CN110396386A - 一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法 - Google Patents

一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法，所述胶水包括以下重量份数的各组分：环氧树脂15～25份；活性环氧稀释剂2.5‑10份；固化剂1～6.5份；固化催化剂0.5～2.5份；无机填料55～80份；其它添加剂0.01～5份。本发明通过使用结晶型二氧化硅，球型二氧化硅，球型三氧化二铝作为无机填料，固化后的产物具有2.2W/m·K以上的导热系数，可用于各种高功率芯片封装，在电子封装领域具有广阔的应用前景。

Description

一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子封装材料技术领域，具体涉及一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法。
背景技术
随着集成电路技术的进步，具有高速度、高器件密度、低功耗以及低成本的芯片成为超大规模集成电路制造的主要产品。由于芯片中的导线密度不断增加，导线宽度和间距不断减小，互联中的电阻和电容所产生的寄生效应越来越明显，此寄生效应会造成信号传播延迟，功率耗散等。因此，高导热系数胶水越来越受到人们的关注。
对于电子贴封绝缘胶水来说，其主要组分为环氧树脂、固化剂和无机填料，其中，环氧树脂和固化剂反应后的交联产物的导热系数只有0.13～0.26W/m·K，该数值远远小于器件对于导热系数的要求，所以，提高环氧模塑料的导热率的主要方法为选择合适的无机填料。
现有技术中，专利文献CN107779153A中公开了一种高导热阻燃环氧树脂灌封胶，其导热系数达到3.0-5.0W/mK，阻燃等级为UL94V-0级；该环氧树脂灌封胶包括A组分和B组分，其中，所述A组分主要由以下重量份的原料制备而成：环氧树脂60-80份、无机填料20-40份、功能性助剂0.3-2份、活性稀释剂1-3份；所述无机填料选自氮化硼纳米管、氮化硼纳米片、氮化铝、氧化铝、硅微粉中的至少两种，保证环氧灌封胶具有更高的导热性能；所述功能性助剂包括分散剂和消泡剂；所述B组分主要由以下重量份的原料制备而成：固化剂90-95份、促进剂5-10份；所述A组分与B组分的质量比为(10-15)。该专利采用双组分胶水，其操作性差。且该专利使用氮化硼纳米管原料，此原料价格昂贵且实际操作不易分散。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水及其制备方法，用于芯片贴封领域。该胶水在固化后具有良好的导热系数(大于2.2W/m·K)，为达到这一目的，使用结晶型二氧化硅，球型二氧化硅，球型三氧化二铝作为填料。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，包括以下重量份数的各组分：
优选地，所述环氧树脂含有两个或以上的环氧基团，具体包括双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂，带有萘骨架的环氧树脂，二环戊二烯型环氧树脂，三苯酚甲烷型环氧树脂，联苯型环氧树脂中的至少一种。
优选地，所述活性环氧稀释剂选自单环氧基，双环氧基，三环氧基化合物中的至少一种。例如：丙烯基缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚中的至少一种。
优选地，所述固化剂为能担当环氧树脂交联反应的物质，选自有机酸酐类化合物，脂肪胺类，芳香胺类和咪唑类化合物中的至少一种。
优选地，所述固化催化剂作为环氧树脂和固化剂的催化剂，选自胺及其盐(如取代脲)，三苯基膦及季膦盐，取代异氰酸酯加成物中的至少一种。
优选地，所述无机填料为结晶型二氧化硅，熔融型二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛，氢氧化铝，滑石，粘土和玻璃纤维中的至少一种。
优选地，所述无机填料包括以下重量份数的各组分：10～20份结晶型二氧化硅，10～30份球型二氧化硅，10～30份球型三氧化二铝。
本发明采用的结晶型二氧化硅具有良好的导热系数，其数值约为14W/m·K，使用结晶型二氧化硅作为无机填料，可大幅提高胶水的导热系数，从而大幅提高封装后芯片的可靠性。本发明进一步通过将结晶型二氧化硅与球型二氧化硅、球型三氧化二铝的搭配使用，从而获得了兼具导热和高粘度性能、且成本大幅降低的胶水。
优选地，所述结晶型二氧化硅的平均粒径为5-20微米；所述球型二氧化硅的平均粒径为20-40微米；所述球型三氧化二铝的平均粒径为20-40微米。
优选地，所述其它添加剂包括阻燃剂(如膦，氮阻燃剂)、着色剂(如炭黑，酞,菁蓝)、偶联剂中的至少一种。
本发明还提供了一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂、活性环氧稀释剂、固化剂、固化催化剂、无机填料、其它添加剂按比例搅拌混合，然后将混合后的产物研磨，刮板粒度小于20微米，再将研磨后的产物进行搅拌混合，即得所述具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水。
优选地，所述搅拌采用高速搅拌机，研磨采用三辊研磨机。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明所得到的胶水具有以下特点：高的热导系数，固化后的产物具有2.2W/m·K以上的导热系数，且具有明显的价格优势(成本明显低于其他氮化硼填料胶水)，可用于各种高功率芯片封装，在电子封装领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将25份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，6.5份脂肪胺类固化剂，10份1,4-丁二醇二缩水甘油醚，2.5份取代脲，35份平均粒径在20微米的球型二氧化硅，20份平均粒径在20微米氧化铝，1份偶联剂，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入三辊研磨机挤出机进行研磨，刮板粒径小于20微米，再将研磨之后的产物进行高速搅拌，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。
实施例2
将25份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，6.5份脂肪胺类固化剂，10份1,4-丁二醇二缩水甘油醚，2.5份取代脲，15份平均粒径在5微米的结晶型二氧化硅，20份平均粒径在20微米的球型二氧化硅，20份平均粒径在20微米的球型三氧化二铝，1份偶联剂，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入三辊研磨机进行研磨，刮板粒径小于20微米，将研磨之后产物进行高速搅拌，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1。
实施例3
将15份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，1份脂肪胺类固化剂，2.5份1,4-丁二醇二缩水甘油醚，0.5份取代脲，20份平均粒径在5微米的结晶型二氧化硅，30份平均粒径在20微米的球型二氧化硅，30份平均粒径在20微米的球型三氧化二铝，1份偶联剂，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入三辊研磨机进行研磨，刮板粒径小于20微米，将研磨之后产物进行高速搅拌，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1。
实施例4
将15份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，1份脂肪胺类固化剂，2.5份1,4-丁二醇二缩水甘油醚，0.5份取代脲，10份平均粒径在5微米的结晶型二氧化硅，40份平均粒径在20微米的球型二氧化硅，30份平均粒径在20微米的球型三氧化二铝，1份偶联剂，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入三辊研磨机进行研磨，刮板粒径小于20微米，将研磨之后产物进行高速搅拌，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1。
实施例5
本实施例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中采用的5微米的结晶型二氧化硅代替20微米的球型二氧化硅。
实施例6
本实施例与实施例2的方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中采用熔融型二氧化硅代替结晶型二氧化硅。
实施例7
本实施例与实施例2的方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中采用氢氧化铝代替球型三氧化二铝。
实施例8
本实施例与实施例2的方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例中采用20份平均粒径在5微米的结晶型二氧化硅，15份平均粒径在10微米的球型二氧化硅，20份平均粒径在20微米的球型三氧化二铝。
评价方法：
粘度测试：使用Brookfield粘度仪进行测试，测量温度25℃，测量转速5rmp和0.5rmp。
导热系数：使用Anter的热导率测试仪，型号为quickline-10,样块厚度为5mm，直径50mm，温度控制在43℃。
热膨胀系数和玻璃化转变温度：使用TA热机械分析仪，型号为Q400，进行测试，测量参数为：10℃/min加热至280℃，载荷为0.1N.
表1
由上表1的结果可见，实施例2-4的效果优于其他实施例，而其中实施例3制备得到的胶水的导热&操作性能优最佳。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：
2.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述环氧树脂含有两个或以上的环氧基团，具体包括双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂，带有萘骨架的环氧树脂，二环戊二烯型环氧树脂，三苯酚甲烷型环氧树脂，联苯型环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述活性环氧稀释剂选自单环氧基，双环氧基，三环氧基化合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述固化剂选自有机酸酐类化合物，脂肪胺类，芳香胺类和咪唑类化合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述固化催化剂选自叔胺及其盐，三苯基膦及季膦盐，取代异氰酸酯加成物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述无机填料为结晶型二氧化硅，熔融型二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛，氢氧化铝，滑石，粘土和玻璃纤维中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述无机填料包括以下重量份数的各组分：10～20份结晶型二氧化硅，10～30份球型二氧化硅，10～30份球形三氧化二铝。
8.根据权利要求5或6所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述结晶型二氧化硅的平均粒径为5-20微米；所述球型二氧化硅的平均粒径为20-40微米；所述球型三氧化二铝的平均粒径为20-40微米。
9.根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水，其特征在于，所述其它添加剂包括阻燃剂、着色剂、偶联剂中的至少一种。
10.一种根据权利要求1所述的具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂、活性环氧稀释剂、固化剂、固化催化剂、无机填料、其它添加剂按比例搅拌混合，然后将混合后的产物研磨，刮板粒度小于20微米，再将研磨后的产物进行搅拌混合，即得所述具有高导热系数的芯片贴封绝缘胶水。
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