一種晶片級底部填充膠及其製備方法

2023-06-29 07:49:01

專利名稱：一種晶片級底部填充膠及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種晶片級底部填充膠及其製備方法，適用於晶片一級封裝用底部填充，屬於膠黏劑領域。
背景技術：
隨著電子產業的迅猛發展，與之密切相關的電子封裝技術也越來越先進。智能化、 重量輕、體積小、速度快、功能強、可靠性好等成為電子產品的主要發展趨勢。為適應這一趨勢的發展產生了晶片倒裝技術。倒裝晶片的主要優勢包括可縮減和節省空間，此外還有互連通路更短且電感更低、高I/O密度、返工和自對準能力。對散熱管理來說，倒裝晶片的性能也很突出。而底部填充膠是高密度倒裝晶片BGA，CSP，及SIP微電子封裝中所需的關鍵電子材料之一，它的主要作用是保護高密度焊球節點及晶片，並保證了 BGA，CSP和SIP器件的加工性，可靠性和長期使用性。目前大部分底部填充膠都存在固化收縮率高，可靠性低等缺點，只適用於二級封裝，同時鈾含量較高，一般在1 lOPPb，不能滿足低放射性(即鈾含量小於IPPb)的要求， 不適用於記憶性晶片的一級高密度封裝。

發明內容
本發明針對上述不足，提供了一種晶片級底部填充膠及其製備方法，該底部填充膠具有固化收縮率低、可靠性高等特點，同時滿足低放射性(即鈾含量小於IPI^b)的要求， 適用於記憶性晶片的一級高密度封裝。本發明的另一目的是提供一種上述晶片級底部填充膠的製備方法。本發明的底部填充膠按重量百分比由以下組分組成環氧樹脂15 50%、增韌劑 1 20%、分散劑0. 1 1%、消泡劑0.01 1%、偶聯劑0.8 10%、顏料0. 1 0.5%、 填料40 70%、固化劑3 30%、稀釋劑1 20%。本發明的有益效果是該晶片級底部填充膠，固化收縮率低，有效的保證了封裝元器件的可靠性；流動速度快，粒子直徑小，適應高密度、小間隙封裝的要求；放射性低，不影響晶片記憶性。進一步，所述環氧樹脂為脂環族環氧樹脂、多環芳香族環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂和酚醛型環氧樹脂中的一種或任意幾種的混合。採用上述進一步方案的有益效果是，選擇不同類型的環氧樹脂配合，可以使得固化速度、膨脹係數、粘結強度等達到一個平衡點，從而得到優異的綜合性能。進一步，所述增韌劑為橡膠改性樹脂、有機矽改性樹脂中的一種或兩種的混合。採用上述進一步方案的有益效果是，增韌劑的加入即可以調節固化物的韌性，從而滿足抗衝擊的要求。進一步，所述分散劑為德國畢克化學公司生產的BI-9076、BYK-W9010 ； BYK-W985, DISPERBYK-111, ANTI-TERRA-U 100 中的一種或任意幾種的混合。
採用上述進一步方案的有益效果是，分散劑的加入使得填料更容易分散，體系均勻，性能穩定。進一步，所述消泡劑為德國畢克化學公司生產的BI-A530、BYK-A535, BYK-S706, BI-077、上海氰特表面技術有限公司的PC-1244、PC-1344中的一種或任意幾種的混合。採用上述進一步方案的有益效果是，消泡劑的加入使體系中不易產生氣泡，或者產生的氣泡更易於脫除，使膠水填充時不易產生缺陷。進一步，所述矽烷偶聯劑為β _(3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、Y-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、Y-巰基丙基三甲氧基矽烷、Y-氨丙基三乙氧基矽烷中的一種或任意幾種的混合。採用上述進一步方案的有益效果是，矽烷偶聯劑有利於提高填充膠對基材的潤溼性能，改善流動性。進一步，所述顏料為炭黑、油溶黑中的一種或兩種的混合物。進一步，所述填料為低放射性，其中低放射性是指鈾含量小於IPI^b，且平均直徑在 0. 4 20微米之間的球形矽微粉。採用上述進一步方案的有益效果是，低放射性的填料不會使晶片的記憶性受到影響；填料平均直徑要在0. 4 20微米之間，保證小間隙晶片能良好的填充，選取一種或多種粒徑的組合，使填充量和流動性達到很好的平衡，降低收縮率，達到高的可靠性。進一步，所述固化劑為改性胺類、酸酐類、鐺鹽類中的任意一種。採用上述進一步方案的有益效果是，適合不同固化溫度、固化速度的要求，以及助焊劑兼容性的要求。進一步，所述稀釋劑為十二至十四烷基縮水甘油醚、三羥甲基三縮水甘油醚、4-叔丁基苯基縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或任意幾種的混合。採用上述進一步方案的有益效果是，調節體系的粘度，來滿足不同流動速度的要求。一種晶片級底部填充膠的製備方法，該方法包括a)稱取環氧樹脂15 50%、增韌劑1 20%、分散劑0. 1 1%、消泡劑0. 01 1%、偶聯劑0.8 10%、顏料0. 1 0.5%，投入反應釜中攪拌0.5 1小時，形成均一溶液；b)稱取填料40 70%，將其投入反應釜中攪拌2 4小時，形成均一溶液；c)溫度控制在20 30°C，稱取固化劑3 30%，將其投入反應釜中攪拌1 2小時，形成均一溶液；d)稱取稀釋劑1 20%，投入反應釜中，在真空度-0. 098 _0. 095MPa、轉速 300 600轉/分下，攪拌1 2小時，即得產品。上述百分比是指各組分重量佔總重量的比值。
具體實施例方式以下對本發明的方法和步驟進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
下面通過實施例和對比例進一步說明本發明。在下述實施例和對比例中，測量最終產品的固化性能、流動性能、熱膨脹係數、剪切強度四個性能指標。固化性能測試，使用示差掃描量熱法(DSC)，得到DSC固化曲線，其中升溫速率60°C /分鐘，恆溫130°C固化時的固化時間，單位，min。流動性能測試方法使用24mmX24mm測試片，由蓋玻片和載玻片組成， 縫隙為50微米(模擬封裝晶片)，在25°C時測量其流動時間，單位min。熱膨脹係數測試 (CTE)，依據美國ASTMD696標準，使用熱機械分析法(TMA)，其中升溫速率為10°C /分鐘，單位μπι/VC。剪切強度測試，依據國標GB/T71M-1986測試方法，測量AL/AL剪切強度，其中固化條件為130°C下固化2小時，單位MPa。實施例1準確稱取如下各種原料，脂環族環氧樹脂5g、多環芳香族環氧樹脂10g、橡膠改性樹脂lg、BI-9076 0. lg,BYK-A530 0. lg、β -(3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷5. 3g、 炭黑0. 5g投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成均一溶液；然後稱取平均直徑為20微米的低放射性矽微粉70g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；再稱取改性胺類固化劑3g，此時溫度控制在20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取新戊二醇二縮水甘油醚5g，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa,轉速300 600轉 /分，攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。實施例2準確稱取如下各種原料，多環芳香族環氧樹脂10g、雙酚A型環氧樹脂10g、橡膠改性樹脂3g、BI-W9010 0. 2g,PC-1344 0. 4g、γ -縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷10g、炭黑 0. 4投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成為均一溶液，然後稱取平均直徑為15微米的低放射性矽微粉50g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取改性胺類固化劑7g，此時溫度控制在20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取 4-叔丁基苯基縮水甘油醚9g，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa,轉速300 600 轉/分，攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。實施例3準確稱取如下各種原料，脂環族環氧樹脂15g、酚醛型環氧樹脂10g、有機矽改性樹脂2. 5g,BYK-W985 0. 15g、PC_1244 0. lg、γ -氨丙基三乙氧基矽烷5. 8g、炭黑0. 45投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成為均一溶液，然後稱取平均直徑為10微米的低放射性矽微粉48g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取酸酐類固化劑10g，此時溫度控制在 20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取十二至十四烷基縮水甘油醚8g，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa,轉速300 600轉/分， 攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。實施例4準確稱取如下各種原料，雙酚F型環氧樹脂15g、多環芳香族環氧樹脂17g、有機矽改性樹脂15g、DISPERBI-lll 0. 2g,BYK-0770. 8g、γ -巰基丙基三甲氧基矽烷3. 68g、油溶黑0. 5投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成為均一溶液，然後稱取平均直徑為5微米的低放射性矽微粉40g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取鐺鹽類固化劑3g，此時溫度控制在20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取苯基縮水甘油醚5g，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa,轉速300 600轉/分，攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。實施例5準確稱取如下各種原料，雙酚A型環氧樹脂15g、酚醛型環氧樹脂10g、有機矽改性樹脂 lg、ANTI-TERRA-U 100 0. 15g、ΒΥΚ_Α5;350· 05g、β - (3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷1. 7g、油溶黑0. 1投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，混合為均一溶液；然後稱取平均直徑為0. 4微米的低放射性矽微粉IOg和平均直徑為5微米的低放射性矽微粉30g，將其同時投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取酸酐類固化劑30g，此時溫度控制在20 30°C， 將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取三羥甲基三縮水甘油醚 2g，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa，轉速300 600轉/分，攪拌1 2小時， 形成均一溶液，即得產品。實施例6準確稱取如下各種原料，多環芳香族環氧樹脂15g、橡膠改性樹脂20g、BYK-W9010 lg,BYK-S706 O.Olg、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷0.8g、炭黑0. 19投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成為均一溶液，然後稱取平均直徑為15微米的低放射性矽微粉40g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取改性胺類固化劑3g，此時溫度控制在20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取苯基縮水甘油醚20g，投入反應釜中，真空度-O. 098 -0. 095MPa,轉速300 600轉/分，攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。實施例7準確稱取如下各種原料，多環芳香族環氧樹脂25g、雙酚A型環氧樹脂25g、橡膠改性樹脂lg、BI-W9010 0. lg,PC-1344 lg、Y -縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷3. 4g、炭黑 0. 5投入反應釜中攪拌0. 5 1小時，成為均一溶液，然後稱取平均直徑為20微米的低放射性矽微粉40g，將其投入到反應釜中攪拌2 4小時；然後稱取酸酐類固化劑3g，此時溫度控制在20 30°C，將此固化劑投入到反應釜中，攪拌1 2小時，混合均勻；最後稱取4-叔丁基苯基縮水甘油醚lg，投入反應釜中，真空度-0. 098 -0. 095MPa，轉速300 600轉/ 分，攪拌1 2小時，形成均一溶液，即得產品。對比實施例1準確稱取如下各種原料，3,4-環氧環己基甲基-3，4-環氧環己基甲酸酯40g、雙 (7-氧雜雙環[4. 1. 0]3_庚甲基)己二酸酯40g、六氟銻酸鹽為美國King公司的Super XC-7231 0. 5g投入反應釜中，在30°C攪拌30分鐘，使之溶解成為均一溶液，然後分別加入丙烯酸環氧樹脂10g、丙烯酸丁酯5g、1，4- 丁二醇3g、β - (3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷lg、過氧化苯甲醯0. 3g、炭黑0. 2g，控制溫度在15°C，真空度為-0. 05MPa，轉數為500 轉/分，，攪拌2小時，得到均一產品。對比實施例2準確稱取如下各種原料，雙(7-氧雜雙環[4. 1. 0] 3-庚甲基)己二酸酯30g，六氟銻酸鹽為美國king公司的K-PURE CXC-1612 Ig投入反應釜中，在30°C攪拌30分鐘，使之溶解成為均一溶液，然後加入丙烯酸環氧樹脂15g、甲基丙烯酸月桂酯30g、聚酯多元醇 20g、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷3g、過氧化二特丁基0. 5g、炭黑0. 5g ；控制溫度在15°C，真空度為-0. 07MPa，轉數為700轉/分，攪拌2小時，得到均一產品。
表 權利要求
1 一種晶片級底部填充膠，該物質由以下組分按重量百分比組成環氧樹脂15 50%、 增韌劑1 20%、分散劑0. 1 1%、消泡劑0. 01 1%、偶聯劑0. 8 10%、顏料0. 1 0. 5%、 填料40 70%、固化劑3 30%、稀釋劑1 20%。
2.根據權利要求1所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述偶聯劑為β—(3，4 一環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、Y —縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、Y —巰基丙基三甲氧基矽烷、Y —氨丙基三乙氧基矽烷中的一種或任意幾種的混合。
3.根據權利要求1所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述固化劑為改性胺類、酸酐類、鐺鹽類中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述稀釋劑為十二至十四烷基縮水甘油醚、三羥甲基三縮水甘油醚、4-叔丁基苯基縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或任意幾種的混合。
5.根據權利要求1至4所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述環氧樹脂為脂環族環氧樹脂、多環芳香族環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂或酚醛型環氧樹脂中的一種或任意幾種的混合。
6.根據權利要求1至4所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述增韌劑為橡膠改性樹脂、有機矽改性樹脂中的一種或兩種的混合。
7.根據權利要求1至5所述的晶片級底部填充膠，其特徵在於，所述填料為低放射性、 且平均直徑在0. 4 20微米之間的球形矽微粉。
8.—種晶片級底部填充膠的製備方法，該方法包括稱取環氧樹脂15 50%、增韌劑1 20%、分散劑0. 1 1%、消泡劑0. 01 1%、偶聯劑 0. 8 10%、顏料0. 1 0. 5%，投入反應釜中攪拌，形成均一溶液；稱取填料40 70%，將其投入反應釜中攪拌，形成均一溶液；溫度控制在20 30°C，稱取固化劑3 30%，將其投入反應釜中攪拌，形成均一溶液；稱取稀釋劑1 20%，投入反應釜中，真空攪拌，形成均一溶液，即得產品；上述百分比是指各組分重量佔總重量的比值。
9.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，步驟(a)中所述的攪拌時間為0.5 1小時；步驟(b)中所述的攪拌時間為2 4小時；步驟(c)中所述的攪拌時間為1 2小時。
10.根據權利要求9或10所述的方法，其特徵在於，步驟(d)中所述真空攪拌是指在真空度-0. 098 -0. 095MPa、轉速300 600轉/分下，攪拌混合1 2小時。
全文摘要
本發明涉及一種晶片級底部填充膠，該材料由以下組分組成環氧樹脂15～50%、增韌劑1～20%、分散劑0.1～1%、消泡劑0.01～1%、偶聯劑0.8～10%、顏料0.1～0.5%、填料40～70%、固化劑3～30%、稀釋劑1～20%，上述百分比為重量百分比。其製備方法為按上述配比稱取環氧樹脂、韌性樹脂、分散劑、消泡劑、偶聯劑、顏料，投入反應釜中混合為均一溶液，再按上述配比稱取填料、固化劑、稀釋劑依次投入到反應釜中，混合均勻，即得產。用上述方法製得的底部填充膠具有固化收縮率低、可靠性高等特點，同時滿足低放射性的要求，適用於記憶性晶片的一級高密度封裝。
文檔編號H01L23/29GK102559115SQ20111043541
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者王建斌, 王紅娟, 解海華, 陳田安 申請人:煙臺德邦科技有限公司