CN106674910A - 一种半导体封装用低应力环氧塑封料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可以降低半导体器件应力的包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料。按照所述的环氧塑封料中环氧树脂的含量为5~18wt%、酚醛树脂的含量为2.5~10wt%、固化促进剂的含量为0.05~0.5wt%、填料的含量为60~90wt%、聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的含量为0.5~10wt%、脱模剂的含量为0.1~1.5wt%及偶联剂的含量为0.4~1.5wt%称取上述原料；将上述组分混合均匀，然后在开放式炼胶机上熔融混炼均匀后取下并自然冷却、粉碎，得到可以降低半导体器件应力的包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料的粉状料。

Description

一种半导体封装用低应力环氧塑封料
技术领域
本发明涉及一种半导体封装用环氧塑封料，特别涉及到一种可以降低半导体器件应力的包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料。
背景技术
环氧塑封料有许多优异的性能，在封装领域已经得到了广泛的应用，是半导体元器件、集成电路封装的主流材料。近年来，半导体向高集成化发展，芯片更大，结构更复杂，布线更细，塑封体则越来越小、薄，而经过焊接工序时产生的热应力，更容易导致芯片损失或封装体开裂，应发产品失效。为适应小、薄型封装形式的发展，需要塑封料能适应更高的降低应力要求。
半导体封装用环氧塑封料的组分一般包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂、填料、阻燃剂、脱模剂、偶联剂、着色剂、力学改性剂等等，其中的力学改性剂主要包括硅油或硅树脂。传统的技术手段中通常采用添加上述应力改性剂降低弯曲模量，进而降低应力，但这些技术对应力改善幅度有限，同时会带来粘接不良和界面分层等其它问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以降低半导体器件应力的包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料。
本发明的技术方案如下：
一种可以降低半导体器件应力的环氧塑封料，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：
所述的环氧树脂选自邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、脂环族环氧树脂和杂环型环氧树脂中的任意一种或几种。
所述的酚醛树脂选自苯酚线性酚醛树脂及其衍生物、苯甲酚线性酚醛树脂及其衍生物、单羟基或二羟基萘酚醛树脂及其衍生物、对二甲苯与苯酚或萘酚的缩合物和双环戊二烯与苯酚的共聚物中的任意一种或几种。
所述的固化促进剂选自咪唑化合物、叔胺化合物和有机膦化合物中的任意一种或几种；
所述的咪唑化合物选自2-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和2-(十七烷基)咪唑中的任意一种或几种；
所述的叔胺化合物选自三乙胺卞基二甲胺、α-甲基卞基二甲胺、2-(二甲胺基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7中的任意一种或几种；
所述的有机膦化合物选自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三(对甲基苯基)膦和三(壬基苯基)膦等中的任意一种或几种。
所述的填料选自氧化铝微粉、氧化钛微粉、氮化硅微粉、氮化铝微粉和二氧化硅微粉中的任意一种或几种；
所述的二氧化硅是结晶型二氧化硅、熔融型二氧化硅或者是它们的混合物，或者所述的二氧化硅是硅烷偶联剂改性过的二氧化硅。
所述的聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂中的聚硅氧烷含量3％～50wt％；聚硅氧烷是线性结构，分子链节为-(SiR1R2O)-，其中R1、R2选自甲基或苯基；聚硅氧烷的分子量为200～2000。
所述的脱模剂选自巴西棕榈蜡、合成蜡和矿物质蜡中的任意一种或几种。
所述的偶联剂选自γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种。
所述的环氧塑封料中还包含有阻燃剂和着色剂中的一种或几种。
所述的阻燃剂在环氧塑封料中的含量为0～10％；
所述的阻燃剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂中的任意一种或几种，或者是氢氧化物阻燃剂；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0～3wt％；
所述的着色剂选自钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑中的任意一种或几种。
本发明的环氧塑封料的制备方法：将环氧树脂、酚醛树脂、固化促进剂、填料、聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂、脱模剂和偶联剂混合均匀(如包含其它成分时将其它成分与上述成分同时混合均匀)，再在温度为70～100℃的开放式炼胶机上熔融混炼均匀，将混合均匀的物料从开放式炼胶机上取下自然冷却、粉碎得到所述的包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料的粉状料；进一步预成型为饼料，获得包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料的成型材料。
本发明的作用机理如下：在环氧塑封料高温固化过程中，聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂通过含有的羟基与环氧树脂中的环氧基发生化学反应而接入固化交联网格，降低了交联密度，同时由于聚硅氧烷链段自身的柔顺性，都使得固化后的环氧塑封料体系力学模量有明显降低。
本发明的环氧塑封料是一种低弯曲模量的半导体封装用材料，该组合物同时还具备了必要的流动性、成型性和阻燃性。
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。
本发明中涉及到的各成分及代号如下：
A1：邻甲酚醛环氧树脂(巴陵石化制“CYDCN-200H”)
A2：联苯型环氧树脂(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制“YX-4000”)
A3：苯酚芳烷基型环氧树脂(Nippon Kayaku Co.,Ltd.制“NC3000”)
A4：二环戊二烯型环氧树脂(日本DIC Corporation制“HP-7500”)
B1：苯酚线性酚醛树脂(日本DIC Corporation制“TD-2131”)
B2：苯酚烷基酚醛树脂(Mitsui Chemicals,Inc.制“XLC-4L”)
B3：苯酚芳烷基酚醛树脂(Meiwa Plastic Industries,Ltd.制“MEH-7851ss”)
C1：2－甲基咪唑
C2：α－甲基卞基二甲胺
C3：三苯基膦
D：二氧化硅微粉(d50为22um)
E1：聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂(聚甲基硅氧烷分子量2000，在改性线性酚醛树脂中含量50％)
E2：聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂(聚甲基硅氧烷分子量200，在改性线性酚醛树脂中含量35％)
E3：聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂(聚甲基苯基硅氧烷分子量1000，在改性线性酚醛树脂中含量14％)
E4：聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂(聚甲基苯基硅氧烷分子量2000，在改性线性酚醛树脂中含量3％)
巴蜡：巴西棕榈蜡
偶联剂KH560
阻燃剂硼酸锌(d50为1um)
E1-E4制备方法：在苯酚和甲醛的甲苯丙酮混合溶液中滴加指定分子量的羟基封端聚硅氧烷，在适量的反应促进剂和分子量控制剂的作用下发生接枝共聚反应，后经蒸馏提纯等步骤获得E1-E4组分。
实施例1～12
实施例1～12组合物的组成见表1，评价结果见表1。
实施例1～12组合物的制备方法如下：
按照配比称量并混合各成分后，在温度为60～110℃预热的开放式炼胶机上熔融混炼均匀，将混合均匀的物料从开放式炼胶机上取下自然冷却、粉碎得粉状料，预成型为饼料，获得环氧塑封料成型材料，并用以下方法进行评价，结果见表1。
实施例1～12组合物的评价方法如下：
弯曲强度、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60bar，固化时间为110s条件下，将所得的环氧塑封料成型材料成型为长120mm、宽15mm、高10mm的长方体试验样条。使用微机控制电子万能试验机在150℃下测试样条的弯曲强度(MPa)和弯曲模量(GPa)。
评价结果见表1。
表1：实施例组合物组成及评价结果(以重量百分比计)
比较例1～12
比较例1～12组合物的组成见表2，制备方法同实施例1，评价方法同实施例1，评价结果见表2。
表2：比较例组合物组成及评价结果(以重量百分比计)
由上述实施例及比较例可看出，包含聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂的环氧塑封料在保持弯曲强度不变的同时，弯曲模量显著更低，将有效降低半导体器件应力。

Claims (10)

1.一种半导体封装用低应力环氧塑封料，其特征在于，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：
环氧树脂 5～18wt%
酚醛树脂 2.5～10 wt%
固化促进剂 0.05～0.5 wt%
填料 60～90 wt%
聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂 0.5～10wt%
脱模剂 0.1～1.5wt%
偶联剂 0.4～1.5wt%。
2.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的环氧树脂选自邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、脂环族环氧树脂和杂环型环氧树脂中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的酚醛树脂选自苯酚线性酚醛树脂及其衍生物、苯甲酚线性酚醛树脂及其衍生物、单羟基或二羟基萘酚醛树脂及其衍生物、对二甲苯与苯酚或萘酚的缩合物和双环戊二烯与苯酚的共聚物中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的固化促进剂选自咪唑化合物、叔胺化合物和有机膦化合物中的任意一种或几种；
所述的咪唑化合物选自2-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和2-（十七烷基）咪唑中的任意一种或几种；
所述的叔胺化合物选自三乙胺卞基二甲胺、a-甲基卞基二甲胺、2-（二甲胺基甲基）苯酚、2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚和1,8-二氮杂双环（5,4,0）十一碳烯-7中的任意一种或几种；
所述的有机膦化合物选自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（对甲基苯基）膦和三（壬基苯基）膦等中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的填料选自氧化铝微粉、氧化钛微粉、氮化硅微粉、氮化铝微粉和二氧化硅微粉中的任意一种或几种；
所述的二氧化硅是结晶型二氧化硅、熔融型二氧化硅或者是它们的混合物，或者所述的二氧化硅是硅烷偶联剂改性过的二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的聚硅氧烷共聚改性线性酚醛树脂中的聚硅氧烷含量3%~50wt%；聚硅氧烷是线性结构，分子链节为-（SiR1R2O）-，其中R1、R2选自甲基或苯基；聚硅氧烷的分子量为200~2000。
7.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的脱模剂选自巴西棕榈蜡、合成蜡和矿物质蜡中的任意一种或几种。
8.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的偶联剂选自γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1所述的环氧塑封料，其特征在于，所述的环氧塑封料中还包含有阻燃剂和着色剂中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的环氧塑封料，其特征在于，
所述的阻燃剂在环氧塑封料中的含量为0~10%；
所述的阻燃剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂中的任意一种或几种，或者是氢氧化物阻燃剂；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0~3wt%；
所述的着色剂选自钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑中的任意一种或几种。
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