CN104497489A - 小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，特别涉及到可以降低小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物中已固化环氧树脂组合物含量的制备方法。在制备过程中，首先将环保型阻燃剂与二氧化硅微粉的混合粉体使用气流磨分散，改善环保型阻燃剂的分散效果，之后通过高速搅拌将气流磨分散后的混合粉体与环保型环氧组合物的其它组份分散均匀，再通过往复式单螺杆挤出机-开炼机混炼制成环保型环氧树脂组合物，该组合物中减少了已固化环氧树脂组合物含量，在封装时降低漏封不良率。

Description

小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法

技术领域

本发明涉及到半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，特别涉及到可以降低小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物中已固化环氧树脂含量的制备方法。

背景技术

近年来，由于环保要求，半导体集成电路或分立器件在安装时使用的焊料正在推行“无铅化”，与此相应的焊接红外回流温度变高，要求封装材料具备更高的耐焊性；同时，传统的半导体封装用环氧树脂组合物中溴-锑阻燃体系将不再使用，取而代之的是环保的阻燃技术。

针对上述需求，有使用红磷的方法(见JP特开平9-227765号公报)、使用磷酸酯化合物的方法(见JP特开平9-235449号公报)、使用磷腈化合物的方法(见JP特开平8-225714号公报)、使用金属氢氧化物的方法(见JP特开平9-241483号公报)、配合使用金属氢氧化物和金属化合物的方法(见JP特开平9-100337号公报)，也有通过提高无机填料比例的方法(见JP特开平7-82343号公报)、使用自身难燃树脂的方法(见JP特开平11-140277号公报)等。

在上述阻燃技术中，为保证阻燃性能，金属氢氧化物需要颗粒度小且均匀分散，而由于金属氢氧化物粉末颗粒的相互作用，即使金属氢氧化物粉末初始颗粒小，但极易团聚难于分散的特性，致使在产品设计时不得不大量添加，同时导致产品在生产过程热熔状态下极易粘附在设备金属部件表面。

常见的分散技术，包含高速搅拌、熔融挤出、熔融混炼，对小颗粒金属氢氧化物粉末的分散作用有限，均有待进一步提高。

对于小尺寸半导体元器件，如SOP、SOT、TSOP等，由于外形尺寸较小，其封装模具设计的注胶口相比传统半导体元器件的模具注胶口尺寸更小，进而对封装使用的环氧组合物中大颗粒物质的比例要求更加严苛，其中包括已固化环氧树脂组合物颗粒。

单螺杆挤出-开炼机混炼的制备方法，由于其过程温度-时间更加方便控制，有利于减少已固化环氧树脂组合物颗粒的产生，在小尺寸半导体封装用环氧组合物的生产制造中广泛采用。但是，由于环保型环氧树脂组合物中添加大量的金属氢氧化物组份，加剧了生产过程中环氧组合物在高热的设备表面粘附的状况，进而导致环氧树脂过度反应，提前固化的大颗粒难于控制，因此单螺杆挤出-开炼机混炼的制备方法在环保型环氧树脂组合物的生产应用受到很大限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述不足，提供可以降低小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物中已固化环氧树脂含量的制备方法。

为了解决上述技术问题，通过以下技术方案得以实施：

小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将称量好的环保型阻燃剂与二氧化硅微粉按照1:1的比例混合，再使用气流磨分散；

第二步：通过高速搅拌机将第一步获得的混合粉体与环保型环氧组合物的剩余二氧化硅微粉和炭黑搅拌均匀，并用硅烷偶联剂进行表面处理；

第三步：加入环保型环氧组合物其余组分，包括环氧树脂、酚醛树脂、固化促进剂、脱模剂，混合均匀；

第四步：通过往复式单螺杆挤出机、开炼机混炼制成均一的环保型环氧树脂组合物；

第五步：经过压片、冷却、粉碎、成型制成环保型环氧树脂组合物的预成型材料。

本发明所述的环保型阻燃剂是氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、钼酸锌或它们的混合物，粉体颗粒度分布D50为0.1～5μm，二氧化硅微粉颗粒度分布D50为1～10μm。

本发明所述的气流磨其工作压力0.1-0.9MPa。

本发明所述的往复式单螺杆挤出机的挤出口物料温度为90-125℃，开炼机出料位置的物料温度为75-100℃。

本发明采用上述制备方法后，其有益效果为：

本发明是通过气流磨中颗粒高速运动碰撞的分散原理，将易于团聚的环保阻燃剂充分分散，同时配合相对惰性的二氧化硅微粉，使二者相互掺杂混合，减少再次团聚，后序配合单螺杆挤出机和开炼机在熔融状态下充分混炼，实现更大程度的均匀分散，同时减少物料在设备表面粘附的状况，以减少已固化环氧树脂组合物含量，在封装时降低漏封不良率。

在制备过程中，首先将环保型阻燃剂与二氧化硅微粉的混合粉体使用气流磨分散，改善环保型阻燃剂的分散效果，之后通过高速搅拌将气流磨分散后的混合粉体与环保型环氧组合物的其它组份分散均匀，再通过单螺杆挤出-开炼机混炼制成环保型环氧树脂组合物，该组合物减少了已固化环氧树脂组合物含量，在封装时降低漏封不良率。

本发明制备的环保型环氧树脂组合物减少了已固化环氧树脂组合物含量，可以降低封装时漏封不良率，同时还具备良好的流动性、阻燃性和力学性能。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明，但这仅是举例，并不是对本发明的限制。

实施例1

原材料：

二氧化硅微粉D2(d50为10μm)

二氧化硅微粉D3(d50为5μm)

氢氧化铝Z1(d50为1μm)

氢氧化镁Z3(d50为0.1μm)

二氧化硅微粉D1(d50为25μm)

炭黑T

γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷G

邻甲酚醛环氧树脂A

苯酚线性酚醛树脂B

2－甲基咪唑C

巴西棕榈蜡W

制备方法：

第一步：将4wt％氢氧化铝Z1(d50为1μm)、1wt％氢氧化镁Z3(d50为0.1μm)与5wt％二氧化硅微粉D3(d50为5μm)混合，再使用气流磨分散，工作压力设定0.5MPa；

第二步：通过高速搅拌机将第一步获得的混合粉体与50wt％二氧化硅微粉D1(d50为25μm)、10wt％二氧化硅微粉D2(d50为10μm)、7wt％二氧化硅微粉D3(d50为5μm)和0.7wt％炭黑T搅拌均匀，并用0.6wt％硅烷偶联剂G进行表面处理；

第三步：加入14wt％环氧树脂A、7wt％酚醛树脂B、0.1wt％固化促进剂C、0.6wt％脱模剂W，混合均匀；

第四步：通过往复式单螺杆挤出机熔融挤出，物料温度125℃，之后物料传送至开炼机混炼，物料温度100℃，制成均一的环保型环氧树脂组合物；

第五步：经过压片、冷却、粉碎、成型制成环保型环氧树脂组合物的预成型材料。

评价方法：

评价方法如下，结果见表1。

已固化环氧树脂组合物含量

在100ml烧杯中分别加入60ml丙酮和20g样品，磁力搅拌30分钟使样品溶解，在60目筛网过滤，筛余物称重X，已固化环氧树脂组合物含量为X/20*100％。

弯曲强度和弯曲模量

使用低压传递模塑成型机在模具温度为175℃，注射压力为9.8MPa，固化时间为120s条件下，将所得的环氧树脂组合物预成型材料成型为150*12*10mm的试验样条，随后在175℃温度下后固化8小时。

按照GB/T1449-2005的规定方法，跨距100mm，速度3mm/min，进行弯曲强度和模量测试。

燃烧性能

按照GB4609-1984的规定方法，进行阻燃性能测试。

漏封不良率

使用低压传递模塑成型机在模具温度为175℃，注射压力为9.8MPa，固化时间为120s条件下，将所得环氧树脂组合物预成型材料成型为三极管SOT23，每模1600支，连续封装100模。此后外观测试封装样件缺封漏封数量，并统计不良率。

实施例2～5组合物的组成和过程参数见表1，制备方法同实施例1，评价方法同实施例1，评价结果见表1，在实施例1以外的成分如下所示。

二氧化硅微粉D4(d50为1μm)

氢氧化铝Z2(d50为5μm)

氢氧化镁Z4(d50为2μm)

硼酸锌Z5(d50为1μm)

钼酸锌Z6(d50为2μm)

比较例1

制备方法：

第一步：将4wt％氢氧化铝Z1(d50为1μm)、1wt％氢氧化镁Z3(d50为0.1μm)与50wt％二氧化硅微粉D1(d50为25μm)、10wt％二氧化硅微粉D2(d50为10μm)、12wt％二氧化硅微粉D3(d50为5μm)和0.7wt％炭黑T搅拌均匀，并用0.6wt％硅烷偶联剂G进行表面处理；

第二步：加入14wt％环氧树脂A、7wt％酚醛树脂B、0.1wt％固化促进剂C、0.6wt％脱模剂W，混合均匀；

第三步：通过往复式单螺杆挤出机熔融挤出，物料温度125℃，之后物料传送至开炼机混炼，物料温度100℃，制成均一的环保型环氧树脂组合物；

第四步：经过压片、冷却、粉碎、成型制成环保型环氧树脂组合物的预成型材料。

评价方法同实施例1，评价结果见表2。

比较例2～5组合物的组成和过程参数见表2，制备方法同比较例1，评价方法同实施例1，评价结果见表2。

表1：实施例组合物组成、制备步骤、过程参数及评价结果(以重量百分比计)

表2：比较例组合物组成、制备步骤、过程参数及评价结果(以重量百分比计)

由上述实施例及比较例可看出，经过气流磨分散、往复式单螺杆挤出、开炼机混炼，环保型环氧树脂组合物中已固化环氧树脂组合物含量减少，在封装时漏封不良率下降。

Claims (5)

1.小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，其特征是:包括如下步骤：

第一步：将称量好的环保型阻燃剂与二氧化硅微粉按照1:1的比例混合，形成混合粉体，再使用气流磨分散；

第二步：通过高速搅拌机将第一步获得的混合粉体与环保型环氧组合物的剩余二氧化硅微粉和炭黑搅拌均匀，并用硅烷偶联剂进行表面处理；

第三步：加入环保型环氧组合物其余组分，包括环氧树脂、酚醛树脂、固化促进剂、脱模剂，混合均匀；

第四步：通过往复式单螺杆挤出机-开炼机混炼制成均一的环保型环氧树脂组合物；

第五步：经过压片、冷却、粉碎、成型制成环保型环氧树脂组合物的预成型材料。

2.根据权利要求1所述的小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，其特征是：环保型阻燃剂是氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、钼酸锌或它们的混合物，粉体颗粒度分布D50为0.1～5μm，二氧化硅微粉颗粒度分布D50为1～10μm。

3.根据权利要求1所述的小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，其特征是：气流磨的工作压力为0.1-0.9MPa。

4.根据权利要求1所述的小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，其特征是：往复式单螺杆挤出机的挤出口物料温度为90-125℃。

5.根据权利要求1所述的小尺寸半导体封装用环保型环氧树脂组合物的制备方法，其特征是：开炼机出料位置的物料温度为75-100℃。