專利名稱：一種高可靠性、低粘度的底部填充膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片封裝的底部填充膠，尤其涉及一種用于基板上倒裝芯片 (FCOB)封裝內(nèi)倒裝芯片(FCiP)封裝的高可靠性、低粘度的底部填充膠。
背景技術(shù)：
21世紀，由于無線通訊、便攜式計算機、寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及汽車導航電子產(chǎn)品的 需求，電子器件集成度越來越高，芯片面積不斷擴大，集成電路引腳數(shù)不斷增多，與此同時 要求芯片封裝尺寸進一步小型化和微型化，集成電路向著更加輕、薄、小的方向發(fā)展。因此， 發(fā)展趨勢出現(xiàn)了許多新的封裝技術(shù)和封裝形式。倒裝芯片互聯(lián)技術(shù)是其中最主要的封裝技 術(shù)之一，倒裝芯片技術(shù)具體內(nèi)容是將芯片面朝下與基板互聯(lián)，使凸點成為芯片電極與基板 布線層的焊點，進行牢固的焊接，它提供了更高的封裝密度，更短的互聯(lián)距離，更好的電性 能和更高的可靠性。液體單組份環(huán)氧底部填充膠是一種適用于倒裝芯片電路的封裝材料， 它是將液體環(huán)氧樹脂填充在IC芯片與有機基板之間的狹縫中，并且將連接焊點密封保護 起來?，F(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計工藝中隨著焊料凸點結(jié)合部間隙狹窄化，對底部填充膠的流動 性和熱循環(huán)處理時的接續(xù)可靠性要求越來越高，這就要求底部填充膠向低粘度化、無機填 充材料的填充即要求低線膨脹化的方向發(fā)展。但是因為無機填充材料和其他有機材料例如 環(huán)氧樹脂等的比重很不一樣，容易引起沉淀，活化期也會縮短。為了抑制沉淀的產(chǎn)生，需要 調(diào)整無機填充材料的粒徑。為了達到底部填充膠的低粘度化就必須降低無機填料的含量， 這樣就會使得線膨脹系數(shù)提高而減低部分可靠性。如何保證底部填充膠即具有較高的流動 性又可以保持較低的線膨脹系數(shù)是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，而提供一種在熱循環(huán)處理時，能保持良 好的可靠性和固化性，同時粘度低、流動性好的底部填充膠。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的高可靠性、低粘度的底部填充膠，由下列重量百分 含量的原料配置而成雙酚型環(huán)氧樹脂-0 12. 8%、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂-11. 4 62. 5%、多 官能型環(huán)氧樹脂-0. 44 13%、固化劑-11. 4 62. 5%、固化促進劑-0. 86 5. 7%、無機 填料-11. 6 51. 1%、硅烷偶聯(lián)劑-0. 04 4. 2%、碳黑-0 4. 2%。本發(fā)明的粘度低，抗跌落性好、耐冷熱循環(huán)沖擊性等可靠性高，主要用于板上倒裝 芯片(FCOB)和封裝內(nèi)倒裝芯片(FCiP)的封裝，通過采用底部填充可以分散芯片表面承受 的應(yīng)力進而提高了整個產(chǎn)品的可靠性。本發(fā)明通過硅烷偶聯(lián)劑與環(huán)氧樹脂的縮水基反應(yīng)，硅烷醇和無機填料反應(yīng)，從而 在無機填料的周圍形成類似環(huán)氧樹脂和硅烷偶聯(lián)劑的膜狀物。而且還能夠減小無機填充材 料比重，抑制沉淀，增長活化期。環(huán)氧樹脂和無機填充劑的潤濕性和流動性也增強。硅烷偶 聯(lián)劑的含量以占無機填充劑的0. 04-4. 2%較佳，0. 5-3%重量更佳。這樣，就能夠增強流動
3性和接續(xù)可靠性性以及活化期。本發(fā)明以含有分子量為400以上的雙酚型環(huán)氧樹脂、無機 填充材料以及硅烷偶聯(lián)劑為必須成分，具有良好的流動性和耐熱循環(huán)性高可靠性。經(jīng)過性能測試有(1)浸透性用金屬板18*18mm，在25攝氏度下保持間隙70um，用注射器將組成物從金屬板一 邊滴下，3分鐘內(nèi)間隙被組成物填充浸透性好表示3分鐘內(nèi)填充完浸透性不好表示組成物要3分鐘以上才能填充完，或者浸透中止(2)熱處理時的可靠性使用載有10*10mmBGA(0. 5mm間距、121引腳、焊球直徑0. 35mm)的回路基板，在 BGA和基板之間用組成物填充，然后進行1000個熱循環(huán)處理(-40攝氏度/125攝氏度每10 分鐘1個循環(huán))可靠性好1000個循環(huán)結(jié)束時，沒有發(fā)生導通不良可靠性不好1000個循環(huán)結(jié)束時，發(fā)生導通不良(3)活化期(25攝氏度)用30ml注射器裝入30g組成物，保持豎立狀態(tài)靜置24小時后按照(1)步驟評價 浸透性，測試間隙填充時間是否達到初始值的1. 5倍的實驗?；罨陂L未達到初始值的1. 5倍活化期短超過初始值的1. 5倍，或是浸透中止通過性能測試比較，本發(fā)明的底部填充膠和目前市場上的產(chǎn)品對比數(shù)值如下 根據(jù)以上數(shù)據(jù)比較，本發(fā)明提供的底部填充膠解決了目前市場上的產(chǎn)品的粘度 大、流動性差、活化期短、可靠性低、耐熱性差等問題。提供了一種可靠性高、粘度低的底部 填充膠。
具體實施例方式
本發(fā)明所述的高可靠性、低粘度的底部填充膠，由下列重量百分含量的原料配置 而成雙酚型環(huán)氧樹脂-0 12. 8%、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂-11. 4 62. 5%、多官能型環(huán)氧樹 脂-0. 44 13%、固化劑-11. 4 62. 5%、固化促進劑-0. 86 5. 7%、無機填料-11. 6 51. 1%、硅烷偶聯(lián)劑-0. 04 4. 2%、碳黑-0 4. 2%。
其中，所述的雙酚型環(huán)氧樹脂可選用雙酚A型、雙酚AD型、雙酚F型、酚醛樹脂、有 機羧酸類縮水甘油醚等。這些可以單獨使用，也可以兩種以上混合使用，如殼牌公司的828 環(huán)氧樹脂，陶氏公司的331環(huán)氧樹脂；雙酚F型環(huán)氧樹脂，如殼牌公司的862環(huán)氧樹脂，環(huán)氧 值為0. 45-0. 8，其分子量為1000到5000。脂環(huán)族環(huán)氧樹脂為4221脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，其粘度范圍為300 1000厘泊，可以提 高填充膠的可靠性和耐溫性。多官能型環(huán)氧樹脂是含有二環(huán)戊二烯骨骼的二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、苯酚酚醛型 環(huán)氧樹脂、甲酚酚醛型環(huán)氧樹脂、三苯基甲烷型環(huán)氧樹脂、三縮水甘油基異氰酸酯、朕苯型 環(huán)氧樹脂、含萘基環(huán)環(huán)氧樹脂等。這些材料可以單獨使用，也可以采用兩種或兩種或兩種以 上混合使用。多官能型環(huán)氧樹脂的含有量占總量的0. 44-13%。如果含有量過少，就難以增 強耐熱性減弱了底部填充膠的可靠性，而如果含有量過大，組成物的粘度又會增高，從而損 壞了底部填充膠的流動性。聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂是通過雙酚型環(huán)氧樹脂2分子以上的羥基和末端含有異 氰酸酯的聚氨酯聚合物反應(yīng)，使雙酚型環(huán)氧樹脂2分子以上含有聚氨酯聚合物構(gòu)造而成 的。上述雙酚型環(huán)氧樹脂，具體的有雙酚A型，雙酚F型，雙酚AD型等。上述的聚氨酯聚合 物具體的有2價以上的聚醚多元醇、聚酯多元醇、蓖麻油衍生物等羥基化合物和異氰酸酯 化合物的反應(yīng)物。固化劑有重附加型、催化型、縮合型等3種。其中重附加型固化劑有，二乙烯三 胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、間苯二甲二胺(MXDA)等脂肪族聚胺、二氨二苯甲烷(DDM)、 m-苯二胺(MPDA)、二氨二苯磺酸(DDS)等芳香族聚胺，還有二胺二酰胺(DICY)、含有機酸雙 胼酞嗪的聚胺化合物、六氫苯酐(HHPA)、甲基四氫鄰苯二甲酸(MTHPA)等脂環(huán)族酸酐、偏苯 三酸酐(TMA)、均苯四甲酸酐(PMDA)、二苯甲酮四羧酸(BTDA)等芳香族酸酐、酚醛樹脂、苯 酚聚合物等多酚化合物、封閉型異氰酸酯等異氰酸酯化合物、含羧酸的聚酯樹脂等有機酸 類。作為催化性固化劑的有，芐基二甲基胺(BDMA)、2，4，6_三二甲基氨甲基苯(DMP-30)等 3級胺化合物、2-甲基咪唑、2-以及-4-甲基咪唑(EMI24)等咪唑化合物、BF3絡(luò)化物等路 易斯酸。縮合型固化劑有，酚醛型酚醛樹脂、含羥甲基的尿素樹脂、含羥甲基的三聚氰胺樹 脂等。這些固化劑可以單獨使用也可以兩種或兩種以上混合使用。其中六氫苯酐或是甲基 四氫鄰苯二甲酸(MTHPA)以及咪唑化合物組合使用效果最佳。100重量的環(huán)氧樹脂，50-150 重量的固化劑含量比較合適，更佳的是70-130重量。固化促進劑為含咪唑結(jié)構(gòu)的咪唑系或是胺系(胺類化合物)的一種。比如，1-3級 胺類或是1-3級胺類鹽、三唑類或是三唑類鹽、咪唑類以及咪唑類鹽、二氮雜二環(huán)十一碳烯 (DUB)或是二氮雜二環(huán)十一碳烯鹽、三苯基砜(北宇化學TTP)等。除了含有上述單一的化 學結(jié)構(gòu)外，配置了含有咪唑結(jié)構(gòu)的化合物變化而來的核周圍熱固化性樹脂膜的微細球(微 膠囊)或是胺加合物粒子等固化促進劑。無機填料為二氧化硅，石英，氧化鋁，氮化鋁等。無機填充材料由于惰性使線膨脹 較小，促使底部填充膠的線膨脹系數(shù)也變小。因而能夠使底部填充膠的線膨脹系數(shù)和組件 以及PCB相近，能夠控制焊料凸點結(jié)合部的應(yīng)力集中，提高可靠性。無機填料中使用的二氧 化硅為球狀硅微粉更加合適。這樣能夠降低滾動阻力和粒子之間的摩擦，增強底部填充膠 的流動性。
無機填料的含量最好在25-45%之間，就能夠保持良好的流動性性和接續(xù)可靠性。 球形硅微粉的平均粒徑為0. 1-lOum，其比例占到無機填料總量的95%以上較佳。硅烷偶聯(lián)劑為氨基硅烷類、巰基硅烷類、異氰酸酯硅烷類等。其中最合適的是氨基 硅烷類。作為氨基硅烷的有，3-氨丙三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、M-2-氨乙基 3-氨丙基三甲氧基硅烷、M-2-氨乙基3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-b氨乙基r-氨丙基 三乙氧基硅烷等。顏料可選用無機顏料炭黑。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。根據(jù)本發(fā)明的配方，配置下列不同
比例的制備底部填充膠的物料。實施例1本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚F型環(huán)氧樹脂12. 8%脂環(huán)族環(huán)氧樹脂11.4%二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂13%甲基四氫鄰苯二甲酸酸酐40%PN-23胺系固化促進劑0.86%球形硅微粉21.9%3-氨丙基三乙氧基硅烷0.04%碳黑0%實施例2本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚F型環(huán)氧樹脂0%脂環(huán)族環(huán)氧樹脂62.5%二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂0.44%甲基六氫鄰苯二甲酸酸酐11.4%HX-3788胺系固化促進劑0.86%球形硅微粉16.4%3-氨丙基三乙氧基硅烷4.2%碳黑4.2%實施例3本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成828 環(huán)氧樹脂2.5%脂環(huán)族環(huán)氧樹脂30%二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂甲基六氫鄰苯二甲酸酸酐13%PN-23胺系固化促進劑球形硅微粉51.1%3-氨丙基三乙氧基硅烷0.9%碳黑0.5%
6
實施例4本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成862環(huán)氧樹脂1 %脂環(huán)族環(huán)氧樹脂18%苯酚酚醛型環(huán)氧樹脂甲基六氫鄰苯二甲酸酸酐62.5%PN-23胺系固化促進劑3%球形硅微粉11.6%3-氨丙基三乙氧基硅烷2.4%碳黑0.5%實施例5本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成862 環(huán)氧樹脂10%脂環(huán)族環(huán)氧樹脂20%苯酚酚醛型環(huán)氧樹脂甲基六氫鄰苯二甲酸酸酐 29.3%PN-23胺系固化促進劑5.7%球形硅微粉30%3-氨丙基三乙氧基硅烷2%碳黑2%實施例6本實施例由下列重量百分含量的原料配置而成862環(huán)氧樹脂6%脂環(huán)族環(huán)氧樹脂36.64%苯酚酚醛型環(huán)氧樹脂6.1%甲基六氫鄰苯二甲酸酸酐 30%PN-23胺系固化促進劑0.86%球形硅微粉19.7%3-氨丙基三乙氧基硅烷0.4%碳黑0.3%按上述實施例的重量百分比配方來配制底部填充膠，工藝步驟如下a、樹脂混合預處理將液態(tài)環(huán)氧樹脂、多官能型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂在50 攝氏度下，抽真空混合攪拌1小時。b、混合將混合好的樹脂物料與球形硅微粉混合均勻，然后加入固化劑、固化促進 劑、硅烷偶聯(lián)劑、顏料混合，滿真空狀態(tài)下混合攪拌2小時。所得的底部填充膠有以下性能固化時間130°C 5分鐘玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 65 °C粘接強度16MPa粘度2000cps
耐冷熱沖擊性 -40°C _130°C可承受1000個循環(huán)。活化期(25°C)30 天本發(fā)明通過配合硅烷偶聯(lián)劑使其與環(huán)氧樹脂的縮水基反應(yīng)，硅烷醇和無機填料反 應(yīng)，從而在無機填料的周圍形成類似環(huán)氧樹脂和硅烷偶聯(lián)劑的膜狀物。而且還能夠減小元 機填充材料比重，抑制沉淀，增長活化期。環(huán)氧樹脂和無機填充劑的潤濕性和流動性也增 強。硅烷偶聯(lián)劑的含量以占無機填充劑的0.04-4. 2%較佳，0.5-3%重量更佳。這樣，就能 夠增強流動性和接續(xù)可靠性性以及活化期。本發(fā)明用作為底部填充(underfill)材料來密 封半導體裝置和基板的，具有良好的可靠性和流動性，同時能夠增強穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
一種高可靠性、低粘度的底部填充膠，其特征在于，由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚型環(huán)氧樹脂-0～12.8％、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂-11.4～62.5％、多官能型環(huán)氧樹脂-0.44～13％、固化劑-11.4～62.5％、固化促進劑-0.86～5.7％、無機填料-11.6～51.1％、硅烷偶聯(lián)劑-0.04～4.2％、碳黑-0～4.2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的雙酚型環(huán)氧樹脂是雙酚 A型、雙酚AD型、雙酚F型、酚醛樹脂、有機羧酸類縮水甘油醚中的至少一種，環(huán)氧值為 0. 45-0. 8，其分子量范圍為1000到5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂為4221脂 環(huán)族環(huán)氧樹脂，其粘度范圍為300 1000厘泊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的多官能型環(huán)氧樹脂是含有 二環(huán)戊二烯骨骼的二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、苯酚酚醛型環(huán)氧樹脂、甲酚酚醛型環(huán)氧樹脂、三 苯基甲烷型環(huán)氧樹脂、三縮水甘油基異氰酸酯、朕苯型環(huán)氧樹脂、含萘基環(huán)環(huán)氧樹脂中的至 少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的固化劑為六氫苯酐、甲基四 氫鄰苯二甲酸脂環(huán)族酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、二苯甲酮四羧酸中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的固化促進劑為有含咪唑結(jié) 構(gòu)的咪唑系或胺類化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的無機填料為二氧化硅、石 英、氧化鋁、氮化鋁的任一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的二氧化硅為球狀硅微粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑為氨基硅烷類、 巰基硅烷類、異氰酸酯硅烷類的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用作為半導體裝置和基板之間封裝的高可靠性、低粘度的底部填充膠，其由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚型環(huán)氧樹脂-0～12.8％、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂-11.4～62.5％、多官能型環(huán)氧樹脂-0.44～13％、固化劑-11.4～62.5％、固化促進劑-0.86～5.7％、無機填料-11.6～51.1％、硅烷偶聯(lián)劑-00.4～4.2％、碳黑-0～4.2％。本發(fā)明以含有分子量為400以上的雙酚型環(huán)氧樹脂、無機填充材料以及硅烷偶聯(lián)劑為必須成分，具有良好的流動性和耐熱循環(huán)性高可靠性。
文檔編號C09J163/00GK101880515SQ20101021280
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者葉婷, 黃偉進 申請人:深圳市庫泰克電子材料技術(shù)有限公司