Теплоелектропровідний клей для мікроелектроніки

Винахід відноситься до виготовлення склеюючих речовин, які використовуються в мікроелектроніці, і може бути використаний при монтажі в корпус або на стрічковий носій кристалів великих інтегральних схем, що мають зміщення на підложку. Відомий епоксидний клей для застосування в електроніці [1], який за рахунок органічної зв'язуючої речовини дозволяє приклеювати до корпусу або стрічкового носія кристали з лінійними розмірами більше 15 мм без термічних напружень. Даний клей містить 10-80% мас. феноксидних груп, 10-70% мас. наповнювача, 15-50% мас. затверджувача. Завдяки високій термічній стабільності до температури +350°С клей задовольняє вимогам стандарту МІ-863С по вологостійкості і адгезії в діапазоні температур -65°С до +50°С. Недоліками даного клею є відсутність теплоелектропроводності, вузький діапазон температур по вологостійкості, неможливість вести монтаж кристалів ВІС великих розмірів, які мають зміщення на підложку і забезпечують велику потужність розсіювання (більше 0,5 Вт); крім цього, в силу обмеженого часу життя клей не дозволяє автоматизувати посадку великих кристалів інтегральних схем. Найбільш близьким до даного винаходу є стр умопровідний клей УП-5-201 ТУ 6-05-241-246-80 [2], який дозволяє вести монтаж великих розмірів кристалів інтегральних схем, які мають зміщення на підложку. Струмопровідний клей УП-5-201 являє собою продукт суміщення наповнення нікелевим порошком суміші циклоаліфатичних діепоксидів (комплект 1) з евтектичною сумішшю ангідридів двоосновних кислот (продукт 2) в масовій долі 8:1. Температура затвердіння складає +180°С±10°С на протязі 3 годин, а клейове з'єднання витримує температуру до +100°С. Питомий опір складає: а) 5x10-4 - 5 х10-6 Ом . м (при Т = +20°C) б) 5х10-5 - 5 х10-6 Ом . м (при Т = +300°С). Однак вказаний клей має низьку теплопровідність при крайніх температурах, вузький діапазон робочих температур (-60°С - +85°С), тривалий режим затвердження при високій температурі, недостатню адгезію при підвищеній температурі, велику в'язкість, яка не дозволяє вести на автоматах монтаж великих кристалів Інтегральних схем з потужністю розсіювання більше 0,5 Вт; крім цього, із-за низької теплопровідності клею не забезпечується робота мікросхем при зниженій температурі -60°С в силу низького значення його КТР. В основу винаходу покладено завдання створення теплоелектропровідного клею для мікроелектроніки, який дозволив би знизити температуру затвердіння, підвищити температурну стійкість клейового з'єднання, що дозволяє проводити монтаж кристалів інтегральних схем в корпус або стрічковий механізм з використанням автоматизованого обладнання. Поставлене завдання вирішується тим, що в склад теплоелектропровідного клею, який містить як зв'язуюче суміш розчину резольної фенолформальдегідної смоли в етанолі з сухим залишком 55-65% та розчину гумової суміші на основі бутадієннітрильного каучуку в бутілацетаті з сухим залишком 16-18% в масовому співвідношенні 1:2-2,7, а як наповнювач - силіцид перехідного металу і легований полікремній n+-типу, при такому співвідношенні компонентів, мас. ч.: зв'язуюче силіцид перехідного металу легований кремній n+-типу 190-200; 95-99; 1-5. Як зв'язуюче ВК32-200 використовують продукт № 3 ТУ 105-761-83 і фенолформальдегідний лак ФЛ5111 ТУ 16-503.035-75 в такому співвідношенні; 70 ´ 17 продукт №3 мас.ч. С1 1600 Лак ФЛ мас.ч. С де С 1 - масова доля продукту № 3 С - масова доля лаку. В дану добре перемішану основу після її вакуумної обробки протягом 15-30 хвилин при тиску не нижче 0,2 атм. добавляють тонкодисперсний порошок силіциду перехідного металу 1 легованого кремнію n+-типу з питомим опором менше або рівним 0,1 Ом . см. Це забезпечує низький питомий електричний опір 5х10-5 - 5х10-6 Ом . м в діапазоні робочих температур -65°С - +150°С. Силіцид перехідного металу (наприклад, нікелю або титану) дозволяє зберегти високу провідність клею при від'ємних температурах за рахунок позитивного значення температурного коефіцієнту електричного опору (КТО), який складає +(4,1-6,3)х10-3 град-1. При високій температурі (+150°С) стабільність електричного опору забезпечується за рахунок сильно легованого n+-типу кремнію (r £ 0,1Ом × см) завдяки температурній активації донорної домішки в напівпровіднику. Основа клею ВК 32-200 складає 190-200 мас.ч. Нижня границя основи зумовлена підвищеною в'язкістю 80 с, а верхня вагома границя обмежена нижнім значенням в'язкості 60 с. Силіцид перехідного металу вибирають від 95 мас.ч. до 90 мас.ч. в залежності від маси перехідного металу. Із збільшенням маси перехідного металу масова доля силіциду перехідного металу зменшується з 99 мас.ч. до 95мас.ч. Відповідно легований кремній n+-типу збільшується з 1 мас.ч. до 5 мас.ч. Такий клей має в'язкість 45-50 с і велику життєвість, більше 8 годин. Високий коефіцієнт теплопровідності силіциду перехідного металу забезпечує хороший відвід тепла від кристалу, а за рахунок високого значення КТР (10 . 10-6 град)забезпечується висока стійкість клейового з'єднання до циклічних змін температури (-60°С - +125°С) і робота ВІС в діапазоні температур від -65°С до +125°С. Крім цього, враховуючи, що теплоелектропровідність клею забезпечується введенням наповнювача порошків силіциду перехідного металу і легованого кремнію n+-типу, останні також виконують однозначно функцію ініціатора затвердіння. Міцність клейового з'єднання визначається також дисперністю порошків силіциду перехідного металу і легованого кремнію n+-типу, чим більша їх дисперсність, тим краще змочування полімерною масою клею. Завдяки цьому температура затвердіння знижується до +150°С, а міцність клейового з'єднання, зростає в 1,5-2 рази, підвищується верхня температурна границя клейового з'єднання до +400°С. Одержані параметри клею: в'язкість 45-50 с, життєвість більше 8 годин і верхня температурна границя +400°С дозволяють вести монтаж кристалу до корпусу або на стрічковий носій, а також витримувати температур у монтажу +400°С. Вагові співвідношення основи ВК 32-200, тонко-дисперсного силіциду перехідного металу, легованого кремнію n+-типу вибрані із умови одержання в'язкості 45-50 с. забезпечення високої міцності клейового з'єднання кристалів ВІС і забезпечення електричного опору контакту в діапазоні температур -65°С +125°С. Теплопровідний клей по даному способу го тують таким чином. Тонкодисперсні порошки легованого кремнію n+-типу і кремнію одержують шляхом дроблення кремнієвих пластин на кульовому млині на протязі 24 годин. Аналогічним чином одержують порошок тонкодисперсного перехідного металу (наприклад, титану або використовують порошок карбонільного нікелю, Потім порошки кремнію і перехідного металу зміщують в кульовому млині в співвідношенні одержання силіциду перехідного металу MeSi2. Після імпульсного лампового відпалу в аргоновій атмосфері при температурі 700-1200°С протягом 0,5-6 с забезпечується утворення силіциду перехідного металу. Наступна обробка силіциду в кульовому млині на протязі 8-12 годин забезпечує високу дисперність силіциду перехідного металу з розміром зерна 3-10 мкм. Потім натяжку тонкодисперсного силіциду (наприклад, нікелю або титану) поміщають в фторопластовий або поліетиленовий посуд і заливають основу ВК 32-200 в установленому співвідношенні. Після ретельного перемішування при тиску не нижче 0,2 атм. на протязі 30 хв. отримують тепло-електропровідний клей з часом життя більше 8 годин. Приготований теплопровідний клей на основі KB 32-200, тонкодисперсного силіциду нікелю, легованого кремнію n+-типу (фосфором) з в'язкістю 45-50 с і часом життя більше 8 годин використали при автоматичній посадці кристалів КР1810ВМ86 з площею кристалу 25 мм 2 на стрічковий носій 40-вивідиої рамки. Після монтажу кристалів проводилась сушка для полімеризації клею з утворенням клейового з'єднання при Т = +150°С на протязі двох годин. Міцність такого клейового з'єднання складала більше 5 кГс. Після термокомпресійної розварки перемичок, герметизації пластмасою ЕМЕ 9100, вирубки, луження виводів проводили технологічні випробування (електротермотренування, термоциклювання, термовитримка, перевірка електричних параметрів ВІС при нормальній і підвищеній температурі). Вихід придатних виробів складав на операціях складання 75%, на вимірюваннях - 73%. Таким чином, використання тепло-електропровідного клею по даному винаходу дає такі переваги: - забезпечує монтаж великих кристалів ВІС площею до 100 мм 2, що мають зміщення на підложку і потужність розсіювання більше 0,5 Вт; - дозволяє проводити автоматичний монтаж кристалів і термокомпресійну зварку; - за рахунок високої міцності і стабільності електричного опору клейового з'єднання в діапазоні робочих температур ВІС від -60°С до +125°С забезпечується висока якість і надійність ВІС.