一種底部填充膠組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子及微電子領(lǐng)域的底部填充膠，尤其涉及一種可用于智能手機(jī)模塊 的高性能、可快速修復(fù)的底部填充膠組合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在芯片封裝過程中，由于芯片和基材的熱膨脹系數(shù)（CTE)存在差別，常常使得連 接芯片與基材間的焊球所承受的應(yīng)力不均勻，周邊比中間大，導(dǎo)致芯片在承受冷熱沖擊時， 周邊的焊球易脫落而大大降低連接的可靠性。為彌補(bǔ)這一缺陷，通常在芯片與基材的中間 加入某種補(bǔ)強(qiáng)材料，通過補(bǔ)強(qiáng)材料分散和吸收芯片表面所承受的應(yīng)力，從而達(dá)到提高產(chǎn)品 可靠性的目的。這種補(bǔ)強(qiáng)材料稱為"底部填充膠"。底部填充膠主要應(yīng)用于電子及微電子領(lǐng) 域的封裝。
[0003] 底部填充膠是一種化學(xué)膠水（主要成份是環(huán)氧樹脂），通過加熱的形式固化。在芯 片封裝中，直接將底部填充膠涂覆于芯片或基材上，然后加熱固化。涂覆方式主要有毛細(xì)管 型底部填充、助焊（非流動）型底部填充和預(yù)涂覆三種。目前使用最廣泛的是毛細(xì)管底部 填充法，其尤其適用于板上倒裝芯片（FC0B)和封裝內(nèi)倒裝芯片（FCIP)的封裝要求。毛細(xì) 管底部填充工藝可描述為：先將底部填充膠點(diǎn)涂在倒裝晶片邊緣，膠水可通過毛細(xì)作用快 速流過芯片底部完成底部充填過程，最后在加熱的情況下完成膠水的固化。
[0004] 隨著電子產(chǎn)品向小型化和多功能化方向發(fā)展，芯片的封裝形式也在逐漸發(fā)生 改變，球珊陣列封裝（BGA)、芯片級封裝（CSP)、晶圓級芯片封裝（WLCSP)、觸點(diǎn)陣列封裝 (LGA)、3D芯片封裝（3DIC)、硅通孔（TSV)等先進(jìn)的封裝形式應(yīng)運(yùn)而生。新的封裝形式解決 了多功能、高集成度、高速低功耗、多引線集成電路芯片的封裝問題，但其也對底部填充膠 提出了更加嚴(yán)苛的要求，在更先進(jìn)的封裝形式中對底部填充膠在高流動性、高可靠性、高玻 璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg)、低熱膨脹系數(shù)（CTE)等方面的性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有的底部填 充膠封裝部件返修時需去掉膠層，以傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂為基體的底部填充膠封裝部件膠層經(jīng)處 理破壞時易分裂成塊，去膠層時殘膠量大，不易清潔，返修困難。受自身性能的影響，以環(huán)氧 樹脂為基體的底部填充膠的Tg和可靠性均較低。因此，現(xiàn)有的底部填充膠已不能滿足新工 藝的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種返修性能好、高可靠性和高玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的底部填充膠組合物 及其制備方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種底部填充膠組合物，該組合物以重量百 分?jǐn)?shù)計(jì)，包含如下組分：改性環(huán)氧樹脂5wt%~15wt%，改性雙馬來酰亞胺5wt%~15wt%， 填料50wt%~70wt%，固化劑5wt%~15wt%，固化劑促進(jìn)劑0. 2wt%~lwt%，稀釋劑 5wt%~10wt%，分散劑2wt%~8wt%，偶聯(lián)劑0? 5wt%~2wt%，離子吸附劑0?lwt%~ 2wt% ;其中上述改性環(huán)氧樹脂為聚酯改性環(huán)氧樹脂和/或碳酸酯改性環(huán)氧樹脂，上述改性 雙馬來酰亞胺為丙烯酸酯改性雙馬來酰亞胺和/或有機(jī)硅改性雙馬來酰亞胺。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種制備第一方面的組合物的方法，該方 法包括：在65°C~75°C下，將改性環(huán)氧樹脂、改性雙馬來酰亞胺、填料、固化劑、固化劑促 進(jìn)劑、稀釋劑、分散劑、偶聯(lián)劑、離子吸附劑按照配比加入高速攪拌機(jī)攪拌，轉(zhuǎn)速為700~ 1700r/min，時間為90~120min;然后低速攪拌，轉(zhuǎn)速為20~120r/min，時間為20~ 30min;放置18~30h進(jìn)行熟化；熟化的膠水用20~40KHz超聲波分散20~30min;分散 液經(jīng)過濾后轉(zhuǎn)入真空脫泡機(jī)中脫泡，最終得到上述組合物。
[0008] 本發(fā)明的底部填充膠組合物采用改性環(huán)氧樹脂作為基體，賦予底部填充膠良好的 返修性能；同時采用改性雙馬來酰亞胺，使得底部填充膠具有高可靠性和高玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫 度的性能。
[0009] 此外，本發(fā)明的底部填充膠組合物中填料長期不沉降，儲存穩(wěn)定性好，適用期長； 底部填充膠自動形成圓角的能力強(qiáng)，對元件基材具有良好的潤濕能力，良好的粘結(jié)強(qiáng)度、低 內(nèi)應(yīng)力、低離子含量，因此有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有底部填充膠的缺陷。
【附圖說明】
[0010] 圖1為現(xiàn)有的底部填充膠與本發(fā)明的底部填充膠封裝部件返修時膠體結(jié)構(gòu)變化 原理圖；
[0011] 圖2為現(xiàn)有的底部填充膠（左圖）和本發(fā)明的底部填充膠（右圖）的可靠性和重 工性的關(guān)系圖；
[0012]圖3為本發(fā)明一個實(shí)施例使用的改性環(huán)氧樹脂的13CNMR譜圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明另一個實(shí)施例使用的改性環(huán)氧樹脂的13CNMR譜圖；
[0014] 圖5為本發(fā)明一個實(shí)施例使用的改性雙馬來酰亞胺的13CNMR譜圖；
[0015]圖6為本發(fā)明的一個填料未改性的實(shí)施例9(左圖）和填料改性的實(shí)施例1(右 圖）的填充效果比較，可見前者有空洞和流線現(xiàn)象，而后者沒有；
[0016]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的底部填充膠的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像，顯示填料均 勾分散；
[0017]圖8為本發(fā)明一個實(shí)施例的底部填充膠組合物與傳統(tǒng)底部填充膠在加熱的條件 下，儲存模量隨溫度的升高而變小的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 現(xiàn)存的底部填充膠主要存在問題點(diǎn)在于易返修和可靠性只能二選其一，易返修的 通?？煽啃圆桓?，可靠性高的通常不可返修，不能滿足新的封裝工藝的需要，本發(fā)明主要針 對現(xiàn)有底部填充膠易返修與高可靠性的矛盾關(guān)系，對底部填充膠的配方進(jìn)行改進(jìn)，著重通 過對配方中關(guān)鍵組分如環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺的改性實(shí)現(xiàn)性能提升。
[0020] 本發(fā)明一個實(shí)施方案的底部填充膠組合物，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包含如下組分：改性 環(huán)氧樹脂5?1:%~15￥1:%，改性雙馬來酰亞胺5￥1:%~15￥1:%，填料50%~70%，固化劑 5wt%~15wt%，固化劑促進(jìn)劑0? 2wt%~lwt%，稀釋劑5wt%~10wt%，分散劑2wt%~ 8wt%，偶聯(lián)劑0. 5wt%~2wt%，離子吸附劑0.lwt%~2wt%;其中上述改性環(huán)氧樹脂為聚 酯改性環(huán)氧樹脂和/或碳酸酯改性環(huán)氧樹脂，上述改性雙馬來酰亞胺為丙烯酸酯改性雙馬 來酰亞胺和/或有機(jī)硅改性雙馬來酰亞胺。
[0021] 1、改性環(huán)氧樹脂
[0022] 如圖1所示，現(xiàn)有的底部填充膠封裝部件返修時需去掉膠層，以傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂為 基體的底部填充膠封裝部件膠層經(jīng)處理破壞時易分裂成塊，去膠層時殘膠量大，不易清潔， 返修困難。本發(fā)明一個實(shí)施方案通過引入酯類和/或碳酸類基團(tuán)對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性（即 聚酯改性環(huán)氧樹脂和/或碳酸酯改性環(huán)氧樹脂），有效解決了封裝部件返修困難的問題。封 裝部件返修時，底部填充膠層在高溫下發(fā)生破壞，酯類和/或碳酸類基團(tuán)將代替膠層分子 結(jié)構(gòu)中的其它功能性鏈段首先發(fā)生分解。此時，雖然膠層的粘接強(qiáng)度快速下降，但能決定分 子形態(tài)的結(jié)構(gòu)并未被破壞，膠層依然保持完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，宏觀表現(xiàn)為一個整體，去膠層時 不易殘膠，清潔容易，使得封裝部件的返修更加便利。此外，環(huán)氧樹脂本身還存在抗剝離、開 裂、沖擊性能差、高溫吸濕性大、阻燃性差等缺點(diǎn)，本發(fā)明還可以通過引入長鏈柔性基團(tuán)、 釀鍵、丙氧基等功能性結(jié)構(gòu)，有效改善改性環(huán)氧樹脂的沖擊初性和尚溫吸濕性能；可以通過 磷元素的引入，提高其阻燃性能。
[0023] 圖2示出了現(xiàn)有的底部填充膠（左圖）和本發(fā)明的底部填充膠（右圖）的可靠性 和重工性的關(guān)系，可見現(xiàn)有的底部填充膠的易返修和可靠性只能二選其一，易返修的通常 可靠性不高，可靠性高的通常不可返修；而本發(fā)明的底部填充膠的可靠性和重工性均較好。
[0024] 本發(fā)明所稱聚酯改性環(huán)氧樹脂以及碳酸酯改性環(huán)氧樹脂是以改性基團(tuán)命名的。含 有脂肪族酯、脂環(huán)族酯、芳香族酯、氨基甲酸酯這樣的基團(tuán)的改性環(huán)氧樹脂可以稱為聚酯改 性環(huán)氧樹脂。改性環(huán)氧樹脂中可以含有上述一種基團(tuán)也可以同時含有兩種以上的基團(tuán)，例 如同時含有脂肪族酯和芳香族酯、同時含有芳香族酯和氨基甲酸酯、同時含有脂肪族酯和 氨基甲酸酯等。含有碳酸酯這樣的基團(tuán)的改性環(huán)氧樹脂稱為碳酸酯改性環(huán)氧樹脂，也可以 是聚碳酸酯改性環(huán)氧樹脂。碳酸酯是碳酸分子中兩個羥基（-0H)的氫原子部分或全部被烷 基（R、R'）取代后的化合物，其通式為R0-C0-0H或R0-C0-0R'。本發(fā)明的改性環(huán)氧樹脂同 時含有脂肪族酯、脂環(huán)族酯、芳香族酯、氨基甲酸酯中的任意一種或兩種以上，并同時含有 碳酸酯也是可以的。作為純粹的聚酯改性環(huán)氧樹脂或碳酸酯改性環(huán)氧樹脂是指分別只含有 酯類或碳酸類的改性環(huán)氧樹脂，這是本發(fā)明優(yōu)選的改性環(huán)氧樹脂。
[0025] 本發(fā)明所稱的脂肪族酯，是指含有脂肪鏈的酯類物質(zhì)，其中脂肪鏈的長度比如 2~20個碳原子，并且脂肪鏈可以是直鏈或支鏈的形式，可以是飽和的也可以含有不飽和 鍵如雙鍵等，可以是非取代也可以含有取代基。脂肪族酯一般是指脂肪族酸和脂肪族醇通 過酯化反應(yīng)形成的酯，但是并不排除含有其它原子或基團(tuán)，如含有磷酸基團(tuán)等，含有磷酸基 團(tuán)的脂肪族酯能夠起到明顯的阻燃作