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TW201502235A - 使用可調孔隙率的膠黏劑及暫時結合方法之應用 - Google Patents

使用可調孔隙率的膠黏劑及暫時結合方法之應用 Download PDF

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TW201502235A
TW201502235A TW103107749A TW103107749A TW201502235A TW 201502235 A TW201502235 A TW 201502235A TW 103107749 A TW103107749 A TW 103107749A TW 103107749 A TW103107749 A TW 103107749A TW 201502235 A TW201502235 A TW 201502235A
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adhesive
filler
glass
binder
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TW103107749A
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John Moore
Jared Pettit
Original Assignee
John Moore
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Abstract

本發明係關於用來貼合工作單位和載體基板的暫時膠黏劑合成物的製作和使用方法。通過選擇和調節聚合樹脂和填充物的比例,暫時膠黏劑的孔隙率能夠得以調整,並提供足夠承托製造過程的附著力,及在過程後能被特設的化學液體滲透,讓工作單位能在不損壞的的情況下進行剝離制程。暫時膠黏劑的孔隙率可以根據填充物和黏合劑重量比例來計算;比例較佳地,大於0.4,進一步較佳地,大於1.0,更進一步較佳地,大於2.0。暫時膠黏劑可以因應基板材料和製造過程的要求來選擇不同的塗抹和固化方法。本發明為複雜的半導體和平板顯示器的基板處理提供了高度的靈活性,更能有效地降低成本。

Description

使用可調孔隙率的膠黏劑及暫時結合方法之應用 與相關的申請互相參照
本申請索取美國暫時申請號61/773766的利益,歸檔於2013年3月6日
這發明涉及用於貼合工作單位和堅硬及堅固的載體基板的多孔狀膠黏劑。此膠黏劑能在數個製造步驟中牢固地固定以及支撐工作單位,而其孔隙在元件製造過程完成後能在短時間內被特設的化學液體滲透,讓工作單位及載體基板能在不損壞的情況下進行剝離工序。特別是,此多孔狀膠黏劑是由黏結劑和填充物組合而成的,使其能抵受製造過程的物理,熱力,和化學影響,並在隨後的工序被特設的化學液體滲透,快速及在不損壞工作單位的情況下分離基板。此可調膠黏劑對暫時結合工序的價值和重要性在它能被應用在薄電子設備的製造工序中,如顯示器或半導體元件的製造工序。這些工序的工作單位可以是不同的厚度,柔韌性,脆度,形狀和結構,利用此發明能讓使用者調整膠黏劑使其能迅速的黏合可變的固體材料和硬性模具,從而滿足其生產要求,快速和安全地清除膠黏劑,以及顯著的減低所需的時間和成本。
電子產品的生產面臨持續的壓力-把設計與配置生產小型化,來符合用戶使用的舒適形狀,並減少成品的重量。為了達到這些目標, 許多建設材料和形狀的選擇必須是在上游的製造過程中決定。每當產品出現任何變化,所使用的機台也需因應地作出變化。為了作重新的鑑定,製造工廠的機台更換需要顯著的時間和成本。以電子元件製造來說,在數個處理步驟中基板必須牢固地固定,這包括微影和沉澱工序。薄固體材料通常會被固定結合在硬性的載體基板上。載體基板可以是由藍寶石,石英,某些玻璃或矽組成;其厚度為0.5-1.5毫米(500-1500微米),並且面積比工作單位大。現有的挑戰在於選擇一種能夠提供足夠抵擋製造過程的黏合方法,其附著力必須在能抵受極端的研磨,拋光,或其它機械式工序的同時,允許不同大小形狀的工作單位能在工序過後在不損壞的情況下進行剝離。
現在的生產工序正在考慮使用某幾個工作單位的大小和形狀。半導體晶圓的直徑可從不到2英寸(2”=50毫米)大至12英寸(12”=300毫米),其中現今多數高容量的製造工序都使用12”的晶圓。在電子行業裡,使用下一代的18英寸直徑基板(18”=450毫米)的研究正在進行中。這些基板的厚度並不相同,但多數的晶圓都在0.1毫米(100微米)以下,而用來作高容量製造的則在0.05毫米(50微米)以下。如何能使用現有的常規機台來處理這種厚度的半導體基板是一個很重要的挑戰。
在顯示器的行業上,常規玻璃基板的厚度被減少至等於或少於0.1毫米(100微米)。在某些情況下,有些玻璃的代替材料被歸入考慮,包括表現出固有特性,能支撐多個金屬和電介質分層來生產電子儀器的非玻璃類無機和有機材料。在某些情況下,工作單位不僅用以支持層壓的電子層,也必須提供足夠的抗拉強度,柔軟性,和/或靈活性,來容許基板使用在能被彎曲的可撓性顯示器上。這些單位的厚度能高達100毫米或低於10毫米。不論其材料是玻璃,陶瓷,金屬,有機或是複合材料,它們在載體基板處理上,包括黏貼和去除都需要一定的保 護。眾所周知,處理的方法會因應材料的類型,厚度,和形狀的不同而有所改變。例如:12英寸直徑的圓型國產型鋁金屬箔(例:厚度2密爾,~50微米)雖然會容易起皺,但以相同的尺寸和厚度來說,矽基板因容易出現裂痕和斷裂及無法支撐自身的重量,使其比鋁金屬箔更難處理。當必須要調整機台來處理各種形狀,尺寸,和厚度的時候,黏合劑也必須要是能夠調整的來滿足工序的需求。
常見的黏合膠帶並沒有足夠的硬性和均勻性來迎合現有的電子化處理。其硬性和均勻性也不能用來承托少於0.05毫米的薄基板。黏合膠帶的彈性太大,使其難以保持穩定的機械特質來通過某些生產步驟如拋光或研磨。此外,許多黏合膠帶是丙烯酸類或聚硅氧烷的組合物,因此當溫度提升至攝氏250度的時候,高溫使黏合膠帶開始分解並產生釋氣(重量損失)。釋氣能導致氣泡在工作單位和載體基板之間的形成。當使用的基板是非常薄的時候,釋氣可能會導致工作單位的表面變形;更嚴重的話,可導致基板表面出現穿孔,影響元件的電路。為了基板的耐熱和耐機械性,必須有一種能滿足製程的耐熱和耐化學性的物料用在兩塊硬基板之間。因此物料必須有達到攝氏250度或以上的耐熱性。因以上的原因,一個理想的可調孔隙率膠黏劑,必須能提供足夠的耐熱性和耐化學性來支撐半導體和顯示器操作的製造工序,並在工序後通過毛細現像被化學液體滲透然後去除。隨著工作單位和載體基板的附著力因膠黏劑被去除而減低,工作單位及載體基板能在沒有損壞的情況下進行剝離工序。
這發明係關於一種由黏結劑和填充物組合而成的複合物。此複合物能被用作暫時膠黏劑來支撐一系列的製造工序。此複合物能在工作單位和載體基板之間固化,並在元件製造過程完成後,利用其可調性孔隙率短時間內被特設的化學液體滲透,把附著力減低,讓工作單位 及載體基板能在不損壞的情況下進行剝離工序。
膠黏劑的孔隙率是由填充物和黏結劑的比例來定義的。因應此發明的要求,所考慮的填充物類型必須是微型或少於微型的。設定填充材料為X,而黏合劑為Z,則填充物與黏合劑的比例為X/Z。按重量來計算,高填充物與黏合劑比例的暫時膠黏劑有最高的孔隙率。低填充物含量通常被定義為一個封閉的系統,例:不能被液體滲透,及其操作方法和純黏結劑沒有太大分別。膠黏劑的毛細現像能用在本領域裡類似的方法來測量。良好的暫時膠黏劑是能簡單及快速地利用毛細現像來滲透液體的組合物,從而令剝離工序能在短時間內完成。這是由剝離所需的時間來測定的。較佳地,按重量來計算,所述填充物與黏合劑的數值比例大於0.4(即X/Z>0.4)。進一步較佳地,足以快速剝離基樣的填充物與黏合劑比例應調到大於1.0;更進一步較佳地,填充物與黏合劑的數值比例大於2.0。
暫時膠黏劑是由一或多種樹脂聚合物組合而成的,包括但不限於:環氧樹脂,丙烯酸酯,矽,胺基甲酸乙酯,橡膠,和工程聚合物。這些樹脂可以是熱塑性或熱固性的材料。熟悉本技術領域的技術人員會認為這些材料能表現出不同的有機功能,所以會對不同的填充物及基板有不同的化學反應。
在大多數的時候,膠黏劑的設計針對永久黏合基板的製程。本發明針對的是暫時黏合的製程。在很多的製程中,工作單位都會被黏附在載體基板上。針對這些製程的剝離方法都是困難及富挑戰性的。為了克服這些障礙,目前的做法包括使用熱力,加熱及使用剪切應力,使用激光燒蝕界面的膠黏劑,或化學浸泡來溶解黏合劑。這些用來處理繁複的工作單位的膠黏劑及剝離方法都被定義為困難,複雜和昂貴的做法。
一個能被塗抹在工作單位上並滿足製程需求,及在剝離的時候能 在不損壞薄性基板材料的完整性的情況下透過毛細現像快速被化學液體滲透及去除的暫時膠黏劑是必要的。本發明提供了多種樣式的膠黏劑和應用方法來滿足不同基板材料和生產製程的要求。
1‧‧‧工作單位
2‧‧‧載體基板
3‧‧‧具有可調孔隙率的膠黏劑
4‧‧‧接合界面
5‧‧‧黏合的膠黏劑
6‧‧‧多孔性複合物
圖1:黏合模型;利用可調孔隙率的膠黏劑3來黏合工作單位1和載體基板2,形成了基板之間的可滲透界面4。
圖2;更詳細的黏合模型;利用可調孔隙率的膠黏劑3來黏合工作單位1和載體基板2,形成了基板之間的可滲透界面4。其中界面結構包括了用以黏合的膠黏劑5和其中的多孔性複合物6。
一種用於黏合工作單位和硬性載體基板的暫時膠黏劑,其可調孔隙率使其能簡單及快速地剝離上述基板。暫時膠黏劑的屬性和孔隙度是以黏合劑的材料來定義的。當此膠黏劑是用來暫時黏合工作單位和載體基板的時候,它必須被加插在基板之中,以便有足夠的附著力來支撐該過程的機械作用。第一圖和第二圖描述了膠黏劑在基板上構成的要素。第一圖顯示了一個使用膠黏劑的模型,利用可調孔隙率膠黏劑3來黏合工作單位1和載體基板2,使其處於各基板的接合界面4。第二圖顯示了一個更仔細描述各元件的模型,其中部份的工作單位1和載體基板2被切去,用來詳細顯示基樣之間的黏合界面4;其中可調孔隙率的膠黏劑3是由黏接劑5和多孔空間6來組成的。
第一圖和第二圖顯示了利用可調孔隙率的膠黏劑3來黏合工作單位1和載體基板2的模型;通過選擇和調節聚合樹脂和填充物的比例,膠黏劑能提供足夠承托製造過程的附著力,及在過程後能被特設的化學液體滲透,降低黏結力令兩塊基板能進行分離。為了簡單及快速分離基板,黏合劑的理想孔隙率是根據填充物和黏合劑重量比例來計算的,此比例較佳地,大於0.4,進一步較佳地,大於1.0,更進一 步較佳地,大於2.0。
本發明描述了一種由黏合劑和填充物構成的化學組合物,此樹脂系統能產生反應成為多孔狀膠黏劑。因應樹脂的選擇,此用來黏合基板的膠黏劑可以通過各種方法進行固化,並用於黏貼兩個基板的表面。樹脂系統在形成的時候,可以被固化到一個滿足用於工作單位和載體基板特定結構的膠黏劑的設計標準。眾所周知,要能準確達到一個特定附著力,必須取決於以下幾個原素,包括所使用的基板材料,基板表面的清潔度,基板表面的紋理和/或孔隙率,以及黏合劑和/或附著的基板曾暴露過的溫度。另外,通過拉伸或剪切測試所測量的值必須被調整至生產製程的要求,包括通常使用大於60psi(英磅每平方英寸)剪切力的高速磨削薄化工序。例如,在這樣的磨削條件下,用於黏合十二英寸的晶圓的附著力必需能承托近7000磅的剪切力(計算值)。已知基板的條件和所用到的剪切力,膠黏劑的孔隙率能在不損失黏合力的情況下進行調整。使用相同的已知條件,在不損失剪切附著力的情況下,膠黏劑的孔隙率及其釋放能力能因應黏結劑和填充物的比例作調整。換言之,通過選擇和調節聚合樹脂和填充物的比例,暫時膠黏劑的孔隙率能夠得以調整,並提供足夠承托製造過程的附著力,及在過程後能被特設的化學液體滲透,讓工作單位能在不損壞的的情況下進行剝離制程。
能夠使用本發明的各種薄的工作單位包括無機和有機材料。無機材料包括不同尺寸,形狀,和厚度的金屬和陶瓷固體。金屬固體工作單位包括銅(Cu),鎳(Ni),鐵(Fe),鈷(Co),鈦(Ti),鉭(Ta),鎢(W),鉬(Mo),鉻(Cr),鋁(Al),金(Au),銀(Ag),釹(Ne),鈀(Pd),鉑(Pt),鋨(Os),銥(Ir),銠(Rh),釕(Ru),氮化物,如氮化鈦(TiN),以及合金,如鎳鐵合金(NiFe)。金屬工作單位可以已是固體或可以是利用真空直接沉積在暫時膠黏劑上,使 得金屬的薄層固體能通過製程的最低要求,並且在製程後利用毛細現象被液體滲透以進行去除及剝離。固體金屬工作單位材料的最低要求可通過多個屬性來定義,包括足以支撐自身的拉伸強度。
固體工作單位也可以是結晶和非晶系的陶瓷材料,包括矽,砷化鎵,石英,玻璃,和合金組合物。這些陶瓷和玻璃的材料可以是不同大小,形狀,和厚度的固體,包括薄片或薄膜。這些工作單位亦可以是利用真空直接沉積在暫時膠黏劑上,使得薄固體型的工作單位能通過製程的最低要求,並且在製程後利用毛細現象被液體滲透以進行去除及剝離。固體工作單位材料的最低要求可通過多個屬性來定義,包括足以支撐自身的拉伸強度。
暫時黏附工作單位的有機薄膜包括聚醯亞胺,如Kapton®(杜邦公司的註冊商標);聚芳醚,如Arylite®(Ferrania的註冊商標);聚酯,如邁拉®(帝人杜邦薄膜公司的註冊商標),聚丙烯,聚乙烯,聚碸(聚碸,聚醚碸,聚苯碸),如Radel®(蘇威蘇萊克斯公司的註冊商標);聚苯并咪唑,聚苯硫醚,如Torelina®(Toray Film Products,Co,Ltd.的註冊商標),聚碳酸酯,聚苯乙烯,聚丙烯酸,氟化聚合物如氟乙烯丙烯(FEP),全氟烷氧基聚合物(PFA),乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE),乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTE),如Halar®(蘇威蘇萊克斯公司的註冊商標);聚偏氟乙烯(PVDF),如Kynar®(蘇威蘇萊克斯公司的註冊商標);聚醚醚酮(PEEK),聚醚醯亞胺(PEI),聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT),聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN),和各種聚醯胺即尼龍。薄固體有機聚合物包括薄片或薄膜,可以是不同大小,形狀,和厚度的固體,可是是從液體溶液澆鑄而成,這些工作單位亦可以是利用真空直接沉積在暫時膠黏劑上,使得薄固體型的工作單位能通過製程的最低要求,並且在製程後利用毛細現象被液體滲透以進行去除及剝離。固體工作單位材料的最低要求可通過多個屬性來定義,包括足以支撐自身 的拉伸強度。
黏合劑的化學物質包含至少一種的特定的聚合物樹脂化學家族,也可以是和其他化學族作混合的組合物。最後形成的黏合劑的性質是通過不同分子量和特性的同家族樹脂混合來作調整,亦可以是通過使用不同化學家族的樹脂混合來控制。例如,一個暫時膠黏劑可包含環氧樹脂家族的一種或多種樹脂(如環氧烷,酚醛環氧樹脂等);而另一種暫時膠黏劑可包含不同化學家族的一種或多種樹脂(如環氧樹脂和丙烯酸樹脂,等)。所用的樹脂對用來黏附工作單位和載體基板的膠黏劑的性質和孔隙率有直接的影響。熟悉本技術領域的技術人員會承認為了得到化學物質的特質,膠黏劑必須包含必要的反應起始劑。這些反應起始劑可被認為是交聯劑,活化劑,催化劑,或反應劑,用量是整體組合物的一小部分。因此,每當提及有關使用特定的化學或樹脂時,那化學物料必須包括相應的起始劑;而不同起始劑的選擇可能會產生細微的差別,而這裡主要強調的是與所選擇的化學物匹配的起始劑必須被包括在系統中。
暫時膠黏劑的化學性質可包含多種樹脂。具反應性的樹脂包括,但不限於,能進行交聯的聚合機制,包括環氧樹脂,丙烯酸酯和矽膠。這些名為熱固性的材料如文獻中所描述,能以熱量,化學,以及光引發進行縮聚及附加機理。熱固性材料能提供足夠的剛性和特質來支撐製造工序。非交聯的樹脂包括非晶系或熱塑性塑料。熱塑性樹脂可以增加黏合劑的強度和持久性。非晶系聚合物的其他性質包括障壁特性(氣體非擴散),高熱穩定性,透明度,清潔力,和水溶性。以下的段落提供更多使用在膠黏劑中的樹脂。本發明之暫時膠黏劑的材料並不限於這裡所提及的樹脂。
用於本發明的環氧樹脂可以包括單個或多個環氧官能團,也可被稱為環氧乙烷;通常為含氧三元環,可以是以以下的結構來描述,包 括(1)縮水甘油醚,(2)縮水甘油酯,(3)縮水甘油胺,(4)線性脂肪族,和(5)環脂化合物: 其中,R,R1,和R2可以是以下:氫(-H),醯胺(-NH2),甲基(-CH3),羥基(-OH),醇(-CH2OH),或任何一個由-CnH(2n),-CnH(2n+1),或-CnH(2n)OH的分子式代表的的組合,其中n為2-20之整數;擁有-C6X5分子式的芳烴類官能團,其中X可以是取代基,如氫(-H),鹵素(-F,-Br,-Cl,-I),羥基(-OH),和-COOH的組合;而R3則代表了環狀和芳族烴類官能團的-C6X5分子式,其中X可以是取代基,如氫(-H),鹵素(-F,-Br,-Cl,-I),羥基(-OH),和-COOH的組合,所有的變化可以為多個取代基的形式,或為單體;如所示例結構(6): 此結構(6)描述了一個由縮水甘油醚的單體和取代基R組成的聚合物,其中R1是用來作鏈接。這種樹脂可以包括:卡德萊公司生產的CARDOLITE 514(雙官能團縮水甘油醚環氧樹脂),艾迪科公司生產的ADEKA EP 4088S(環氧樹脂和聚氨酯樹脂的固化劑),和氰特工業生產的EBECRYL3605(部分為雙酚A環氧丙烯酸酯)。
本發明實施例中,所述環氧樹脂包含結構(6);其中所述單體環氧化物取代基是酚醛清漆品種,也可被稱為環氧化酚醛清漆樹脂;其中R代表了C6X5的芳香環,X可以是取代基,如氫(-H),鹵素(-F,-Br,-Cl,-I),羥基(-OH),和-COOH的組合,而最佳用作R1鏈接的是-CnH(2n)的分子式。這樣在結構(6)被描述的環氧酚醛清漆樹脂的每一個分子可以包含3至6個環氧基(n=1.6)。符合此條件的產品包括:陶氏化學公司生產的DEN 431和DEN 439;Resolution Performance Products(瀚森)生產的EPON 154,EPON 160和EPON 161;SI集團生產的REZICURE 3056。
本發明中使用的丙烯酸類單體和聚合物包括在項目(7)所描述的例式的丙烯酸酯類;當中R1和R2可以是以下:氫(--H),醯胺(--NH2),甲基(--CH3),羥基(--OH),醇(--CH2OH),或任何一個由--CnH(2n+1),或--CnH(2n)OH的分子式代表的的組合,其中n可以是2-20;擁有--C6X5分子式的芳烴類官能團,其中X可以是取代基,如氫(--H),鹵素(--F,--Br,--Cl,--I),羥基(--OH),和--COOH的組合;而R3則代表了以下:氫(--H),醯胺(--NH2),甲基(--CH3),羥基(--OH),醇(--CH2OH),或任何一個由--CnH(2n+1),或--CnH(2n)OH的分子式組成的的組合,其中n為2-20之整數。
必須留意的是,每當有取代基存在時,它們的存在並不會過分妨礙或干擾丙烯酸單體的熱或光固化。較佳的丙烯酸類單體是由項目(7)所描述的結構,當中R1為氫(--H),或甲基(--CH3),用以定義分子為丙烯酸脂或甲基丙烯酸甲脂;R2可為取代基形式或為分子式--CnH(2n)OH,其中n為2-20之整數。這樣的丙烯酸樹脂包括丙烯酸羥乙 酯(CAS #818-61-1),丙烯酸羥丙酯(CAS #25584-83-2),甲基丙烯酸羥乙酯(CAS #868-77-9),和甲基丙烯酸羥丙酯(CAS #27813-02-1)。進一步較佳的丙烯酸類單體是由項目(7)所描述的結構,當中R1為氫(--H),或甲基(--CH3);R2為醯胺的取代基(--NH2),用以定義分子為一種丙烯醯胺。這種的丙烯酸樹脂包括n,n-二甲基丙烯醯胺(DMAA,CAS #2680-03-7)。DMAA已被證明和其它的樹脂有著很高的相容性和溶解度,以及其固化時間比傳統的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯快。
由多個供應商提供,適用於本發明的聚硅氧烷樹脂有多種類別,類型及極性,而聚合方法可以是附加或縮合聚合。在準備所用的膠黏劑時,必須考慮所用聚硅氧烷材料之間的相容性和反應來決定最後所產生的結果。例如,極性相近的材料有很高的相容性,可是它們的固化形式可能不相同。這包括有機聚硅氧烷和有機矽樹脂的中間體,兩者都會經由加熱引起縮合反應,從而排出水分子。然而,乙烯基矽樹脂(橡膠)大多是疏水性的,必須使用金屬催化劑進行附加反應來作固化。因為必須考慮材料的相容性和應用方法,下文將詳細的描述各種可用作膠黏劑的材料。
較佳的聚硅氧烷,包括氧基矽烷的分子式為(R1)-[(R2)(R3)SiO]n-R4或(R5)O-[(R3)2SiO]m-R5;其中,R1、R2和R3是氫或含有碳的官能團如烷基,苯基,環烷基,烷氧基,羥烷基,羥基烷氧基,和羥烷氧基;當中這些官能團可包含多至六個碳原子;而R4包含氫,烷基,或苯基,當中至少兩組是用於聚合的氧取代基;而R5和R4很相似,但R5可含有多達十二個碳原子,其中n和m為1-5的整數或其分子量能達到500,000或以上。
適用於本發明的矽氧烷樹脂包括各種烷基,芳基,含氧和環狀的取代基。當熱穩定性是主要考慮的因素時,取代基必須是甲基和苯基。矽氧烷的部分也可以包含某種被認知能與基板界面產生化學反應的有 機官能團。例如,以硫醇矽氧烷的部分而言,硫元素能和某些無機固體表面,如金屬,產生化學反應來提高與膠黏劑的黏合力。最重要的部分是能表現出環氧樹脂,丙烯酸樹脂,或胺性質的官能團。這些官能團已被證明在和有機物質中的某些官能團接觸時會產生化學反應,當被塗抹在聚合固體表面時,會和表面的分子糾纏,利用范德瓦耳斯相互作用與氫產生共價鍵合,從而增加附著力。
較佳的有機矽樹脂基包含環狀矽氧烷分子。實用的環狀矽氧烷包括羥基官能環狀矽氧烷,可被分類為液體樹脂,片型樹脂,及矽中間體,供應商包括道康寧(www.dowcorning.com)和Wacker Silicones公司(瓦克化學有限責任公司)(www.wacker.com)。較佳用作開發黏合劑的環狀矽氧烷,包括那些和其它聚合物有著高相容性的,能溶解在多種溶劑的,及那些被歸類為矽醇基的化合物。能表現高縮合反應的矽醇基化合物包括每一個環狀矽分子單位有兩個或更多羥基,及苯基/甲基比率範圍為50-120%,以及分子量為4,000至300,000的化合物。在所有的情況下,二氧化矽的相對含量為高,通常大於50%。
起始劑必須根據所使用的聚合物和應用工序來作選擇。環氧基的系統會使用有機胺和酸的材料來打開其環氧乙烷環從而引發交聯。這可以是熱或光交聯。而丙烯酸類則會使用自由基起始劑,同樣也是用加熱或紫外線作交聯。矽乙烯基化合物則需要金屬催化劑來產生自由基。這類型的起始劑和所需要的媒介物是用來支持聚合反應,並且使膠黏劑能有效的黏合和固定基板。在一實施例中,一種含較高分子量的聚胺化合物被選作環氧樹脂系統的起始劑。較高分子量的含胺起始劑能留在系統中較長的時間,並提供一個有效的環境讓環氧樹脂進行交聯。胺化合物可包括陶氏化學公司生產的三乙烯四胺(TETA),N-甲基乙醇胺(NMEA),N-甲基二乙醇胺(DMEA)和三菱化學公司生產的間苯二甲胺(MXDA)。理想的胺對環氧樹脂重量%為1%至5%。另 一種類似的起始劑為酸性物質。相對於胺,環氧樹脂對酸的反應速度比較快。較佳的酸是各種磺酸,如甲苯,十二烷基苯,和甲基磺酸。環氧樹脂在和酸接觸時就會開始作出反應,因此必須加以考慮混合的方法。較佳使用酸性起始劑的是在有光酸產生(PAGs)的情況下。這些系統包含能釋放不同分子量的甲苯磺酸的鋶鹽,在接觸時便能作產生反應。這種快速反應可被用在多種光阻上。一種普遍的光酸產生劑是三苯基鋶三氟甲磺酸鹽(TPST)。PAG的分量是環氧樹脂的重量2%內。
丙烯酸脂的起始劑包括熱活化(熱活化自由基起始劑,TRI)和光活化自由基起始劑。根據文獻,這些自由基起始劑能與丙烯酸脂的乙烯基結合,進行鏈鎖反應,所生產的丙烯酸系自由基可與相鄰的丙烯酸脂的乙烯基官能團進行交聯,生產出最後的共聚物。這些TRI材料包括無機過硫酸鹽,如過硫酸銨(APS),過硫酸鉀,和過硫酸鈉,以及有機過硫酸鹽,如季銨過硫酸鹽(例:三-十二烷基硫酸銨);過氧化物包括過氧化苯甲醯(BPO),過氧化甲乙酮,過氧化二枯基,苯頻哪醇(BK),過氧化枯烯二氫,和LuperoxTM(阿科瑪公司,(www.arkema-inc.com)商標名下的偶氮化合物包括2,2’-偶氮二異丁腈(AIBN),4,4’-偶氮-(4-氰戊酸),1,1’-偶氮二(環己烷腈);及醋酸如過氧乙酸和過氧化乙酸叔丁酯。丙烯酸脂常用的起始劑包括安息香光活化起始劑。其中一種安息香光活化起始劑為安息香二甲醚,通過光活化把交聯的化學鍵合分開並釋放出苯甲醯基和芐基,以用作固化過程中的主鏈聚合起始劑。鏈的引發步驟,為光化學反應產生的自由基對乙烯基單體的雙鍵作出反應。本發明涉及利用一種在液態聚合物體系裡的光起始劑來引發的固化過程,其中光源來自紫外線發射源的活性光線。常見的光起始劑包括安息香醚,苯乙酮,苯甲醯肟脂,和醯基膦。這些起始劑可包括苯基乙醛酸甲脂,苯甲基二甲基縮酮,-氨基 酮,-羥基酮,單醯基膦(MAPO),二醯基膦(BAPO),茂金屬,和碘鎓鹽。較佳的起始劑包括2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(CAS #7473-98-5)和苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)氧化膦(CAS #162881-26-7)。由瑞士巴塞爾的汽巴精化生產的Irgacure 2022包含以上物質。此產品的紫外吸收光譜為365奈米,285奈米,和240奈米。所使用的份量為總重量5%內。
可用作膠黏劑組合物的矽樹脂能含有重量百分濃度為20至100%的聚合物,其成分包括聚硅氧烷-乙烯基和甲硅烷基氫化物。利用混合物內的金屬催化劑,乙烯基能引發出自由基,並與甲硅烷基氫化物進行附加聚合作用,產生合適的膠黏劑聚合物。金屬催化劑中含有鉑螯合體,用來控制固化的反應速率。在加熱時,螯合體會被降解並釋出鉑來引發聚合反應。以矽醇聚硅氧烷而言,其單體的交聯溫度通常在攝氏200至250的範圍內。
膠黏劑可含有添加劑以作性能調整。例如,含氟聚合物已知可用來活化表面,如含氟聚合物的界面活性劑。其他常見的界面活性劑包括非離子性,陽離子性或陰離子性界面活性劑。界面活性劑能改變基板表面的附著力,並能改變膠黏劑的熔點來提高其非晶系性質及提高其附著力。
除了以上的成分包括樹脂,起始劑,和添加劑,暫時膠黏劑亦包含填充物。填充物可以是纖維和顆粒的形式。較佳用來促進孔隙率的填充物包括微米大小的材料。微米填充物包括玻璃纖維,石棉,氧化鋁纖維,氧化鋁和二氧化矽組成的陶瓷纖維,硼纖維,氧化鋯纖維,碳化矽纖維,金屬纖維,聚酯纖維,芳綸纖維,尼龍纖維,酚醛纖維,天然植物和動物纖維。較佳的玻璃纖維是磨碎玻璃纖維,其長度能改善塗抹條件,從而製造出各方面都一致的複合物。這領域的產品包括 由Fibertec Co.,Inc.(www.fibertecinc.com)提供的Microglass 9110和Microglass 3082。
微米顆粒填充物包括粒狀或顆粒狀填充物,如融熔矽石,沉澱矽石,熱解二氧化矽,煅燒二氧化矽,氧化鋅,煅燒黏土,碳黑,玻璃珠,氧化鋁,滑石,碳酸鈣,黏土,氫氧化鋁,硫酸鋇,二氧化鈦,氮化鋁,碳化矽,氧化鎂,氧化鈹,高嶺土,雲母,氧化鋯等等。較佳的玻璃顆粒包括由波特工業公司(www.pottersbead.com)生產,直徑由五微米至二百微米的實心和空心球體。組合物包含兩個或以上上述的纖維和顆粒。
填充物材料還包括編織和非編織的玻璃纖維,聚酯及碳纖維。這些材料由幾個製造商生產。此申請和發明沒有列舉的填充物也應被列作考慮。試樣的厚度和重量可被用作比較磨砂或紗幕產品。例如,Hollingsworth & Vose(www.hollingsworth-vose.com)的E-CR玻璃非編織等級#8000130,其重量為每平方碼0.30盎司(每平方米10.2克),厚度等於3.0密耳(0.08毫米)。類似的材料,如Owens Corning Veil U.K.Limited(www.owenscorning.com)的“C”玻璃等級,其重量為每平方米30克,厚度等於0.31毫米。
填充材料還包括常用於過濾程序的玻璃濾光片(玻璃紙)。紙狀的玻璃濾光片可以預先切割成圓形狀或卷狀。這些產品有幾種標準,包括重量(每平方米多少克)和厚度(毫米)。例如,I.W.Tremont Co.,Inc.(www.iwtremont.com)的B-85等級,無黏合劑(無有機結合劑)的玻璃濾紙的重量為每平方米78.3克,厚度等於0.46毫米。其他類似的過濾型填充物包括玻璃和陶瓷熔塊(融熔矽石)。
最後一種填充物包括金屬網罩和過濾產品。金屬編織和非編織材料可以由許多材料和合金所組成。這些材料的性質和玻璃製品相似,但由於它們是金屬,其化學惰性比玻璃較為低,因此金屬不適用於某 些酸性化合物。金屬可以是剛性的,用來提供額外的機械穩定性。金屬網罩可以被層疊在一起來提供獨特的孔隙率。
固化,B級作業,化學反應,和用於插入和固定在工作單位和載體基板之間的膠黏劑的製程包含多種機理。基本的膠黏劑必須有足夠的溼潤性,使其能被塗抹在要作黏合的表面上。溼潤性被界定為把較低接觸角(低能量)的液體或半固態塗抹在較高接觸角(高能量)的基板上。在許多情況下,膠黏劑複合膜和基板表面之間的表面能差異可以低至10dyne/cm。可是較佳的表面能差異遠大於10dyne/cm。最佳的情況是較低能量的膠黏劑複合膜能簡單的被塗抹在高能量表面的基板上,並達到良好的溼潤性。
雖然溼潤性是黏附製程的基本,膠黏劑的表現是由其液體滲透性能,即膠黏劑中黏合劑和填充物的比例,和其與基板的化學官能團之間的相互作用來決定。假設膠黏劑的調製不變,相互作用將取決於膠黏劑的施用,固化和黏附方法。膠黏劑複合物是重量百分濃度為100%或被溶解於載體溶劑的有機樹脂,和填充物的混合物。固化的程序包括用以黏合載體基板的軟烤步驟,及隨後用以黏合載體基板上的B級作業黏合劑複合物和工作單位的硬烤步驟。膠黏劑的塗抹,固化和與工作單位的黏合方法和機理可以有很多種,本發明的保護範圍上不限制於此。方法的選擇可基於許多因素,包括工作單位的處理,固化機理,和減少基板之間空氣的存在和完全填充空隙的辦法。不管使用哪種方法,最終的目的是使工作單位能黏附在載體基板上進行電子製程。
製造過程完成後,利用膠黏劑的毛細現像能讓其孔隙被液體滲透,從而進行分離工作單位的工序,其孔隙率是一個特別調整的數值。基板分離的速度取決於膠黏劑的孔隙率,和浸泡液體的方式和狀況。如有需要,用來分離基板的浸泡液體可以和膠黏劑有相同的親水性或疏水性。在浸泡的同時,可使用常用或和基板的界面相同方向的攪動 機制。液體化學穿透了領域和通過毛細作用移動了黏合劑的整個多孔狀的領域。膠黏劑中的孔隙能利用毛細作用,把浸泡的液體吸進複合物的結構當中。滲透的速度可由膠黏劑中的填充物和黏合劑的化學比例所形成的孔隙率來作調整的。為了能簡單和快速地分離基板,理想的黏接劑孔隙率,即填充物與黏合劑的重量比例數值,較佳地大於0.4,進一步較佳地大於1.0,更進一步較佳地大於或最優選的為>2.0。
現今電子器件製造的困難是如何處理和支撐多種不同尺寸,形狀,以及厚度的工作單位。由於所推廣的結構成本越來越低,最有競爭力的電子器件製造商大部份都位亞洲。由於存在著減低成本的壓力和必須在亞洲製造的因素,電子器件的處理的設計必須簡單並提供多種選擇。例如,半導體的晶圓基板是圓形的,直徑為12英吋,利用機械工具從機台轉移到夾盒。相反,顯示板是方或矩形的,最長的一側可大於60英寸,利用傳遞帶來進行運送。考慮到為每個市場的薄固體材料,基板的厚度可以是10-100微米的範圍內。通過提供靈活的可調整孔隙率暫時膠黏劑來黏合基板,電子器件的處理和製程能有更多的選擇。這些選擇刪除了新工具修整的需求和額外的製造步驟。本發明的新穎性和獨特性能通過以上和沒有提到的實施方法得以實現。
實施例
以下描述了本發明的構成和例子。然而,本發明的保護範圍並不限於此實施例和描述。在實施例中,除非另有說明,所提供的百分數都是重量的百分比(%)。本發明的保護範圍並不限於以下的附圖和其描述。本發明用以測量性能及選擇率的方法都是受此行業所接受的。
本發明使用Brewer Science,Inc.的CB-100旋塗機來塗抹膠黏劑,而噴霧及封裝工序則是使用由Daetec設計的機台。其他測量的機台包括XP-1探針式表面輪廓儀,AFP-200原子力顯微鏡,和Xi-100光學輪廓儀(www.kla-tencor.com)。所用的探針壓力設定為5毫克,測量距 離為4毫米以上,探針移動速度為每秒0.5毫米。用以測量化學物的釋氣的改良熱分析方法使用典型的實驗室天平(+/- 0.1毫米)。UV固化裝置為Intelli-Ray 400光固化系統(www.uvitron.com)。所用的加熱機台為包含氮氣淨化,和散風扇的微機編程箱型加熱爐#ST-1200C-121216,(www.sentrotech.com)。以及用來測量附著力的拉力計M-5系列包括90度移動底板,ESM301架,夾具,和軟件(www.mark-10.com)。
用以塗抹,固化,和測量膠黏劑的無機載體基板為矽晶圓和玻璃板(約0.5毫米厚)。這些材料為此發明研發的基礎。以下每個實例描述及測量了多種聚合物。
例子一
以下的實驗說明了基於毛細作用產生的液體滲透現象和膠黏劑中黏合劑和填充物比例的關係。實驗一表現了隨著厚度的增加,滲透和分離的速度會加快。實驗二則表現了當填充物:黏合劑的比例增加時,滲透和分離的速度會加快。在這兩個實驗中,聚合物黏合劑是由Lubrizol Advanced Materials,Inc.生產的一種熱塑性聚氨酯(TPU),名稱為Estane 5715 TPU,其玻璃轉變溫度和軟化點分別為攝氏23度和攝氏55度(www.estane.com)。這些實驗所用的填充物是Fibertec生產的一種磨碎玻璃纖維,名稱為Microglass 3082,纖維直徑和長度分別是16微米和120微米(www.fibertecinc.com)。磨碎玻璃是粉末狀。首先把上述的TPU溶於N,N-二甲基乙醯胺(DMAC)中,製造出大約重量25%固體濃度的混合物。利用聚合物黏結劑的重量來計算,以下的實驗準備了多個不同填充物:黏合劑比例,由0.4-2.0的測試樣本。然後,把組合物樣本塗抹在玻璃板上,在烘烤溫度攝氏150度上加熱兩分種來蒸發溶劑和固化。固化後,把塗有膠黏劑的玻璃板和另一塊玻璃板黏合在一起。以下的實驗使用含二甲基亞碸(DMSO)的鹼性溶劑組合物 來測量已黏合的玻璃板的分離速度,溶液的名稱是AA7:DMSO。
實驗一,設定膠黏劑的填充物:黏合劑的比例不變為1.0,而膠黏劑的厚度則是在0.33至0.95毫米之間。表一記錄了AA7:DMSO溶液的滲透速度和已黏合基板的分離速度。
例子二
實驗二,設定膠黏劑的厚度不變約為1毫米,而填充物:黏合劑的比例則是0.4至2.0之間。表二記錄了AA7:DMSO溶液的滲透速度和已黏合基板的分離速度。
例子三
此例子使用玻璃濾紙和非編織玻璃纖維作填充物的UV固化膠黏劑。結果說明了如以上例子所描述,透過增加填充物:黏合劑的比例能製造出較佳的膠黏劑複合膜。所用的基板是2英寸乘3英寸的玻璃板。填充物材料被切割成玻璃板的形狀,利用其重量和理想的比例數值來計算出需要添加的黏合劑份量。所使用的專有黏合劑以n,n-二甲基丙烯醯胺(DMAA)作單體,其化學成份及添加物使其能溶於鹼性洗滌劑中。使用總重量5%的Irgacure 2022自由基起始劑能有效的利用UV固化膠黏劑。清洗的溫度是在攝氏60至70度的範圍內,清洗時間為15分鐘,浸泡時不需要進行攪動。實驗結果為所觀察的滲透率和分離速度。結果列於表三中。
1‧‧‧工作單位
2‧‧‧載體基板
3‧‧‧具有可調孔隙率的膠黏劑
4‧‧‧接合界面

Claims (22)

  1. 一種用來黏合工作單位和載體基板的可調孔隙率暫時膠黏劑,其孔隙在元件製造過程後能被特設的化學液體滲透,讓工作單位能在不損壞及不需要其後清洗工序的情況下進行分離。
  2. 如請求項1之暫時膠黏劑,其中暫時膠黏劑是黏合劑和填充物的組合物。
  3. 如請求項2之暫時膠黏劑,其中暫時膠黏劑的黏合劑是由一或多個化學族組成的有機樹脂。
  4. 如請求項3之暫時膠黏劑,其中該有機樹脂是從環氧基,丙烯酸酯,矽,聚氨酯,橡膠和工程聚合物中選擇一種或以上的組合物。
  5. 如請求項4之暫時膠黏劑,其中該工程聚合物是從聚醯亞胺,聚醯胺,聚醯胺醯亞胺,聚苯并咪唑,聚苯并唑,聚碸,聚醚碸,聚苯碸,聚芳基醚,聚醚酮醚,聚氟亞乙烯,環烯烴共聚物,聚乙烯對苯二甲酸共聚酯,聚對苯二甲酸丁二酯,聚丙烯腈,聚芳基醚酮,聚酮酮,苯乙烯-丙烯腈,聚碳酸酯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚苯硫醚,聚對苯二甲酸丙二酯,聚偏二氯乙烯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,和液晶聚合物中選擇一種或以上的組合物。
  6. 如請求項4之暫時膠黏劑,其中該樹脂組合物包含一或多種聚合物的反應起始劑。
  7. 如請求項6之暫時膠黏劑,其中該起始劑是從有機酸,光酸產生劑,光鹼產生劑,有機胺,熱誘導自由基起始劑,和光誘導自由基起始劑中選擇一種或以上。
  8. 如請求項2之暫時膠黏劑,其中該填充物是從奈米粒子,奈米纖維,奈米金屬,微纖維,玻璃微珠,玻璃微球,陶瓷,纖維素, 聚酯織物,聚酯不織布,編織玻璃布,非編織玻璃布,玻璃熔塊,陶瓷熔塊,金屬編織網,和金屬非編織網中選擇一種或以上物料。
  9. 如請求項1之暫時膠黏劑,其中該工作單位是薄片或薄膜的固體。
  10. 如請求項1之暫時膠黏劑,其中該工作單位是由蒸發而成的固體。
  11. 如請求項1之暫時膠黏劑,其中該工作單位是由電漿鍍膜而成的固體。
  12. 如請求項1之暫時膠黏劑,其中該工作單位是由電解沉積而成的固體。
  13. 如請求項9之暫時膠黏劑,其中該工作單位是從金屬,陶瓷,玻璃,有機聚合物和合成物中選擇一種或以上的組合物。
  14. 如請求項10之暫時膠黏劑,其中該工作單位是從金屬,陶瓷,玻璃,有機聚合物和合成物中選擇一種或以上的組合物。
  15. 如請求項11之暫時膠黏劑,其中該工作單位是從金屬,陶瓷,玻璃,有機聚合物和合成物中選擇一種或以上的組合物。
  16. 如請求項12之暫時膠黏劑,其中該工作單位是從金屬,陶瓷,玻璃,有機聚合物和合成物中選擇一種或以上的組合物。
  17. 一種用來黏合工作單位和載體基板的可調孔隙率暫時膠黏劑,使其孔隙在元件製造過程後能被特設的化學液體滲透,讓工作單位能在不損壞及不需要其後清洗工序的情況下進行剝離,其中孔隙率可以利用增加填充物與黏合劑的比例,一個使用數式計算的數值來作調整。
  18. 如請求項17之暫時膠黏劑,其中填充物與黏合劑的比例較佳地大於0.4。
  19. 如請求項18之暫時膠黏劑,其中填充物與黏合劑的比例進一步較佳地大於1.0。
  20. 如請求項19之暫時膠黏劑,其中填充物與黏合劑的比例更進一步較佳地大於2.0。
  21. 一個利用一種用來黏合工作單位和載體基板的可調孔隙率暫時膠黏劑,使其孔隙在元件製造過程後能被特設的化學液體滲透,讓工作單位能在不損壞及不需要其後清洗工序的情況下進行剝離,其中孔隙率可以利用增加填充物與黏合劑的比例,一個使用數式計算的數字來作調整的電子儀器製造工序。
  22. 如請求項21之製造工序,其中工序包括半導體和顯示器的製造過程。
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