[发明专利]具良好工作寿命及热传导性的金属粘合性组合物、其制造方法及其用途

说明书

具有以下的热传导粘合性材料：第一金属组分，其具有高熔点金属；第二金属组分，其具有低熔点金属；脂肪酸；任选的胺；任选的甘油三酯；及任选的添加剂。还提供制造该热传导粘合性材料的方法及其用于将电子组件粘合至基板的用途。

发明领域

本发明涉及金属组合物、其制备的方法及其用途。更具体地，本发明涉及含有金属及金属合金的掺混配制剂的金属瞬时液相烧结组合物，该组合物适用于通过形成互连的导电冶金网络来提供与集成电路组件和/或半导体封装的电连接和/或热连接或集成电路组件和/或半导体封装之间的电连接和/或热连接，该互连的导电冶金网络具有增加的稳定性、抗热应力、减低材料之间的热膨胀系数(CTE)失配的能力、增加的工作寿命、无空隙的粘结线及高效热传导性。

发明背景

电子工业经驱动朝向呈更小的形状因素(form factor)的更高性能及功能性发展。在生产层面下，这些驱动力已转换为支持更有效电路布线(routing)、封装层的消除及精密工程材料的更小电路特征、设计及制造方法。通过这些趋势加剧的问题包括热管理及由相异材料的紧密并接所产生的热机械应力的管理。

瞬时液相烧结(TLPS)组合物已在广泛多种应用中用作常规电传导和/或热传导材料的替代物，该应用包括电子组件的装配、平面内电路迹线、不同平面上电路迹线的互连、未封装集成电路管芯至封装元件上的装配，及类似者。参见例如美国专利第7,888,411号；第6,716,036号；第5,980,785号；第5,948,533号；第5,922,397号；第5,853,622号；第5,716,663号及第5,830,389号，其的内容以其全文引用的方式并入本文中。

目前采用包括无铅焊料、纳米烧结膏料、导电粘合剂及现有TLPS膏料的多种电子装置附接材料以用于将半导体附接至其基板。然而，焊料在回流焊之后不保持热稳定；纳米烧结膏料不易于处理，通常需要增加压力；且导电粘合剂不形成冶金接口，导致不良热传递。

焊料通常用于将半导体管芯附接至基板，该基板随后经进一步处理以产生完整封装的半导体管芯组件。此类组件随后通常与其他电子组件一起附接至印刷电路板以形成电子装置。最典型地，焊料还用于在电子组件与印刷电路板之间进行二次连接。为防止完整封装的半导体管芯组件内的焊料连接在随后的装配周期期间再熔化，必须选择具有比用于连接至印刷电路板的焊料的熔点更高的熔点的焊料以用于将半导体管芯附接至基板。熔化温度基本上超过(＞25℃)通常用于将电子组件附接至电路板的那些无铅焊料的焊料受限于具有高铅或高金含量的那些焊料。在半导体管芯附接中使用铅(一种毒素)的豁免正缩至(truncate)越来越窄的应用范围。使用金焊料增加了生产完整封装的半导体管芯组件的实质性成本。

此外，目前可用的TLPS膏料通常并入有挥发性溶剂载体作为助熔剂载体和/或流变改性剂。虽然适用于操控粘度，但此类基于溶剂的配制剂仍遭受溶剂渗出(即材料从其初始沉积物(deposit)流出的趋势)，其限制该配制剂在某些应用(例如，紧密间距应用)中的适用性。另外，此类配制剂可导致高空隙含量，其在于热处理期间移除溶剂时发生。为克服此问题，现用策略通常已涉及将液态树脂进一步并入至粘结剂化学物质中以在移除溶剂之后填充于空隙中。然而，这导致富含树脂的区域降低了热路径的整体效率。

在已知组合物中，稀释剂通常用于产生膏剂类型稠度的组合物，该组合物在大批量制造环境中的常规使用周期内保持流动性。该稀释剂常规为溶剂、非溶剂化挥发性液体、树脂或其组合。在使用溶剂或非溶剂化挥发性液体的情况下，在接合材料的热处理期间，溶剂的析出有可能在粘结线内产生空隙凹穴，其导致有效导电区域及体积的减小以及伴随的电传导及热传导性能的降低。相反，若非挥发性有机树脂用于提供流动性，则此种树脂必须在接合部的热处理之后呈现非液态且可占据接合部的大量体积分数，还导致有效导电区域及体积的减小以及伴随的电传导及热传导性能的降低。