を含む請求項２１記載の接着剤。
23. ２３．さらに充填剤材料を含む請求項１３記載の接着剤。