DE3939628A1 - Adhesive compsn. which can be cured by UV light - used to fix components to hybrid substrates before solder reflow process and can be exposed by radiation through substrate - Google Patents

Adhesive compsn. which can be cured by UV light - used to fix components to hybrid substrates before solder reflow process and can be exposed by radiation through substrate

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Bernhard Dipl Chem Dr Stapp
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Abstract

Using a substrate of alumina or Al-nitride with a thickness of not more than 1.5 mm, pref less than 1.1 mm, best less than 0.7 mm, active and passive components are glued using a UV cured adhesive. The feature is that the adhesive is applied to the substrate, the components are placed and the adhesive is then cured by irradiation through the substrate. The UV-radiation pref has an energy density of at least 50 mW/cm2, esp at least 100 mW/cm2. The adhesive used is pref a cationic and/or radical cured resin, pref including a cationic cured epoxy resin and/or a radial cured acrylate type resin. The adhesive pref also contains a heat conductive filler and/or a thixotropic agent. Also added may be additives to improve the wetting and/or the adhesion. USE/ADVANTAGE - The resin can be cured after placement of the components in a way which does not expose the components to harmful influences. The adhesion obtd secures the components before reflow soldering, ensuring improved process yield by the elimination of tombstoning and redn of solder-bridging. It also gives a reduced sensitivity to handling. The resin is used in the mfr of hybrid circuits made in thin or thick film processes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Bau­ elementen und integrierten Halbleiterschaltungen auf Schicht­ schaltungen mit einem Keramiksubstrat mittels eines Klebharzes.The invention relates to a method for fastening construction elements and integrated semiconductor circuits on layer circuits with a ceramic substrate using an adhesive resin.

Schichtschaltungen sind miniaturisierte Netzwerke aus Leitbah­ nen, Widerständen (R) und Kondensatoren (C) in Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik. Die Erzeugung der R/C- und Leitungsnetz­ werke von Schichtschaltungen erfolgt überwiegend auf Keramik­ substraten. Zur Herstellung von integrierten Schichtschaltungen werden die Schaltungen zusätzlich mit aktiven und passiven Ein­ zelbauelementen, wie Dioden, Transistoren und Kondensatoren, oder integrierten Halbleiterschaltungen (IC) bestückt (siehe dazu: H. Reichl "Hybridintegration", 2. Auflage, Hüthig-Verlag Heidelberg, 1988, Seiten 13 bis 27). Die elektrische Verbindung der Bauelemente mit der Schichtschaltung erfolgt vorwiegend mit Lotpasten im Wiederaufschmelz-Lötverfahren (Reflow-Löten).Layer circuits are miniaturized networks from Leitbah NEN, resistors (R) and capacitors (C) in thick-film or thin film technology. The generation of the R / C and pipeline network works of shift circuits are predominantly carried out on ceramics substrates. For the production of integrated layer circuits the circuits are also active and passive on cell components, such as diodes, transistors and capacitors, or integrated semiconductor circuits (IC) (see in addition: H. Reichl "Hybridintegration", 2nd edition, Hüthig-Verlag Heidelberg, 1988, pages 13 to 27). The electrical connection the components with the layer circuit are mainly made with Solder pastes using reflow soldering (reflow soldering).

Die Praxis bei der Bestückung von oberflächenmontierbaren Bau­ elementen mit Hilfe von Lotpasten und beim anschließenden Re­ flowlöten zur elektrischen Verbindung der Bauelemente mit der Schichtschaltung zeigt jedoch, daß verschiedene Fehler auf­ treten können, die zum elektrischen Ausfall der Schaltung füh­ ren (siehe: "Surface Mount Technology", Oktober 1986, Seiten 21 bis 23; ibd., Dezember 1986, Seiten 7 bis 12). So kann zum Bei­ spiel - aufgrund der nur geringen Naßhaftung der Bauelemente auf der Lotpaste - auf dem Transport zur Reflowlötung eine De­ zentrierung der Bauelemente eintreten. Außerdem kann während des Reflowlötens ein einseitiges Abheben von Bauelementen zur Unterbrechung der elektrischen Verbindung führen. Dieser als "Tombstoning" bekannte Effekt wird durch ungleich auf die Kon­ taktflächen der Bauelemente wirkende Oberflächenspannungen der geschmolzenen Lotpasten bewirkt (siehe: "Surface Mount Techno­ logy", August 1988, Seiten 23 bis 25). Ferner ist während der zur Lötung erforderlichen Erwärmung der Schichtschaltung ein Zusammenfließen der Lotpaste und die Ausbildung von Lotbrücken unter den Bauelementen nicht immer vermeidbar; besonders räum­ lich dicht benachbarte Anschlußflächen und ein hoher Lotpasten­ auftrag begünstigen dabei die Lotbrückenbildung.The practice in equipping surface-mountable construction elements with the help of solder pastes and during the subsequent re flow soldering for the electrical connection of the components with the Layer circuit shows, however, that various errors occur can occur, which lead to electrical failure of the circuit ren (see: "Surface Mount Technology", October 1986, pages 21 to 23; ibd., December 1986, pages 7 to 12). So for example play - due to the low wet adhesion of the components on the solder paste - a de on the transport for reflow soldering center the components. In addition, during of reflow soldering, one-sided lifting of components for Disconnect the electrical connection. This as  "Tombstoning" known effect is uneven on the Kon contact surfaces of the components melted solder pastes (see: "Surface Mount Techno logy ", August 1988, pages 23 to 25). Furthermore, during the heating of the layer circuit required for soldering The solder paste flows together and the formation of solder bridges not always avoidable among the components; especially space Lich closely adjacent pads and a high solder paste orders favor the formation of solder bridges.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art in der Weise auszugestalten, daß die Bauelemente bzw. integrierten Halbleiterschaltungen unmittelbar nach der Bestückung stabil auf der Schichtschaltung befestigt sind. Dies soll im Rahmen eines schnellen Härtungsprozesses erfolgen, der in eine Fertigungslinie integrierbar ist, so daß die Härtung des Klebharzes nicht zum geschwindigkeitsbestimmenden Schritt im Fertigungsdurchlauf wird. Außerdem soll die Härtung bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden können, so daß einerseits kein unerwünschtes Fließen des Klebharzes durch Wär­ meeinwirkung eintritt und andererseits eine schädigende thermi­ sche Belastung von temperaturempfindlichen Bauelementen und in­ tegrierten Halbleiterschaltungen vermieden wird. Ferner sollen die gehärteten Klebharzschichten als elektrisch nicht-leitende Sperrschicht zwischen den elektrisch leitenden Lötverbindungen wirken, und die gehärteten Klebharze sollen eine hohe thermi­ sche Belastbarkeit besitzen, wenn die Schichtschaltungen, bei­ spielsweise beim Lötprozeß, hohen Temperaturen ausgesetzt wer­ den. Darüber hinaus müssen die Klebharze frei von Bestandteilen sein, die zu einer Korrosion von integrierten Schichtschaltun­ gen führen können.The object of the invention is to provide a method of ge named type in such a way that the components or integrated semiconductor circuits immediately after the The components are stably attached to the layer circuit. This should take place as part of a rapid hardening process, the can be integrated into a production line, so that the hardening of the adhesive resin not to the speed-determining step in the production run. In addition, the hardening should low temperatures can be carried out so that on the one hand, no undesired flow of the adhesive resin through heat influence and, on the other hand, a damaging thermi cal load of temperature sensitive components and in integrated semiconductor circuits is avoided. Furthermore should the hardened adhesive resin layers as electrically non-conductive Barrier layer between the electrically conductive solder connections act, and the hardened adhesive resins should have a high thermi have resilience when the layer circuits, at for example during the soldering process, exposed to high temperatures the. In addition, the adhesive resins must be free of components that lead to corrosion of integrated layer circuits can lead.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf Schicht­ schaltungen mit einem Substrat aus Aluminiumoxid- oder Alumi­ niumnitridkeramik mit einer Dicke bis zu 1500 µm und/oder auf die zu verklebenden Flächen der Bauelemente bzw. der integrier­ ten Halbleiterschaltungen ein UV-härtbares Klebharz aufgebracht wird, daß die Schichtschaltungen mit den Bauelementen bzw. in­ tegrierten Halbleiterschaltungen bestückt werden und daß die Rückseite der Substrate mit UV-Licht bestrahlt wird, wobei durch den durch das Substrat hindurchtretenden Anteil des UV- Lichts die Härtung des Klebharzes bewirkt wird.This is achieved according to the invention in that on layer circuits with a substrate made of aluminum oxide or aluminum nium nitride ceramics with a thickness of up to 1500 µm and / or  the surfaces to be glued of the components or the integrier a semiconductor UV-curable adhesive resin applied is that the layer circuits with the components or in integrated semiconductor circuits and that the Back of the substrates is irradiated with UV light, whereby due to the proportion of UV Light causes the curing of the adhesive resin.

Es ist zwar an sich bekannt, daß Gegenstände mit einem durch Strahlung härtbaren Harz, das als Schicht zwischen zwei Ober­ flächen der Gegenstände eingebracht wird, miteinander verklebt werden können, wenn zumindest einer der Gegenstände für aktini­ sche Strahlung durchlässig ist, d. h. beispielsweise aus Glas besteht (siehe dazu: EP-PS 01 45 653). Es war jedoch völlig überraschend und konnte nicht vorhergesehen werden, daß der bei Schichtschaltungen mit einem Substrat aus Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridkeramik, selbst bei einer Dicke des Substrats bis zu 1500 µm, durch das Substrat hindurchtretende geringe An­ teil an UV-Strahlung in der Lage ist, eine vollständige Härtung von Klebharzschichten zu bewirken. So wurde beispielsweise festgestellt, daß bei einer 0,635 mm dicken Aluminiumoxidke­ ramik die UV-Transmission nur ca. 4% beträgt und bei einer 1,016 mm dicken Keramik nur noch ca. 0,6%.It is known per se that objects with a through Radiation-curable resin that acts as a layer between two tops surfaces of the objects is inserted, glued together can be, if at least one of the items for aktini radiation is permeable, d. H. for example made of glass exists (see: EP-PS 01 45 653). However, it was complete surprising and could not have been foreseen that the at Layer circuits with a substrate made of aluminum oxide or Aluminum nitride ceramic, even with a substrate thickness up to 1500 µm, small amount passing through the substrate part of UV radiation is capable of complete curing of adhesive resin layers. For example found that with a 0.635 mm thick alumina ceramic the UV transmission is only approx. 4% and at one 1.016 mm thick ceramic only approx. 0.6%.

Aus der DE-OS 26 02 574 sind photopolymerisierbare Zusammen­ setzungen bekannt, die unter anderem als Kleber für solche An­ wendungszwecke brauchbar sind, bei denen sie in situ bestrahlt werden können, beispielsweise bei der Bildung von Schichtkör­ pern oder Laminaten, wo eine Lage oder Schicht oder beide strahlungsdurchlässig sind, wie dies bei Glasschichten oder einigen Kunststoffschichten der Fall ist. Dies bedeutet aber, wie in der DE-OS 36 43 400 ausgeführt ist, nichts anderes, als daß die beschriebenen Zusammensetzungen nur solche Substrate vollständig zu verkleben vermögen, von denen mindestens eines die für die Initiierung und Weiterführung der Polymerisations­ reaktion erforderliche Strahlung durchläßt. Für die erforderli­ che Strahlung nicht durchlässige Substrate können mit den be­ schriebenen Zusammensetzungen somit nicht verklebt werden.From DE-OS 26 02 574 are photopolymerizable together Settlements known, among other things, as an adhesive for such An are useful where they are irradiated in situ can be, for example, in the formation of laminates pern or laminates where one layer or layer or both are transparent to radiation, as is the case with glass layers or some plastic layers. But this means as stated in DE-OS 36 43 400, nothing else than that the compositions described only such substrates are able to completely stick together, of which at least one those for the initiation and continuation of the polymerization  reaction passes radiation required. For the necessary che radiation-impermeable substrates can be with the be compositions thus written are not glued.

Dementsprechend wird in der DE-OS 36 43 400 - und auch in der DE-OS 36 43 399 - zum Verkleben von nicht-transparenten Sub­ straten bzw. Flächen ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem spe­ zielle Klebemischungen auf wenigstens eine der zu verklebenden (Substrat-)Flächen aufgebracht werden und durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (für eine begrenzte Zeit) die Polymerisation der Klebemischung eingeleitet wird. Die zu ver­ klebenden und mit Klebemischung beschichteten Flächen fügt man dann zusammen und läßt die verklebende Polymermischung aushär­ ten, d. h. man läßt den initiierten Härtungsvorgang weiterlau­ fen, bis eine feste Bindung entstanden ist. Ein entsprechendes Verfahren ist auch bereits aus der US-PS 42 19 377 zum Verkle­ ben von opaken und wärmeempfindlichen Substraten bekannt.Accordingly, in DE-OS 36 43 400 - and also in the DE-OS 36 43 399 - for gluing non-transparent sub straten or areas proposed a procedure in which spe Target adhesive mixtures on at least one of the to be glued (Substrate) surfaces are applied and by irradiation with electromagnetic radiation (for a limited time) the Polymerization of the adhesive mixture is initiated. The ver adhesive and coated surfaces are added then together and let the adhesive polymer mixture harden ten, d. H. the initiated hardening process is allowed to continue until a firm bond is created. A corresponding one The method is also known from US Pat. No. 4,219,377 for bonding ben of opaque and heat-sensitive substrates known.

Eine weitere Möglichkeit zum Verkleben von zwei wahlweise aus Metall, Glas, Keramik oder Holz bestehenden Oberflächen ist aus der DE-PS 28 03 881 bekannt. Hierbei wird eine Schicht einer flüssigen Masse - in Abwesenheit einer Substanz, die zu einem erheblichen Grad lichtinduzierter Polymerisation führt, - mit aktinischer Strahlung belichtet, bis sich die Masse durch Pho­ topolymerisation einer darin enthaltenen photopolymerisierbaren Verbindung zu einer weitgehend festen, durchlaufenden Folie verfestigt. Diese Folie wird dann zwischen die beiden Oberflä­ chen und in Berührung damit eingelegt und dann wird erhitzt, um ein in der Masse enthaltenes, im wesentlichen im heißhärtenden Zustand verbliebenes Epoxidharz zu härten.Another way to glue two optionally Metal, glass, ceramic or wood existing surfaces is made of DE-PS 28 03 881 known. Here, one layer becomes a liquid mass - in the absence of a substance leading to a considerable degree of light-induced polymerization, - with exposed to actinic radiation until the mass top polymerization of a photopolymerizable contained therein Connection to a largely solid, continuous film solidified. This film is then between the two surfaces and put in contact with it and then it is heated to a contained in the mass, essentially in the thermosetting To harden the remaining epoxy resin.

Bekannt ist auch die Befestigung von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit UV-härtbaren Klebharzen. So wird beispielswei­ se beschrieben, oberflächenmontierbare Bauelemente auf einen oder zwei Klebharztropfen zu plazieren und diese durch UV-Be­ strahlung zu härten (siehe dazu: "Fachtagung Polymerwerkstoffe für die Elektronik", Würzburg 1987, Tagungsbericht, Seiten 283 bis 297; "Radcure Europe", München 1987, Tagungsbericht, Seiten 7-5 bis 7-14; "Surface Mount Technology", Oktober 1986, Seiten 11 bis 14). Dabei werden jedoch nur die der UV-Bestrahlung auf der Oberfläche des Substrats zugänglichen Klebharzzonen an den Rändern der Bauelemente gehärtet. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens besteht somit darin, daß die lichtabgeschatteten Klebharzzonen unter den Bauelementen bei der UV-Bestrahlung nicht erfaßt und nicht gehärtet werden. Die Befestigung der Bauelemente ist deshalb auf die Verklebung an den Randzonen beschränkt. Die daraus resultierende geringe Haftfestigkeit der Bauelemente kann zwar durch thermische Härtung der vom UV-Licht nicht erfaßten Klebharzzonen verbessert werden, wenn Hybrid­ harze verwendet werden, die sowohl der UV-Härtung als auch der thermischen Härtung zugänglich sind. Ein solcher zusätzlicher thermischer Härtungsprozeß ist jedoch zeitaufwendig und wenig fertigungsfreundlich, da sich ein derartiger Härtungsprozess in einen rationellen Fertigungsdurchlauf nur schwer integrieren läßt.The attachment of surface-mountable is also known Components with UV-curable adhesive resins. For example described, surface mount components on a to place two drops of glue and these by UV-Be  curing radiation (see: "Conference on polymer materials für Elektronik ", Würzburg 1987, conference report, pages 283 to 297; "Radcure Europe", Munich 1987, conference report, pages 7-5 to 7-14; "Surface Mount Technology", October 1986, pages 11 to 14). However, only those of UV radiation are used on the surface of the substrate accessible adhesive resin zones at the Hardened edges of the components. A big disadvantage of this The method thus consists in that the shaded from light Adhesive resin zones under the components during UV radiation not recorded and not hardened. The attachment of the Components is therefore on the gluing at the edge zones limited. The resulting low adhesive strength of the Components can be thermally hardened by UV light non-detected adhesive resin zones can be improved when hybrid Resins are used that are both UV curing and thermal curing are accessible. Such an additional one however, thermal curing process is time consuming and little production-friendly, since such a hardening process is in it is difficult to integrate a rational production run leaves.

Dies gilt im Prinzip auch bei einem lichttechnischen Klebever­ fahren für die sogenannte SMT ("Surface Mount Technology") bei der Leiterplattenfertigung (siehe: "Adhäsion", Jahrg. 1989, Heft 4, Seiten 20 bis 25). Hierbei wird der auf die Leiterplat­ te aufgetragene Klebstoff zunächst aktiviert, und zwar durch Bestrahlung mit Strahlung einer Wellenlänge über 400 nm. Nach der Bestrahlung wird die Leiterplatte mit den Bauteilen be­ stückt, und dann wird der Klebstoff ausgehärtet. Die Aushärtung erfolgt dabei mittels IR-Strahlung, d. h. thermisch.In principle, this also applies to a lighting adhesive drive for the so-called SMT ("Surface Mount Technology") PCB manufacturing (see: "Adhäsion", 1989, Book 4, pages 20 to 25). This is the on the circuit board first applied adhesive activated by Irradiation with radiation of a wavelength over 400 nm the radiation is the circuit board with the components pieces, and then the adhesive is cured. The curing takes place by means of IR radiation, d. H. thermal.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine vollständige Härtung der Klebharze und damit eine gut haftende Befestigung der Bau­ elemente bzw. integrierten Halbleiterschaltungen auf den Schichtschaltungen allein durch UV-Bestrahlung erreicht. Dieses Verfahren eignet sich in hervorragender Weise in Kombination mit dem Reflow-Lötverfahren zur elektrischen Kontaktierung der Bauelemente.In the method according to the invention, a complete hardening the adhesive resins and thus a well-adhering fastening of the construction elements or integrated semiconductor circuits on the Layer circuits achieved solely by UV radiation. This  The process is ideally suited in combination with the reflow soldering process for electrical contacting of the Components.

Das erfindungsdgemäße Verfahren zur Befestigung von Bauelemen­ ten und integrierten Halbleiterschaltungen auf Schichtschaltun­ gen mittels UV-härtbarer Klebharze eignet sich aber auch dann gut, wenn zur elektrischen Verbindung der Bauelemente mit der Schichtschaltung - anstelle der Reflow-Löttechnik - kalt- oder warmhärtbare elektrisch leitfähige Klebharze verwendet werden (siehe dazu beispielsweise: "Markt & Technik", Sonderheft SMD- Technik (1985), Seiten 50 und 51). Dieses Verfahren der Verkle­ bung mit UV-härtbaren Harzen eignet sich ferner sehr gut zur Befestigung von Bauelementen, deren elektrische Verbindung mit der Schichtschaltung durch Drahtbonden erfolgt. Das erfindungs­ gemäße Verfahren kann auch zur Befestigung von ungehäusten in­ tegrierten Halbleiterschaltungen auf Schichtschaltungen (chip and wire-Technik) eingesetzt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß auch gegen UV-Strahlung empfindliche integrierte Halbleiterschaltungen ohne besondere Schutzmaßnahmen gegen die Einwirkung von UV-Strahlen auf der Schichtschaltung befestigt werden können, da bei der Verklebung eine Strahlenbelastung des Halbleiters vermieden wird.The method according to the invention for fastening structural elements and integrated semiconductor circuits on layer circuits However, UV-curable adhesive resins are also suitable good if for the electrical connection of the components with the Layer circuit - instead of reflow soldering technology - cold or thermosetting electrically conductive adhesive resins can be used (see for example: "Markt & Technik", special issue SMD- Technik (1985), pages 50 and 51). This procedure of Verkle Exercise with UV-curable resins is also very suitable for Fastening components, their electrical connection with the layer switching is done by wire bonding. The invention Appropriate method can also be used to attach unencapsulated in integrated semiconductor circuits on layer circuits (chip and wire technology) can be used. Is of particular advantage thereby integrated sensitive to UV radiation Semiconductor circuits without special protective measures against the Exposure to UV rays attached to the layer circuit can be, since a radiation exposure of the Semiconductor is avoided.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Schichtschal­ tungen weisen Keramiksubstrate mit einer Dicke bis zu 1500 µm auf. Vorteilhaft beträgt die Dicke der Keramiksubstrate weniger als 1100 µm, und vorzugsweise liegt sie unterhalb von 700 µm.The layered scarf used in the method according to the invention Ceramic substrates with a thickness of up to 1500 µm on. The thickness of the ceramic substrates is advantageously less than 1100 µm, and preferably it is below 700 µm.

Als Bestrahlungsquellen können beim erfindungsgemäßen Verfahren prinzipiell alle üblichen UV-Quellen eingesetzt werden, wie Xenonstrahler, Wolframstrahler, Quecksilberniederdruck-, -mit­ teldruck- und -hochdruckstrahler, Metallhalogenidstrahler und Laser verschiedenster Art. Die UV-Emission der Strahler kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen. Irradiation sources in the method according to the invention in principle all common UV sources are used, such as Xenon emitters, tungsten emitters, low pressure mercury, with high pressure and high pressure lamps, metal halide lamps and All kinds of lasers. The UV emission of the emitters can continuously or pulsed.  

Beim erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die auf das Keramik­ substrat auftreffende UV-Leistungsdichte vorteilhaft mindestens 50 mW/cm2, vorzugsweise jedoch mindestens 100 mW/cm2. Derartige Leistungsdichten können mit Strahlern der genannten Art bei kontinuierlicher Emission problemlos erreicht werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Strahler in Verbindung mit fokus­ sierenden optischen Komponenten, wie Reflektoren und Linsen, zu betreiben sowie die Strahlung mit Hilfe von lichtleitenden Me­ dien an den Ort der Bestrahlung zu führen.In the method according to the invention, the UV power density impinging on the ceramic substrate is advantageously at least 50 mW / cm 2 , but preferably at least 100 mW / cm 2 . Such power densities can be easily achieved with emitters of the type mentioned with continuous emission. It may be expedient to operate the emitters in conjunction with focusing optical components such as reflectors and lenses, and to guide the radiation to the site of the irradiation with the aid of light-conducting media.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird das Klebharz vorteilhaft radikalisch und/oder kationisch gehärtet. Aufgrund der gerin­ gen, durch das Keramiksubstrat hindurchgehenden UV-Intensität muß das Klebharz dabei hochreaktiv eingestellt sein.The adhesive resin is advantageous in the method according to the invention Radically and / or cationically hardened. Because of the gerin gene, UV intensity passing through the ceramic substrate the adhesive resin must be set to be highly reactive.

Geeignete UV-härtbare Klebharze sind insbesondere kationisch härtbare Epoxidharzmischungen auf Basis von Diglycidylethern, wie Bisphenol A-Epoxidharze, Bisphenol F-Epoxidharze, Phenol­ novolak-Epoxidharze, Kresolnovolak-Epoxidharze und ringepoxi­ dierte cycloaliphatische Epoxidharze, in Verbindung mit Photo­ initiatoren auf Basis von Triarylsulfoniumsalzen, die Hexa­ fluorphosphat und/oder Hexafluorantimonat als Anion enthalten. Zur Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit und zur Verbesserung der mechanischen Formstoffeigenschaften können diese Epoxid­ harzmischungen zusammen mit Vinylethern, wie Tripropylenglykol­ divinylether, und/oder Hydroxyl- bzw. Polyhydroxylverbindungen, wie Polyoxyalkylenpolyolen, Polyalkylenpolyolen und cycloali­ phatischen Hydroxylverbindungen, sowie mit Mischungen dieser Verbindungen eingesetzt werden.Suitable UV-curable adhesive resins are especially cationic curable epoxy resin mixtures based on diglycidyl ethers, such as bisphenol A epoxy resins, bisphenol F epoxy resins, phenol novolak epoxy resins, cresol novolak epoxy resins and ringepoxi dated cycloaliphatic epoxy resins, in connection with photo initiators based on triarylsulfonium salts, the hexa contain fluorophosphate and / or hexafluoroantimonate as an anion. To increase the rate of hardening and to improve The mechanical properties of the molding material can cause this epoxy resin mixtures together with vinyl ethers such as tripropylene glycol divinyl ether, and / or hydroxyl or polyhydroxyl compounds, such as polyoxyalkylene polyols, polyalkylene polyols and cycloali phatic hydroxyl compounds, as well as with mixtures of these Connections are used.

Zur radikalischen UV-Härtung eignen sich Harzmischungen auf Basis von niedermolekularen oder höhermolekularen Verbindungen mit einer oder mehreren Doppelbindungen, wie sie beispielsweise bei (meth)acrylatfunktionellen Harzen vorliegen. Geeignete Har­ ze sind hierbei (meth)acrylierte Epoxidharze, (meth)acrylierte Polyether, (meth)acrylierte Polyurethane, (meth)acrylierte Polyester und (meth)acrylierte Polysiloxane sowie die (Meth)­ acrylsäureester mehrfach funktioneller Alkohole, wie Bisphenol A und Trishydroxyethylisocyanurat. Die photoreaktive Einstel­ lung dieser Harze erfolgt durch Zusatz von Photoinitiatoren. Geeignete Photoinitiatoren sind intramolekular Radikale bilden­ de Initiatoren, wie Benzoinderivate, Benzil- und Acetophenon­ derivate sowie Benzoylphosphinoxide, und durch intermolekulare H-Abstraktion Radikale bildende Initiatoren, wie Benzophenone und Thioxanthone in Verbindung mit Coinitiatoren und/oder Sen­ sibilisatoren. Derartige Photoinitiatoren sowie ihre Kombina­ tion mit geeigneten Sensibilisatoren sind dem Fachmann hinläng­ lich bekannt. Zur Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit und zur Erniedrigung der Viskosität der UV-härtbaren Klebharze können noch mono- und polyfunktionelle reaktive Verdünner eingesetzt werden; geeignete reaktive Verdünner sind dem Fachmann eben­ falls bekannt.Resin mixtures are suitable for radical UV curing Basis of low molecular or high molecular compounds with one or more double bonds, such as, for example with (meth) acrylate functional resins. Suitable Har ze are here (meth) acrylated epoxy resins, (meth) acrylated  Polyethers, (meth) acrylated polyurethanes, (meth) acrylated Polyester and (meth) acrylated polysiloxanes as well as the (meth) acrylic esters of polyfunctional alcohols, such as bisphenol A and trishydroxyethyl isocyanurate. The photoreactive setting These resins are treated by adding photoinitiators. Suitable photoinitiators are intramolecular radicals de initiators such as benzoin derivatives, benzil and acetophenone derivatives and benzoylphosphine oxides, and by intermolecular H abstraction Initiators that form free radicals, such as benzophenones and thioxanthones in conjunction with coinitiators and / or sen sensitizers. Such photoinitiators and their combina tion with suitable sensitizers are sufficient for the person skilled in the art known. To increase the curing speed and Lowering the viscosity of the UV-curable adhesive resins can still use mono- and polyfunctional reactive thinners will; suitable reactive thinners are known to those skilled in the art if known.

Besonders wichtig ist beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß die UV-härtbaren Klebharze keine Bestandteile enthalten, die Korro­ sion auslösen oder einen Korrosionsprozeß unterstützen. Deshalb muß beispielsweise der Gehalt an Chlorid im UV-härtbaren Kleb­ harz unterhalb von 10 µg/g (ppm) liegen. Da die Schichtschal­ tungen auch mit nicht-gehäusten integrierten Halbleiterschal­ tungen bestückt werden können, darf außerdem der Gehalt an ionogenen Verunreinigungen im Klebharz die Grenzwerte von je­ weils 5 µg/g für Na⁺, K⁺ und NH4⁺ nicht überschreiten.It is particularly important in the process according to the invention that the UV-curable adhesive resins contain no constituents which trigger corrosion or support a corrosion process. Therefore, for example, the chloride content in the UV-curable adhesive resin must be below 10 µg / g (ppm). Since the layer circuits can also be equipped with non-packaged integrated semiconductor circuits, the content of ionic impurities in the adhesive resin must not exceed the limit values of 5 µg / g for Na⁺, K⁺ and NH 4 ⁺.

Die steigende Bestückungsdichte von Schichtschaltungen mit Bau­ elementen und die damit verbundene zunehmende Wärmeentwicklung erfordert oft die Verwendung wärmeleitender Klebharze. Beim er­ findungsgemäßen Verfahren wird deshalb die Wärmeleitfähigkeit der UV-härtbaren Klebharze vorteilhaft durch den Einsatz von Füllstoffen erhöht. Geeignete Füllstoffe sind - aufgrund ihrer Wärmeleitzahl - Aluminiumoxid, Quarzmehl und Bornitrid. Der Zu­ satz von Füllstoffen kann auch zur Reduzierung der Wärmeausdeh­ nung der gehärteten Klebharze zweckmäßig sein.The increasing population density of layered circuits with construction elements and the associated increasing heat development often requires the use of thermally conductive adhesive resins. At the he The inventive method is therefore the thermal conductivity of UV-curable adhesive resins is advantageous due to the use of Fillers increased. Suitable fillers are - due to their Thermal conductivity coefficient - aluminum oxide, quartz powder and boron nitride. The To  Set of fillers can also reduce thermal expansion tion of the hardened adhesive resins may be appropriate.

Ferner können die UV-härtbaren Klebharze vorteilhaft Additive enthalten, die die Haftung bzw. die Benetzung fördern. Geeig­ nete Additive sind beispielsweise Fluorkohlenwasserstofftensi­ de, Silicon-Alkylenoxid-Copolymere und Acrylpolymere. Der Haf­ tung kann beispielsweise der Zusatz von epoxy-(meth)acryloxy- bzw. mercaptofunktionellen Trialkoxysilanen zuträglich sein.Furthermore, the UV-curable adhesive resins can advantageously be additives contain that promote liability or wetting. Appropriate Nete additives are, for example, fluorocarbon tensi de, silicone-alkylene oxide copolymers and acrylic polymers. The port For example, the addition of epoxy (meth) acryloxy or mercapto-functional trialkoxysilanes.

Für die Verarbeitung der UV-härtbaren Klebharze im Siebdruck- oder Dispenserverfahren müssen die Harze ein bestimmtes, meist thixotropes, rheologisches Verhalten besitzen. Die vom Anwen­ dungsfall bestimmten rheologischen Eigenschaften können durch Thixotropiermittel, wie feindisperse anorganische Füllstoffe, beispielsweise pyrogene Kieselsäuren, Polyacrylate und Polyoxy- alkylenether, erreicht werden.For processing UV-curable adhesive resins in screen printing or dispenser processes, the resins have a particular, mostly have thixotropic, rheological behavior. The one from the user rheological properties can be determined by Thixotropic agents, such as finely dispersed inorganic fillers, for example pyrogenic silicas, polyacrylates and polyoxy alkylene ether.

Fertigungsgerechte Auftragstechniken für die UV-härtbaren Kleb­ harze sind der Siebdruck, das Dispenserverfahren und die Stem­ peltechnik. Die Siebdrucktechnik ist insbesondere für den Kleb­ harzauftrag in der Massenfertigung geeignet, weil dabei alle Klebestellen eines Substrats gleichzeitig beschichtet werden. Je nach Partikelgröße des Klebharzes und der geforderten Auf­ tragsstärke können dazu beispielsweise Nylon- oder Stahlsiebe mit 180 bis 325 mesh eingesetzt werden.Production-oriented application techniques for the UV-curable adhesive resins are screen printing, the dispensing process and the stem pel technology. The screen printing technique is especially for the glue Resin application suitable for mass production, because everyone Adhesive spots of a substrate can be coated at the same time. Depending on the particle size of the adhesive resin and the required opening The strength of the load can be, for example, nylon or steel sieves with 180 to 325 mesh can be used.

Beim Dispenserverfahren, d. h. mit Hilfe von Spritzen, deren Auslaßöffnung eine Dosiernadel bildet, kann das Klebharz von Hand oder automatisch dosiert werden. Die Klebharzmenge kann beispielsweise über die Regelung von Druck und Zeit gesteuert werden. Der Auftrag des Klebharzes in Stempeltechnik erfolgt durch Eintauchen eines Metallstempels, dessen Fläche ca. 20% kleiner als die spätere Klebefläche ist, in eine dünne Kleb­ harzschicht. Das beim Herausziehen am Stempel haftende Klebharz wird dann durch Aufdrücken des Stempels auf das Substrat trans­ feriert.In the dispenser process, i.e. H. with the help of syringes, the Outlet opening forms a dispensing needle, the adhesive resin from Can be dosed manually or automatically. The amount of adhesive resin can controlled, for example, by regulating pressure and time will. The adhesive resin is applied using stamp technology by immersing a metal stamp, the area of which is approx. 20% is smaller than the subsequent adhesive surface, in a thin adhesive resin layer. The adhesive resin sticking to the stamp when pulled out  is then trans by pressing the stamp on the substrate celebrated.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll das erfindungsgemäße Ver­ fahren noch näher erläutert werden. Die Zusammensetzung der in den Beispielen eingesetzten Klebharze und die Klebharzkomponen­ ten sind in Tabelle 1 bzw. 2 aufgeführt.Based on exemplary embodiments, the Ver drive will be explained in more detail. The composition of the in the examples used adhesive resins and the adhesive resin components ten are listed in Table 1 and Table 2.

Tabelle 1 Table 1

Zusammensetzung der Klebeharze (in Masseteilen) Composition of the adhesive resins (in parts by mass)

Tabelle 2 Table 2

Klebharzkomponenten Adhesive resin components

Beispiele 1 und 2Examples 1 and 2

Die Komponenten der Klebharze A und B werden jeweils bei Raum­ temperatur in einen Mischbehälter eingerührt, anschließend wer­ den die Klebharzmischungen A und B unter Rühren und verminder­ tem Druck (0,5 h; 60°C; <1 mbar) homogenisiert und entgast. Danach werden die Klebharze nach dem "spin coating"-Verfahren in einer Schichtdicke von 100 µm auf die Oberseite von 0,635 mm dicken Al2O3-Keramiksubstraten (Rubalit® 708; Hoechst Ceramtec) aufgebracht; die Keramiksubstrate wurden vor der Verwendung mit Aceton gereinigt. Zur Härtung der Klebharze wird die Unterseite der Keramiksubstrate jeweils 5 s mit UV-Licht bestrahlt; die UV-A-Leistungsdichte beträgt dabei ca. 190 mW/cm2. Dazu dient ein Bluepoint-Strahler UV-P 200 (Panacol-Elosol) mit 200 W-Hg- Hochdruckstrahler, Quarzkondensator und UV-durchlässigem Flüs­ siglichtleiter; Streulicht wird durch Aufsetzen eines lichtun­ durchlässigen Kunststoffgehäuses auf die mit Klebharz versehene Keramikoberseite ausgeschlossen. Die in Tabelle 3 angeführten Ergebnisse zeigen, daß eine Bestrahlungszeit von 5 s für die vollständige Härtung der Klebharze ausreichend ist.The components of the adhesive resins A and B are each stirred into a mixing container at room temperature, then the adhesive resin mixtures A and B are homogenized and degassed with stirring and reduced pressure (0.5 h; 60 ° C; <1 mbar). The adhesive resins are then applied in a layer thickness of 100 μm to the top of 0.635 mm thick Al 2 O 3 ceramic substrates (Rubalit® 708; Hoechst Ceramtec) using the “spin coating” method; the ceramic substrates were cleaned with acetone before use. To harden the adhesive resins, the underside of the ceramic substrates is irradiated with UV light for 5 s each; the UV-A power density is approx. 190 mW / cm 2 . This is done using a Bluepoint lamp UV-P 200 (Panacol-Elosol) with 200 W Hg high-pressure lamp, quartz capacitor and UV-transparent liquid light guide; Stray light is excluded by placing a translucent plastic housing on the ceramic top with adhesive resin. The results shown in Table 3 show that an irradiation time of 5 s is sufficient for the adhesive resins to harden completely.

Beispiele 3 und 4Examples 3 and 4

Verwendet werden die Klebharze C und D; Klebharzaufbereitung, Harzapplikation und UV-Bestrahlung erfolgen entsprechend den Beispielen 1 und 2. Die Beurteilung der gehärteten Schichten wird nach einer Lagerung von 24 h bei Raumtemperatur und 50% relativer Feuchte durchgeführt. Die Ergebnisse sind Tabelle 3 zu entnehmen. Bei Klebharz C (Beispiel 3) ist die 100 µm- Schicht nach 5 s gehärtet, bei Klebharz D (Beispiel 4) sind da­ zu 30 s erforderlich. Adhesive resins C and D are used; Adhesive resin preparation, Resin application and UV radiation are carried out according to the Examples 1 and 2. Evaluation of the hardened layers after storage for 24 h at room temperature and 50% relative humidity. The results are Table 3 refer to. For adhesive resin C (example 3), the 100 µm Layer hardened after 5 s, with adhesive resin D (example 4) there required to 30 s.  

Tabelle 3 Table 3

Beispiel 5Example 5

Verwendet wird das Klebharz E; die Klebharzaufbereitung erfolgt entsprechend den Beispielen 1 und 2. Auf mit Aceton gereinigte Al2O3-Keramiksubstrate (Rubalit® 708; Hoechst Ceramtec) wird jeweils ein Tropfen Klebharz im Dispenserverfahren aufgebracht (dosierte Menge: ca. 0,75 mg); die Steuerung der Klebharzmenge erfolgt dabei über die Regelung von Druck und Zeit. Ein mit Aceton gereinigter Keramik-Vielschichtkondensator (Baugröße: 4,5 mm×3 mm; Kapazität: 560 nF) wird dann jeweils mittig auf den Klebharzpunkt gesetzt, und die Rückseite der Keramiksub­ strate wird, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, 30 s mit UV-Licht bestrahlt. Die Haftfestigkeit der Kondensatoren auf den Keramiksubstraten wird nach einer Lagerung von 24 h bei Raumtemperatur und 50% relativer Feuchte folgendermaßen ge­ prüft: Ein Schermeißel wird, im rechten Winkel zum Keramiksub­ strat, an einer Seite des Kondensators angesetzt, dann wird die Scherkraft soweit erhöht, bis die Klebeverbindung zerstört wird. Die Maximalwerte der Scherkraft sind in Tabelle 4 zusam­ mengestellt; sie betragen im Mittel 249 N. The adhesive resin E is used; the adhesive resin is prepared in accordance with Examples 1 and 2. A drop of adhesive resin is applied in each case to the acetone-cleaned Al 2 O 3 ceramic substrates (Rubalit® 708; Hoechst Ceramtec) (metered amount: approx. 0.75 mg); the amount of adhesive resin is controlled by regulating pressure and time. A ceramic multilayer capacitor cleaned with acetone (size: 4.5 mm × 3 mm; capacitance: 560 nF) is then placed in the center of the adhesive resin point, and the back of the ceramic substrate is, as described in Examples 1 and 2, 30 s irradiated with UV light. The adhesive strength of the capacitors on the ceramic substrates is checked as follows after storage for 24 hours at room temperature and 50% relative humidity: A chisel is placed on one side of the capacitor at a right angle to the ceramic substrate, then the shear force is increased to the extent until the adhesive connection is destroyed. The maximum values of the shear force are compiled in Table 4; they are on average 249 N.

Tabelle 4 Table 4

Beispiele 6 und 7 (Vergleichsbeispiele)Examples 6 and 7 (Comparative Examples)

Verwendet wird das Klebharz E; die Klebharzaufbereitung erfolgt entsprechend den Beispielen 1 und 2. Auf mit Aceton gereinigte Al2O3-Keramiksubstrate werden, wie in der Technik üblich, ein (Beispiel 6) bzw. zwei Tropfen (Beispiel 7) Klebharz im Dispen­ serverfahren aufgebracht, dann wird jeweils ein gereinigter Ke­ ramik-Vielschichtkondensator (siehe Beispiel 5) aufgesetzt. Die der UV-Bestrahlung zugänglichen Klebharzzonen an den Rändern der Kondensatoren werden mit dem in den Beispielen 1 und 2 be­ schriebenen Bluepoint-Strahler bestrahlt; dazu befindet sich der Flüssiglichtleiter 10 mm über der Keramikoberseite. Die Bestrahlungszeit beträgt jeweils 30 s bei einer UV-A-Leistungs­ dichte von ca. 120 mW/cm2. Die Haftfestigkeit der Kondensatoren auf den Keramiksubstraten wird nach einer Lagerung von 24 h bei Raumtemperatur und 50% relativer Feuchte entsprechend Bei­ spiel 5 geprüft. Die Maximalwerte der Scherkraft sind in Tabel­ le 4 zusammengestellt; sie betragen im Mittel 22 N bei Bei­ spiel 6 und 41 N bei Beispiel 7. Demgegenüber wird nach Härtung des Klebharzes durch Bestrahlung der Rückseite des Keramiksub­ strats (Beispiel 5) eine Scherkraft von 249 N ermittelt. Hier­ aus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Befe­ stigung von Bauelementen auf Keramiksubstraten zu einer deut­ lichen Erhöhung der Haftfestigkeit gegenüber dem in der Technik üblichen Verfahren führt.The adhesive resin E is used; the adhesive resin is prepared in accordance with Examples 1 and 2. As usual in the art, one (Example 6) or two drops (Example 7) of adhesive resin are applied to the Al 2 O 3 ceramic substrates cleaned with acetone in a dispensing process, then in each case a cleaned ceramic multilayer capacitor (see example 5) is placed. The adhesive resin zones accessible to the UV radiation at the edges of the capacitors are irradiated with the Bluepoint radiator described in Examples 1 and 2; the liquid light guide is 10 mm above the ceramic top. The irradiation time is 30 s each with a UV-A power density of approx. 120 mW / cm 2 . The adhesive strength of the capacitors on the ceramic substrates is checked after storage for 24 h at room temperature and 50% relative humidity in accordance with example 5. The maximum values of the shear force are compiled in Table 4; they are on average 22 N for example 6 and 41 N for example 7. On the other hand, after curing the adhesive resin by irradiating the back of the ceramic substrate (example 5), a shear force of 249 N is determined. It follows from this that the method according to the invention for fastening components on ceramic substrates leads to a significant increase in the adhesive strength compared to the method customary in the art.

Beispiel 8Example 8

Verwendet wird das Klebharz C; die Klebharzaufbereitung erfolgt entsprechend den Beispielen 1 und 2. Als Substrat dient eine einseitig mit einer 15 µm dicken Schicht Glaspassivierung DP 5137 (DuPont) versehene Al2O3-Keramik entsprechend den Bei­ spielen 1 und 2. Ein Tropfen Klebharz wird im Dispenserverfah­ ren auf die mit Aceton gereinigte Glaspassivierung aufgebracht. Bauelementbestückung, UV-Bestrahlung, Lagerung und Prüfung der Haftfestigkeit erfolgen entsprechend Beispiel 5. Die Maximal­ werte der Scherkraft sind in Tabelle 4 zusammengestellt; sie betragen im Mittel 176 N.The adhesive resin C is used; the adhesive resin preparation is carried out in accordance with Examples 1 and 2. The substrate used is an Al 2 O 3 ceramic provided on one side with a 15 μm thick layer of glass passivation DP 5137 (DuPont) in accordance with Examples 1 and 2. A drop of adhesive resin is applied in the dispenser server process glass passivation cleaned with acetone. Component placement, UV radiation, storage and testing of the adhesive strength are carried out in accordance with Example 5. The maximum values of the shear force are summarized in Table 4; they average 176 N.

Claims (9)

1. Verfahren zur Befestigung von Bauelementen und integrierten Halbleiterschaltungen auf Schichtschaltungen mit einem Keramik­ substrat mittels eines Klebharzes, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf Schichtschaltungen mit einem Substrat aus Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridkeramik mit einer Dicke bis zu 1500 µm und/oder auf die zu verklebenden Flächen der Bauelemente bzw. der integrierten Halbleiterschal­ tungen ein UV-härtbares Klebharz aufgebracht wird, daß die Schichtschaltungen mit den Bauelementen bzw. integrierten Halb­ leiterschaltungen bestückt werden und daß die Rückseite der Substrate mit UV-Licht bestrahlt wird, wobei durch den durch das Substrat hindurchtretenden Anteil des UV-Lichts die Härtung des Klebharzes bewirkt wird.1. A method for fastening components and integrated semiconductor circuits on layer circuits with a ceramic substrate by means of an adhesive resin, characterized in that on layer circuits with a substrate made of aluminum oxide or aluminum nitride ceramic with a thickness of up to 1500 microns and / or on the surfaces to be bonded the components or the integrated semiconductor circuits a UV-curable adhesive resin is applied, that the layer circuits are equipped with the components or integrated semiconductor circuits, and that the back of the substrates is irradiated with UV light, with the part passing through the substrate of the UV light the curing of the adhesive resin is effected. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Substrat mit einer Dicke < 1100 µm, vorzugsweise mit einer Dicke <700 µm, eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized shows that a substrate with a thickness <1100 µm, preferably with a thickness <700 microns, is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß UV-Licht mit einer UV-Lei­ stungsdichte 50 mW/cm2, vorzugsweise mit einer UV-Leistungs­ dichte 100 mW/cm2, verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that UV light with a UV Lei performance density 50 mW / cm 2 , preferably with a UV power density 100 mW / cm 2 , is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebharz radikalisch und/oder kationisch gehärtet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the adhesive resin is radical and / or is cationically cured. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein kationisch härtbares Epoxidharz verwendet wird.5. The method according to claim 4, characterized records that a cationically curable epoxy resin is used. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein radikalisch härtbares (meth)acry­ latfunktionelles Harz verwendet wird.6. The method according to claim 4, characterized records that a radically curable (meth) acry  lat-functional resin is used. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kleb­ harz ein wärmeleitender Füllstoff zugesetzt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the adhesive resin a thermally conductive filler is added. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kleb­ harz ein Thixotropiermittel zugesetzt wird.8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the adhesive resin a thixotropic agent is added. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kleb­ harz ein die Benetzung und/oder ein die Haftung verbesserndes Additiv zugesetzt wird.9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the adhesive resin a wetting and / or an adhesion improving Additive is added.
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