CN110903794A - 一种低温固化的可返修的底部填充材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温固化的可返修的底部填充材料及其制备方法。关键是填充材料包括A组分和B组分，其中A、B组分的构成是(均按重量百分比计)：A组分：环氧树脂85～90％；活性稀释剂10～15％；B组分：脂肪族胺固化剂85～95％；改性胺固化剂5～14.9％；其中，A组分与B组分之比为1～2∶1。本发明由双组分构成，具有低温固化和在190℃以下的进行有效返修的性能。

Description

一种低温固化的可返修的底部填充材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于胶粘剂技术领域，特别是涉及一种双组分构成的底部填充胶的构成以及相应的制备方法。
背景技术：
目前在电子组装中通常使用的焊接材料是锡银铜合金，典型的焊料的熔点大约217℃，回流焊接的峰值温度需要达到240℃以上。随着高密度封装技术的发展，新的高集成芯片对焊接温度敏感性提高，现有的组装在较高温度的回流焊接条件下，会有比较严重的非润湿性开路(NWO)缺陷的产生。为此，低温组装需求日益增加，使用低温焊料进行smt(Surface Mounting Technology，表面组装技术)逐渐成熟，所谓低温smt组装工艺指的是使用熔点低于160℃度的焊料，在不超过190℃条件下进行电子组装的工艺，现在成熟的材料是使用锡铋系列合金，该合金的熔点范围一般在138～160℃，由于电子产品通常需要进行补强或称底部填充，尤其是BGA(Ball Grid Array，焊球陈列封装)工艺的电子产品需要进行补强，常用的元器件的补强方法是引用一种低粘度的填充胶(水)填充焊接好的元器件底部，固化后实现元对器件的补强，大量应用于手机，电脑等精密组装和对可靠性有高要求的电子技术领域。现有的底部填充或补强制程所用的填充胶，由于热固化交联等原因，一般无法返修或者难以返修，少量可适应返修要求的底部填充材料，其返修温度都比较高，通常高于220℃。因此，适合低温smt组装工艺的底部填充胶就是一个急待解决的问题。
发明内容：
本发明的发明目的是公开一种可用低温焊接且具有低温固化和可返修的集成电路元器件的底部填充材料以及该填充材料的制备方法与应用。
实现本发明的技术解决方案是：所述的填充材料包括A组分和B组分，其中A、B组分的构成是(均按重量百分比计)：
A组分：环氧树脂 85～90％
活性稀释剂 10～15％
B组分：脂肪族胺固化剂 85～95％
改性胺固化剂 5～14.9％
其中，A组分与B组分之比为1～2∶1。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂的混合物；所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚或对叔丁基苯基缩水甘油醚或苄基缩水甘油醚或三者的混合物；所述的脂肪族胺固化剂为商品名为JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的混合物；改性胺固化剂为商品名为XT-295的固化剂。
所述的双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂的混合比为3∶1～6∶1，所述的丁基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚和苄基缩水甘油醚之间的混合比为1∶1∶1；所述的JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的混合比为2∶1～1∶2之间。
所述的填充材料的A、B组分之比为1.5∶1，其中B组分的构成是(按重量百分比计)：脂肪族胺固化剂为90～95％，改性胺固化剂为5～10％。
所述的低温固化的可返修的底部填充材料胶的制备方法，其制备步骤如下：
A组分：在带有调温装置和抽真空设备的反应釜中加入所述的环氧树脂，按120转/分钟的速率搅拌并同时升温，升温速率是2～3℃/分钟，升温至50～60℃时加入所述的活性稀释剂，再搅拌15～20分钟后，在真空状态下脱泡，最后过滤得A组分；
B组分：在带有抽真空设备的反应釜中加入脂肪族胺固化剂，以转速为120转/分钟搅拌10分钟后，加入改性胺固化剂搅拌20～30分钟后抽真空脱泡，最后过滤得B组分。
所述的填充材料应用于集成电路元器件制备领域。
本发明公开了一种对电子元器件进行补强的填充材料，其由双组分构成，使用时混合，其首先可以在常温下储存，在使用状态时填充材料具有良好的流变性能，以实现填充的作用，同时具有不同的凝固速率的性能，实现初步凝胶以便于后续的工作流程，且初步凝胶后的缓慢固化给后续的工作流程，特别是后续的返修操作流程有充分的时间对组装缺陷进行返修，并且上述的填充材料具有低温固化和在190℃以下的进行有效返修的性能。
具体实施方式：
下面给出本发明的具体的实施方式，需要说明的是对本发明的具体实施方式的描述是为便于对本发明的技术实质和特点的全面理解，而不应视为是对本发明的权利要求保护范围的限制。
本发明的具体实施例的技术解决方案是：所述的填充材料包括A组分和B组分，其中A、B组分的构成是(均按重量百分比计)：
A组分：环氧树脂 85～90％
活性稀释剂 10～15％
B组分：脂肪族胺固化剂 85～95％
改性胺固化剂 5～14.9％
其中，A组分与B组分之比为1～2∶1。
在上述的A、B组分中，环氧树脂为填充材料的主体，其自身具有一定的流变性，但作为电子元器件的填充材料仍有明显的缺陷，因此加入适量活性稀释剂以提高环氧树脂的流变性和渗透性；上述的B组分在填充材料中是起到固化作用，尤其是改性胺固化剂在A、B组分混合后首先起到一个快速固化填充材料的作用，在适量的改性胺固化剂的作用下填充材料达到初步凝结，使填充材料不会在后续的工序中随意流动，然后在脂肪族胺固化剂的作用下填充材料在室温下较缓慢的固化(可控制在72小时以内)，因此上述配方配比限定的填充材料的A、B组分混合后粘度可低于1000cps，具有特别适合的流动性而进入电子元器件底部，实现有效的填充。
所述的填充材料的A组分中的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂的混合物，在众多种的环氧树脂中，上述的两种环氧树脂可基本满足作为填充材料主体的要求，而两者的混合物在特定比例时可进一步提高其低温性能；所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚或对叔丁基苯基缩水甘油醚或苄基缩水甘油醚或三者的混合物，在众多种的稀释剂中经过大量的试验，上述三种稀释剂化合物可作为本发明所述填充材料的稀释剂，而三种稀释剂的混合物可进一步提高A组分的流变性和渗透性，并且与固化剂有很好的配合性；所述的脂肪族胺固化剂为商品名为JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的混合物；改性胺固化剂为商品名为XT-295的固化剂。上述的脂肪族胺固化剂JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的结构中具有大量的聚醚键，降低了氨基的浓度而使环氧树脂在较低的温度如室温下缓慢固化，实现对固化时间的控制，而上述的改性胺固化剂的分子量较小，氨基密度高，因此可以在一定温度下使环氧树脂快速固化，上述的各组分的选择和配比的得出，均是大量的试验后得出的。
为适应某些集成电路元器件的填充，例如较小尺寸或超薄型的元器件的填充，所述的填充材料中的的A、B组分之比为1.5∶1，其中B组分的构成是(按重量百分比计)：脂肪族胺固化剂为90～95％，改性胺固化剂为5～10％；在上述的填充材料中，A组分中的活性稀释的含量较小，只对环氧树脂作适当的稀释，以限制环氧树脂的过大的流变性能，避免环氧树脂对元器件的其它部分的污染或损伤，并且由于对较小尺寸或超薄元器件的填充量较小，同时特别限定了起到快速固化作用的改性胺固化剂的含量较小，达到填充材料初步凝胶即可。因此，上述的填充材料的各组分的特定的配方与配比，使填充材料具有极佳的流变性、快速初步凝胶(在90～100℃时，5分钟完成初步凝胶)和充分的缓慢固化的时间长度的综合性能。
前面描述了低温固化的可返修的底部填充材料的构成，该填充材料的制备方法是：
A组分：在带有调温装置和抽真空设备的反应釜中加入所述的环氧树脂，按120转/分钟的速率搅拌并同时升温，升温速率是2～3℃/分钟，升温至50～60℃时加入所述的活性稀释剂，再搅拌15～20分钟后，在真空状态下脱泡，最后过滤得A组分；
B组分：在带有抽真空设备的反应釜中加入脂肪族胺固化剂，以转速为120转/分钟搅拌10分钟后，加入改性胺固化剂搅拌20～30分钟后抽真空脱泡，最后过滤得B组分。
通过上述的制备方法可制备出双组分的集成电路元器件的填充材料，该填充材料在双组分混合后使用，使用前可常规保存，混合后的填充材料的粘度低(低于1000cps)，固化温度为90～120℃，完全固化后，形成的填充物具有高表面绝缘阻抗(SIR)，为一种高玻璃化转变温度(Tg)的材料，能够有效保护BGA器在使用过程中受到的温度或外力影响，大幅提高可靠性。本填充材料的最大特点是在低温加热(90～120℃)下，可在3～5分钟实现快速初步凝胶，以便于后续工序的进行，之后在常温下缓慢固化以提供充分时间进行需要的返修，且返修温度完全满足低温焊料组装的要求，典型的返修温度低于180℃，可以避免高温对集成电路元器件的损伤。
本发明所述的填充材料应用于集成电路元器件制备领域。

Claims (6)

1.一种低温固化的可返修的底部填充材料，其特征在于填充材料包括A组分和B组分，其中A、B组分的构成是(均按重量百分比计)：
A组分：环氧树脂 85～90％；
活性稀释剂 10～15％；
B组分：脂肪族胺固化剂 85～95％；
改性胺固化剂 5～14.9％；
其中，A组分与B组分之比为1～2∶1。
2.按权利要求1所述的低温固化的可返修的底部填充材料，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂的混合物；所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚或对叔丁基苯基缩水甘油醚或苄基缩水甘油醚或三者的混合物；所述的脂肪族胺固化剂为商品名为JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的混合物；改性胺固化剂为商品名为XT-295的固化剂。
3.按权利要求2所述的低温固化的可返修的底部填充材料，其特征在于所述的双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂的混合比为3∶1～6∶1，所述的丁基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚和苄基缩水甘油醚之间的混合比为1∶1∶1；所述的JEFFAMINE D-400和JEFFAMINE T-403的混合比为2∶1～1∶2之间。
4.按权利要求1或2或3所述的低温固化的可返修的底部填充材料，其特征在于所述的填充材料的A、B组分之比为1.5∶1，其中B组分的构成是(按重量百分比计)：脂肪族胺固化剂为90～95％，改性胺固化剂为5～10％。
5.按权利要求1或2或3或4所述的低温固化的可返修的底部填充材料的制备方法，其特征在于制备方法是：
A组分：在带有调温装置和抽真空设备的反应釜中加入所述的环氧树脂，按120转/分钟的速率搅拌并同时升温，升温速率是2～3℃/分钟，升温至50～60℃时加入所述的活性稀释剂，再搅拌15～20分钟后，在真空状态下脱泡，最后过滤得A组分；
B组分：在带有抽真空设备的反应釜中加入脂肪族胺固化剂，以转速为120转/分钟搅拌10分钟后，加入改性胺固化剂搅拌20～30分钟后抽真空脱泡，最后过滤得B组分。
6.按权利要求1或2或3或4所述的可返修的低温固化底部填充材料，其特征在于所述的填充材料应用于集成电路元器件制备领域。
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