CN106674911B - 一种半导体封装用高粘接环氧塑封料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体封装用高粘接环氧塑封料。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%、粘接改性剂的含量为0.1~0.8wt%、脱模剂的含量为0.1~1.5wt%及偶联剂的含量为0.1~1wt%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，得到可以提高半导体器件中与芯片、框架粘接力的环氧塑封料。

Description

一种半导体封装用高粘接环氧塑封料
技术领域
本发明涉及一种半导体封装用环氧塑封料，特别涉及到一种半导体封装用提高与芯片、框架粘接力的环氧塑封料。
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，为保证器件的可靠性对封装体内部塑封料与芯片、各种框架表面的粘接力提出更高要求。
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。传统最为常见偶联剂有KH550、KH560等，同时具有甲(或乙)氧基基团和另一特殊官能团，如环氧基、氨基等，甲(或乙)氧基基团经过水解形成羟基与填料或无机材料表面羟基结合，环氧基、氨基、巯基与有机树脂或金属界面反应结合，以改善树脂体系与填料的界面相容性，提高结合力。但是，由于单一偶联剂分子链小，而封装结构与材料界面的复杂性，其界面改善所依赖的化学反应几率不高，难于满足高粘接力的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体封装用提高与芯片、框架粘接力的环氧塑封料。
本发明的技术方案如下：
一种半导体封装用高粘接环氧塑封料，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苄基二甲胺、α-甲基苄基二甲胺、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。
所述的粘接改性剂为聚硅氧烷低聚物，粘度在10-100cP，分子式如下：
其中，R1是甲氧基或聚硅氧烷链，R2是乙氧基或聚硅氧烷链，所述的聚硅氧烷链中含有甲氧基或乙氧基；
3个链段单元b/(a+b+c)≥0.5,a/(a+b+c)≥0.15，c/(a+b+c)≥0.05。
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、着色剂和改性剂中的一种或几种；
所述的阻燃剂在环氧塑封料中的含量为0～10％；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0～3wt％；
所述的改性剂在环氧树脂组合物中的含量为0～5wt％。
所述的阻燃剂选自卤系阻燃剂、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；
所述的着色剂选自钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑中的任意一种或几种；
所述的改性剂选自液体硅油、硅橡胶或它们的混合物。
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、粘接改性剂、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、粉碎得到所述的提高半导体器件中与芯片、框架粘接力环氧塑封料的粉状料；进一步预成型为饼料，获得其成型材料。
本发明的作用机理如下：在环氧塑封料高温条件下中，粘接改性剂中的甲氧基(或乙氧基)通过脱甲醇(或乙醇)形成羟基并进一步与填料或芯片表面羟基发生缩水反应生成化学键，同时巯基和硫氰基中孤对电子与金属空轨道配位形成配位键，环氧基与固化剂反应接入树脂固化网格。如上所述，粘接改进剂同时实现改善环氧塑封料中树脂、填料两大主体组份分别于与芯片、金属框架之间界面的结合力，且由于同时具备4种官能团，大大提高了改善界面结合力的反应几率。
本发明的环氧塑封料是一种可以提高半导体器件中与芯片、框架粘接力环氧塑封料，该组合物同时还具备了必要的流动性、成型性和阻燃性。
附图说明
图1为粘接力测试示意图。
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：粘接改性剂(粘度25cP，a:b:c＝2:6:2)
E2：粘接改性剂(粘度100cP，a:b:c＝4:5:1)
E1：粘接改性剂(粘度65cP，a:b:c＝3:6:1)
E1：粘接改性剂(粘度10cP，a:b:c＝1.5:8:0.5)
E1-E4制备方法：3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷与适量的水混合，在常温(20-30度)条件下搅拌2小时，静置12小时后再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和适量水继续搅拌2小时，静置12小时后鼓气泡4小时，倒出液体即可。
巴蜡：巴西棕榈蜡
偶联剂KH560
阻燃剂硼酸锌(d50为1μm)
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：
粘接力测试
样品制备——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在样片表面成型，如图1所示。样片分别选择裸铜片和表面镀银层铜片。
粘接力测试——在20mm/min速度下沿样片表面施以剪切作用力，测试塑封料与样片脱开前的最大力值。粘接力测试以每个实施例(或比较例)测试5个样品，将5个测试结果取平均值作为该实施例(或比较例)的粘接力测试结果。
耐焊性
使用低压传递模塑成型机(上海日申机械设备有限公司生产，SY-250T)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成型材料成型为SOP8L，随后在175℃温度下后固化8小时。选取10个样件，在温度为85℃、相对湿度为60％的环境下储存96小时，随后进行260℃红外回流焊处理3次。此后通过超声波扫描装置测试封装样件内部是否存在剥离或裂纹，并统计不良样件数量。当不良样件数量为n时，表示为“n/10”。
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，高粘接环氧塑封料在铜表面、银表面粘接力改善明显，同时保证了吸湿后耐焊性能。

Claims (9)

1.一种半导体封装用高粘接环氧塑封料，其特征在于，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：
所述的粘接改性剂为聚硅氧烷低聚物，粘度在10-100cP，分子式如下：
其中，R1是甲氧基或聚硅氧烷链，R2是乙氧基或聚硅氧烷链，所述的聚硅氧烷链中含有甲氧基或乙氧基；
3个链段单元b/(a+b+c)≥0.5,a/(a+b+c)≥0.15，c/(a+b+c)≥0.05。
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苄基二甲胺、α-甲基苄基二甲胺、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。
7.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。
8.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、着色剂和改性剂中的一种或几种；
所述的阻燃剂在环氧塑封料中的含量为0～10％；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0～3wt％；
所述的改性剂在环氧树脂组合物中的含量为0～5wt％。
9.根据权利要求8所述的环氧塑封料，其特征在于，
所述的阻燃剂选自卤系阻燃剂、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；
所述的着色剂选自钛白粉、氧化锌、锌钡白、炭黑中的任意一种或几种；
所述的改性剂选自液体硅油、硅橡胶或它们的混合物。
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