CN104497356A

CN104497356A - 填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料

Info

Publication number: CN104497356A
Application number: CN201410698978.XA
Authority: CN
Inventors: 王玉传
Original assignee: Samsung Semiconductor China R&D Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Semiconductor China R&D Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104497356B

Abstract

提供了一种填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。该填充料包括填充料核、包覆填充料核的中间层以及附着到中间层的外表面的碳纳米管。该填充料有助于屏蔽电磁辐射。此外，该填充料有助于抑制塑封过程中或之后产生的气体的释放。此外，该填充料有助于提高对湿气的抵抗能力。

Description

填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，更具体地涉及一种填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。

背景技术

半导体封装件通常包括芯片和包封并保护芯片的包封构件，例如，环氧塑封料(EMC)。传统的环氧塑封料包括固化的环氧树脂和诸如氧化硅的填充料。

传统的包封构件不能起到屏蔽电磁辐射的作用，不能有效地阻止塑封过程中或之后产生的气体的释放，并且对湿气的抵抗能力较差。因此，需要通过改进包封构件来提高半导体封装件的可靠性。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够解决上述技术问题中的至少一个技术问题的填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。

本发明的另一目的在于提供一种有助于屏蔽电磁辐射的填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。

本发明的又一目的在于提供一种有助于抑制塑封过程中或之后产生的气体的释放的填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。

本发明的再一目的在于提供一种有助于提高对湿气的抵抗能力的填充料、其制造方法及包括该填充料的环氧塑封料。

根据本发明的填充料包括：填充料核；包覆填充料核的中间层；以及附着到中间层的外表面的碳纳米管。

根据本发明的一方面，填充料核包括氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硼、红磷、有机磷类、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸钙、硼酸锌中的至少一种。

根据本发明的一方面，填充料核具有0.1μm-150μm的粒径。

根据本发明的一方面，中间层包括有机凝胶、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮盐、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

根据本发明的一方面，中间层具有0.1μm-150μμm的厚度。

根据本发明的一方面，填充料核的表面、中间层本身、中间层的外表面和所述碳纳米管中的至少一者是被修饰或官能化的。

根据本发明的一方面，填充料核的重量是填充料的总重量的50％-95％，中间层的重量是填充料的总重量的0.1％-49％，碳纳米管的重量是填充料的总重量的0.001％-10％。

根据本发明的填充料的制造方法包括：在填充料核的表面上包覆中间层；以及在中间层的表面上自组装碳纳米管。

根据本发明的环氧塑封料包括：环氧树脂；固化剂；以及根据本发明的填充料。

根据本发明的一方面，环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、邻甲酚型环氧树脂、联苯型环氧树脂、多官能团型环氧树脂、茶型环氧树脂、改性环氧树脂中的至少一种。

根据本发明的一方面，固化剂包括酚醛树脂、酸酐类固化剂、多胺类固化剂中的至少一种。

根据本发明的一方面，环氧树脂的重量是环氧塑封料的总重量的6％-30％，固化剂的重量是环氧塑封料的总重量的3％-15％，所述填充料的重量是环氧塑封料的总重量的60％-90％。

根据本发明的一方面，所述环氧塑封料还包括固化促进剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、改性剂、应力吸收剂、粘接助剂中的至少一种。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的以上和/或其它方面和优点将变得清楚且更容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的填充料的示意性剖视图。

图2是示出根据本发明示例性实施例的填充料所应用到的半导体封装件的示意性剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。本发明可以以许多不同的方式来实施，而不应该被理解为局限于这里阐述的实施例。在附图中，为了清晰起见，可夸大层和区域的尺寸。

图1是示出根据本发明示例性实施例的填充料10的示意性剖视图。参照图1，根据本发明示例性实施例的填充料10包括填充料核11、包覆填充料核11的中间层12以及附着到中间层12的外表面的碳纳米管(CNT)13。

填充料核11可包括氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硼、红磷、有机磷类、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸钙、硼酸锌中的至少一种。填充料核11的作用包括降低成本、提高热导率、提高耐热性、降低热膨胀系数、降低吸水率、降低成型收缩率、增加介电性能、增加机械强度等中的至少一种。用作填充料核11的氧化硅可以是传统SiO₂粉(例如硅微粉)，传统SiO₂粉可以包括结晶型SiO₂粉、熔融型SiO₂粉。用作填充料核11的氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硼除了可具有传统SiO₂粉的性能中的至少一种之外，还可具有高的导热性。用作填充料核11的红磷、有机磷类、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸钙、硼酸锌除了可具有传统SiO₂粉的性能中的至少一种之外，还可具有阻燃性。

填充料核11可具有球形、椭球形、角形、柱形、不规则形状等形状。填充料核11的形状不受具体限制。填充料核11可具有0.1μm-150μm的粒径，并可具有5μm-50μm的中位粒径d50。然而，填充料核11的粒径不受具体限制。

中间层12包覆填充料核11。这里使用的术语“包覆”表示至少部分地覆盖，包括部分地覆盖和完全覆盖。

中间层12可包括有机凝胶、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮盐、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。所述有机凝胶可以包括聚丙烯酰胺凝胶、聚丙烯酰胺葡聚糖凝胶、聚乙烯醇凝胶、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、有机硅凝胶、磷脂有机凝胶、脂肪酸类有机凝胶、蒽类衍生物有机凝胶、脲类衍生物有机凝胶、氨基酸类有机凝胶、类固醇类有机凝胶、普郎尼克有机凝胶中的至少一种。所述聚合物可以包括诸如聚酰亚胺、聚多胺、聚苯胺、聚丙烯酸或聚二烯丙基二甲基氯化铵的聚电解质、重氮树脂、苯乙炔齐聚物中的至少一种。

中间层12可以通过物理作用和/或化学作用包覆在填充料核11的表面上。在一个示例性实施例中，填充料核11的表面可以是被修饰或官能化的，中间层12可通过物理作用和/或化学作用包覆在填充料核11的被修饰或官能化的表面上。在一个示例性实施例中，填充料核11的表面是未被修饰或官能化的，中间层12可物理地包覆在填充料核11的表面上。

CNT 13直接附着到填充料核11会是相对困难的。因此，在填充料核11的外表面上提供中间层12，使得CNT 13容易地附着到中间层12，例如，使得CNT 13容易地自组装在中间层12上。中间层12本身或其外表面可以是被修饰或官能化的，以使得CNT 13可以容易地附着到中间层12，例如，使得CNT 13容易地自组装在中间层12上。

包覆填充料核11的中间层12可具有0.1μm-150μm的厚度。如果中间层12的厚度小于0.1μm，则中间层12可能不能充分地包覆填充料核11；如果中间层12的厚度大于1501μm，则填充料10的尺寸可能太大，从而可能劣化填充料10的性能。然而，中间层12的厚度不受具体限制。

CNT又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。CNT可主要由呈六边形排列的碳原子构成一层到数十层的同轴圆管，层与层之间可保持固定的距离。CNT一般具有2～40nm的直径。CNT可具有良好的力学性能、电学性能和传热性能。

附着到中间层12的外表面的CNT 13(例如，多个CNT 13)可以是单壁CNT或多壁CNT。CNT 13可以在其端部或中间附着到中间层12。CNT 13的所附着到中间层12的部位不受具体限制。CNT 13可以包括一层或多层CNT。

CNT 13可以是被修饰或官能化的，以使得CNT 13可以容易地附着到中间层12，例如，使得CNT 13容易地自组装在中间层12上。

在根据本发明示例性实施例的填充料10中，填充料核11的重量可以是填充料10的总重量的50％-95％，中间层12的重量可以是填充料10的总重量的0.1％-49％，CNT 13的重量可以是填充料10的总重量的0.001％-10％。然而，根据本发明示例性实施例的填充料10中的填充料核11、中间层12和CNT 13的重量范围不受具体限制。

可通过在填充料核11的表面上包覆中间层12，然后在中间层12的表面上自组装CNT 13来制造根据本发明示例性实施例的填充料10。

可通过喷涂、旋涂、散布(dispensing)在填充料核11的表面上包覆中间层12。在一个示例性实施例中，可以首先化学修饰填充料核11的表面或使其官能化，然后可通过喷涂、旋涂、散布(dispensing)在填充料核11的表面上包覆中间层12。在一个示例性实施中，可以化学修饰中间层12的外表面或使其官能化，以使得之后CNT 13可以容易地附着到中间层12，例如，使得CNT 13容易地自组装在中间层12上。

可通过化学吸附自组装、静电自组装、模板自组装、表面张力及毛细管力诱导下的自组装、DNA操纵下的自组装等方法在中间层12的表面上自组装CNT 13。在一个示例性实施例中，可将包覆有中间层12的填充料核11浸在分散有CNT的溶液中来使得CNT在中间层12上自组装，然后去除溶剂并执行干燥来制造填充料10；在这种情况下，可以对中间层12的表面进行修饰(或不修饰)或官能化(或不官能化)，之后执行CNT的自组装。

中国专利公布CN1500715A、中国专利公布CN103827026A、“碳纳米管的自组装研究进展”(李静等，《材料导报》，2007年11月第21卷专辑IX，131-133页)、“碳纳米管自组装的研究进展”(周延辉等，《陕西科技大学学报》，第30卷，第2期，39-43页，2012年4月)、“碳纳米管在APTES自组装膜表面沉积的研究”(彭倚天等，《微细加工技术》，2006年6月，第3期，54-57页)、“层层自组装法制备碳纳米管薄膜研究进展”(王素敏等，《广州化工》，2011年39卷第3期，22-27页)、“基于有机功能化碳纳米管的自组装”(王国建等，《化学通报》，2006年第12期，892-901页)、“多壁碳纳米管在不同表面功能基团自组装膜上的沉积”(彭倚天等，《中国机械工程》，第16卷第14期，2005年7月，1286-1288页)中公开了CNT的多种自组装方法，本申请通过引用将这些文献包含于此，其中合适的方法可用于执行CNT13在中间层12上的自组装。

根据本发明示例性实施例的环氧塑封料包括作为基体树脂的环氧树脂、固化剂和根据本发明示例性实施例的填充料10。在一个实施例中，根据本发明示例性实施例的环氧塑封料包括均匀地或非均匀地分散在环氧树脂中的填充料10。

环氧树脂是环氧塑封料的重要组成部分之一。环氧树脂的种类和它所占的比例的不同，不但直接影响着环氧塑封料的流动特性，还直接影响着环氧塑封料的热性能和电特性。环氧树脂可包括双酚A型环氧树脂、邻甲酚型环氧树脂、联苯型环氧树脂、多官能团型环氧树脂、茶型环氧树脂、改性环氧树脂中的至少一种。环氧树脂的类型不受具体限制。

固化剂的主要作用可以是与环氧树脂反应形成一种稳定的三维网络结构。固化剂和环氧树脂一起影响着环氧塑封料的流动特性、热性能和电特性。固化剂可包括酚醛树脂、酸酐类固化剂、多胺类固化剂中的至少一种。固化剂的类型不受具体限制。

在根据本发明示例性实施例的环氧塑封料中，环氧树脂的重量可以是环氧塑封料的总重量的6％-30％，固化剂的重量可以是环氧塑封料的总重量的3％-15％，填充料10的重量可以是环氧塑封料的总重量的60％-90％。然而，根据本发明示例性实施例的环氧塑封料中的环氧树脂、固化剂和填充料10的重量范围不受具体限制。

根据本发明示例性实施例的环氧塑封料可由环氧树脂、固化剂和根据本发明示例性实施例的填充料10组成。可选择地，根据本发明示例性实施例的环氧塑封料还可包括固化促进剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、改性剂、应力吸收剂、粘接助剂等中的至少一种。

根据本发明示例性实施例的环氧塑封料的制造方法可包括将环氧树脂、固化剂和根据本发明示例性实施例的填充料10混合。在一个实施例中，可以混合环氧树脂、固化剂和根据本发明示例性实施例的填充料10以得到混合物，然后熔炼混合物，之后冷却并粉碎混合物，以得到根据本发明示例性实施例的环氧塑封料。

参照图2，根据本发明示例性实施例的填充料和环氧塑封料所应用到的半导体封装件100包括基板110、安装在基板110上的半导体芯片120以及包封半导体芯片120的包封构件130。包封构件130可由根据本发明示例性实施例的环氧塑封料制成，更具体地讲，包封构件130可以是固化的根据本发明示例性实施例的环氧塑封料。

基板110可以是印刷电路板(PCB)。基板110可具有上表面和与上表面相对的下表面。基板110可包括设置在上表面上的上焊盘(未示出)、设置在下表面上的下焊盘(未示出)以及设置在基板110的内部以将上焊盘与下焊盘电连接的内部引线。

半导体芯片120具有主动面和与主动面相对(或背对主动面)的非主动面。半导体芯片120可正装于基板110上(更具体地，基板110的上表面上)，或者可倒装于基板110上(更具体地，基板110的上表面上)。在半导体芯片120正装于基板110上的情况下，半导体芯片120的非主动面(即，面对基板110的表面)可通过芯片粘附膜固定在基板110的芯片支撑部上，半导体芯片120的主动面(即，背对基板110的表面)可通过键合线电连接到基板110的上表面上的上焊盘，上焊盘可通过基板110内部的引线电连接到基板110的下表面上的下焊盘。在半导体芯片120倒装于基板110上的情况下，半导体芯片120的主动面(即，面对基板110的表面)可通过凸块(bump)安装在基板110的上表面上的上焊盘上并电连接到基板110的上表面上的上焊盘，上焊盘可通过基板110内部的引线电连接到基板110的下表面上的下焊盘，半导体芯片120的非主动面可背对基板110的上表面。半导体芯片120在基板110上的安装形式不限于正装或倒装。虽然图2中示出了一个半导体芯片120，但是半导体芯片可以是多个，例如层叠的多个半导体芯片。

包封构件130包封半导体芯片120，以保护半导体芯片120不受外界环境或外部冲击的影响。包封构件130还可包封基板110的其上安装有半导体芯片120的上表面的至少一部分。在一个实施例中，包封构件130包封半导体芯片120以及基板110的上表面的全部。

半导体封装件100还可包括设置在基板110的下表面上的外部连接端子140。外部连接端子140可设置在基板110的下表面上的下焊盘上。因此，半导体芯片120可通过基板110电连接到外部连接端子140，具体地，可通过基板110的上焊盘、内部引线和下焊盘电连接到外部连接端子140。外部连接端子140可以是焊球。

可通过提供基板110，在基板110上安装半导体芯片120，用包封构件130包封半导体芯片120，并在基板110上附着外部连接端子140来制造半导体封装件100。制造半导体封装件100的方法可以是已知的，在此不再赘述。

因为CNT具有良好的电磁屏蔽作用，所以包括CNT 13的包封构件130可具有良好的屏蔽电磁辐射的作用，从而提高半导体封装件100的可靠性。

此外，包封构件130中的CNT 13可以有效地吸附塑封过程中或之后产生的气体，减少气体通道的形成，从而提高半导体封装件100的可靠性。

此外，包封构件130中的CNT 13可以有效地吸附来自外界环境的湿气，从而提高半导体封装件100的可靠性。

虽然参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出形式上和细节上的各种改变。

Claims

1.一种填充料，其特征在于所述填充料包括：

填充料核；

包覆填充料核的中间层；以及

附着到中间层的外表面的碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核包括氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硼、红磷、有机磷类、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸钙、硼酸锌中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核具有0.1μm-150μm的粒径。

4.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，中间层包括有机凝胶、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮盐、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，中间层具有0.1μm-150μm的厚度。

6.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核的表面、中间层本身、中间层的外表面和所述碳纳米管中的至少一者是被修饰或官能化的。

7.根据权利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核的重量是填充料的总重量的50％-95％，中间层的重量是填充料的总重量的0.1％-49％，碳纳米管的重量是填充料的总重量的0.001％-10％。

8.根据权利要求1至权利要求7中的任一项所述的填充料的制造方法，其特征在于所述方法包括：

在填充料核的表面上包覆中间层；以及

在中间层的表面上自组装碳纳米管。

9.一种环氧塑封料，其特征在于所述环氧塑封料包括：

环氧树脂；

固化剂；以及

根据权利要求1至权利要求7中的任一项所述的填充料。

10.根据权利要求9所述的环氧塑封料，其特征在于，环氧树脂的重量是环氧塑封料的总重量的6％-30％，固化剂的重量是环氧塑封料的总重量的3％-15％，所述填充料的重量是环氧塑封料的总重量的60％-90％。