專利名稱：自愈合i/c芯片和基板間底充材料中的裂縫的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及抑制在I/C芯片和基板之間的底充材料中破裂的有害效應(yīng)和裂縫的擴展，其中通過焊料球，有時稱為C4接點把芯片連接到基板，并更具體地涉及在利用焊料球焊接的I/C芯片和基板之間的底充材料中形成的裂縫的愈合。
背景技術(shù)：
底充材料的裂縫通常導(dǎo)致電失效，該底充材料用來密封把I/C芯片連接到基板的焊料球。這些裂縫可以在組裝或熱循環(huán)(可靠性測試或場循環(huán))期間擴展。當(dāng)電子封裝經(jīng)受數(shù)量增加的熱循環(huán)時，這些裂縫的長度將增加。已知道這些裂縫的擴展會引起銅線和C4接點中的電失效。通常，解決這一問題的首選方法是避免產(chǎn)生裂縫。然而，組裝條件的正常變化可以引起裂縫的形成。如在無鉛焊料的應(yīng)用中，電子封裝被暴露于高溫和壓力下，引起裂縫的幾率增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了自愈合在I/C芯片和基板之間的固化環(huán)氧基底充材料中的裂縫的方法。在環(huán)氧基中分散多個囊。每個囊具有在可破裂殼中密封的可固化熱固性粘合劑，從而當(dāng)殼破裂時，在環(huán)氧基中的裂縫中分散熱固性粘合劑。每個囊的直徑優(yōu)選為25微米，更優(yōu)選為10微米或更小。在環(huán)氧基中分散固化劑，固化劑與熱固性粘合劑接觸時會引起熱固性粘合劑反應(yīng)，從而在所述環(huán)氧基中的裂縫中形成固化粘合劑。當(dāng)遇到在底充材料中擴展的裂縫時，殼將破裂，并利用粘合劑至少部分地填充裂縫，并且固化劑將固化粘合劑以使裂縫的邊緣粘合在一起。本發(fā)明也包括裂縫自愈合的結(jié)構(gòu)。


圖1-3示意性地示出了在焊接到基板的I/C芯片中的包圍C4接點的底充材料中擴展的裂縫的延伸，以及根據(jù)本發(fā)明的自愈合；圖4示出了在囊的制造中攪拌速率和囊尺寸之間的關(guān)系。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了自愈合在底充材料中擴展的裂縫的方法和結(jié)構(gòu)，該底充材料包圍把I/C芯片連接到電路化結(jié)構(gòu)的焊料球或C4接點。圖1-3示意性地示出了裂縫的結(jié)構(gòu)和擴展，以及本發(fā)明如何利用就地固化的熱固性粘合劑自愈合擴展的裂縫。(這些圖與下面引用的自然雜志(NatureMagazine)文章中示出的類似)。
現(xiàn)在參考圖1，所述結(jié)構(gòu)包括利用芯片10上的焊盤15和基板12上的焊盤16之間的傳統(tǒng)焊料球或C4接點14安放在電路化基板12上的I/C芯片10。這種類型的結(jié)構(gòu)不需要進一步的說明。芯片10和基板12之間的距離d通常為約100微米。在芯片10和基板12之間設(shè)置底充材料18并包圍C4接點14。通常，底充材料是固化環(huán)氧物。如所述，只在芯片10和基板12之間示出了底充材料，但可以理解，在某些情況下，底充材料也可以密封芯片10。
在材料18中嵌有多個囊20。囊20由密封有密封物24的可破裂殼22構(gòu)成。密封物24是處于未反應(yīng)或未聚合態(tài)、但可以反應(yīng)或聚合形成粘合劑的材料。被密封的材料優(yōu)選為如雙環(huán)戊二烯的熱固性粘合劑。可破裂殼材料22優(yōu)選為尿素甲醛?？善屏褮げ牧?2必須足夠堅固以在正常環(huán)境條件下密封物24保持未反應(yīng)或未聚合，但在遇到在材料18中擴展的裂縫26時發(fā)生破裂，如圖2和3所示。為了確保囊20保持不破裂，它的直徑需要小于約25微米，優(yōu)選約10微米或更小。
在材料18中也分散有激勵劑或固化劑或催化劑，下文有時統(tǒng)稱為固化劑28，當(dāng)它與密封物24接觸時，將引起密封物24固化或聚合。因為密封物24是用來填充和粘合擴展裂縫26(隨后將進形說明)的，有時被總體稱為熱固性粘合劑。當(dāng)密封物是雙環(huán)戊二烯時，激勵劑或催化劑28優(yōu)選為Ruthenium基催化劑。當(dāng)催化劑28與密封物24接觸時，催化劑28將引起密封物24聚合或固化形成熱固性粘合劑，并且進入裂縫26的任何密封物將在裂縫26中聚合形成聚合材料32，以及保留在殼22中的任何材料24也將在殼22內(nèi)聚合形成聚合材料32，均如圖2和3所示。如此通過在裂縫26中固化或聚合密封物形成熱固性粘合劑32愈合裂縫26。
囊20的構(gòu)成材料18優(yōu)選從約5重量％到約20重量％，更優(yōu)選約為10重量％。催化劑28的有效量(完成它的催化作用)優(yōu)選多達材料18的約5重量％，最好在約2.5重量％和5重量％之間。在自然雜志2001年2月15日的“l(fā)etters to nature”中，在S.R.White等人的題目為“Autonomichealing of polymer composites”的文章中詳細說明了此過程，其內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。該文章沒有說明如何使囊的直徑小于約25微米。然而，在提交發(fā)表于2003年的Journal of Microencapsulation中E.N.Brown等人的題目為“In situ poly(urea-formaldehyde)microencapsulation ofdicyclopentadiene”的文章中說明了如何使囊這么小的技術(shù)，該文章可以在http//www.tam.uiuc.edu/publications/tam reports/2003/1014.pdf網(wǎng)站獲得，其內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。特別注意該文章的因特網(wǎng)版本的5到6頁。其圖4是在該文章的第6頁的圖形。如關(guān)于圖形的第6頁所述，圖4說明了“平均微囊直徑與攪拌速率的關(guān)系。通過光學(xué)顯微鏡對每攪拌速率至少250次測量的數(shù)據(jù)集進行尺寸分析。誤差條對應(yīng)數(shù)據(jù)的一個標準差。實線對應(yīng)在對數(shù)-對數(shù)坐標中整個數(shù)據(jù)的線性擬合。”從圖4中可以看出，為了獲得直徑為25微米或更小的平均囊尺寸，工作速率必須超過約1400RPM，并且為了獲得10微米的平均囊尺寸，工作速率必須為約2000RPM。(應(yīng)該注意這里提到的囊尺寸指平均囊尺寸，除非另有說明。)如圖4所示，在小于約1400RPM的速率下形成了小于約25微米的囊，并在約2000RPM的速率下形成了10微米的囊。
權(quán)利要求
1.一種用于自愈合在I/C芯片和電路化基板之間的底充材料中產(chǎn)生的裂縫的結(jié)構(gòu)，包括所述底充材料，具有固化環(huán)氧基，多個囊，分散在所述環(huán)氧基中，每個所述囊具有在可破裂殼中密封的可固化熱固性粘合劑，從而當(dāng)所述殼破裂時，在形成于所述環(huán)氧基中的裂縫中分散所述熱固性粘合劑，每個囊的直徑小于約25微米，以及固化劑，在與所述熱固性粘合劑接觸時與所述熱固性粘合劑反應(yīng)或引起所述熱固性粘合劑反應(yīng)，以形成在所述環(huán)氧基中的所述裂縫中分散的固化粘合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述熱固性粘合劑是雙環(huán)戊二烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述殼是尿素甲醛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述固化劑是釕基催化劑
5.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中相對于所述底充材料，所述囊在約5重量％和約20重量％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的結(jié)構(gòu)，其中所述囊為約為10重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述固化劑的有效量多達約5重量％。
8.一種自愈合在I/C芯片和電路化基板之間的底充材料中的裂縫的方法，其中所述底充材料具有固化環(huán)氧基，該方法包括以下步驟提供多個囊，分散在所述環(huán)氧基中，每個所述囊具有在可破裂殼中密封的可固化熱固性粘合劑，從而當(dāng)所述殼破裂時，在形成于所述環(huán)氧基中的裂縫中分散所述熱固性粘合劑，每個囊的直徑小于約25微米，固化劑，在與所述熱固性粘合劑接觸時與所述熱固性粘合劑反應(yīng)或引起所述熱固性粘合劑反應(yīng)，以形成在所述環(huán)氧基中的所述裂縫中分散的固化粘合劑，當(dāng)遇到在所述底充材料中擴展的所述裂縫時，所述殼破裂，并利用所述粘合劑至少部分地填充所述裂縫，以及利用所述固化劑固化所述粘合劑以使所述裂縫的邊緣粘合在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述熱固性粘合劑是雙環(huán)戊二烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述殼是尿素甲醛。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述固化劑是釕基催化劑
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中相對于所述底充材料，所述囊在約5重量％和約20重量％之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述囊為約為10重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述固化劑的有效數(shù)量多達約2.5重量％，以固化所述熱固性粘合劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述囊的直徑為約10微米或更小。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述囊的直徑為約10微米或更小。
全文摘要
一種自愈合在I/C芯片和基板之間的固化環(huán)氧基底充材料中的裂縫的方法。在環(huán)氧基中分散多個囊。每個囊具有在可破裂殼中密封的可固化熱固性粘合劑，從而當(dāng)殼破裂時，在環(huán)氧基中的裂縫中分散熱固性粘合劑。每個囊的直徑小于約25微米。在環(huán)氧基中分散固化劑，固化劑與熱固性粘合劑接觸時會引起熱固性粘合劑反應(yīng)，從而在所述環(huán)氧基中的裂縫中形成固化粘合劑。當(dāng)遇到在底充材料中擴展的裂縫時，殼將破裂，并利用粘合劑至少部分地填充裂縫，以及利用所述固化劑固化粘合劑以使裂縫的邊緣粘合在一起。本發(fā)明也包括裂縫自愈合的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/29GK1607662SQ200410055198
公開日2005年4月20日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者G·H·蒂爾 申請人:國際商業(yè)機器公司