CN111065603B - 一种半导体封装材料的制备方法以及由此得到的半导体封装材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体封装材料的制备方法，包括步骤：提供以T单位的硅氧烷为主要成分的球形硅树脂微粉，其中，T单位＝RSiO₃‑，R为可独立选择的碳原子1至16的烃基或氢原子；对该球形硅树脂微粉进行煅烧得到最频径为0.3至30微米的球形二氧化硅填料，该球形二氧化硅填料实质上不含最频径的1.5倍以上的大颗粒；将所述球形二氧化硅填料作为主粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。本发明还提供一种根据上述的制备方法得到的半导体封装材料。本发明提供的半导体封装材料具有低粘度的同时确保无粗大颗粒。

Description

一种半导体封装材料的制备方法以及由此得到的半导体封装 材料

技术领域

本发明涉及半导体的封装，更具体地涉及一种半导体封装材料的制备方法以及由此得到的半导体封装材料。

背景技术

在半导体后端工序的封装工艺中，需要用到塑封料、贴片胶、底灌料和芯片载板等封装材料。此外，将被动元件、半导体元件、电声器件、显示器件、光学器件和射频器件等组装成设备时还须使用高密度互连板(high density inerconnect，HDI)、高频高速板和母板等电路板。这些封装材料和电路板一般主要由环氧树脂等有机高分子和填料所构成，其中的填料主要是角形或球形二氧化硅，其主要功能是降低有机高分子的热膨胀系数。为了足够降低热膨胀系数，需要加入大量二氧化硅。加入大量二氧化硅会导致树脂的粘度升高不利于成型。解决这个问题的方法是采用球形二氧化硅。同时使用不同粒径的粉体进行级配：即在主粉中配入中粉，然后再配入细粉来填充球形二氧化硅粉体间的空隙。级配后的粉体填料在树脂中高浓度添加时的粘度和最频径有关，最频径越大粘度越低，空隙体积分数越小粘度越低。

随着技术的进步，半导体集成度越来越高，尺寸越来越小要求填料具有高纯度，其中无粗大颗粒。常用的除去大颗粒的方法是将球形二氧化硅进行分级来完成。现在工业化的球形二氧化硅一般由较易混入铁等导电异物的角形粉碎石英为原料的火焰熔融法和单质硅燃烧法等高温干法工艺制成，粒度分布宽，旋风分级等分级方法除去大颗粒必然导致最频径下降，如图1所示，和树脂混合后粘度上升。如果利用筛分方法来除去大颗粒，其虽然可以保持最频径不变小，但筛上物过多，对于最频径30微米以下的粉体无法高效率生产。因此，现有的球形二氧化硅无法满足无大颗粒同时低粘度的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种半导体封装材料的制备方法以及由此得到的半导体封装材料，由此提供的半导体封装材料具有低粘度的同时确保无粗大颗粒。

本发明提供一种半导体封装材料的制备方法，其包括步骤：S1，提供以T单位的硅氧烷为主要成分的球形硅树脂微粉，其中，T单位＝RSiO₃-，R为可独立选择的碳原子1至16的烃基或氢原子；S2，对该球形硅树脂微粉进行煅烧得到最频径为0.3至30微米的球形二氧化硅填料，该球形二氧化硅填料实质上不含最频径的1.5倍以上的大颗粒；以及S3，将所述球形二氧化硅填料作为主粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。

本发明通过以球形硅树脂微粉为原料进行煅烧，可以得到粒度分布窄，最频径和最大粒径非常接近的球形二氧化硅，这种粉体筛分是不会有过多的筛上物堵筛。因此可用筛分分级方法除去大颗粒不会导致最频径下降，如图2所示。通过利用该粒度分布窄的球形二氧化硅作为主粉进行级配，粉体粒度分布的最频径和最大粒径非常接近，即可允许的大颗粒含量多，使得和树脂混合所得的混合物的粘度低，从而确保形成的半导体封装材料易于成型。也就是说，本发明通过以球形硅树脂微粉为原料进行煅烧，可实现无大颗粒的同时保持低粘度的需求。为了对这里提到的窄分布进行表征，采用自由沉降分级所得的球形二氧化硅的变异系数进行说明。具体地，自由沉降分级所得的体积含量70％的大颗粒段球形二氧化硅的变异系数≤15％。另外，本发明通过紧密填充来确保填料在树脂中的高填充量。为了对这里提到的填充量进行表征，采用压实粉体的空隙体积分数进行说明。应该理解，空隙体积分数越小，混合树脂形成连续相时所需要的树脂量越少，即同一粉体填充量时的树脂混合物的粘度越低。具体地，加压压实粉体的空隙体积分数≤25％。

应该理解，上面提到的“实质上不含最频径的1.5倍以上的大颗粒”指的是原则上不含，即直接通过煅烧球形硅树脂微粉不会引入1.5倍以上的大颗粒球形二氧化硅，但是并不排除操作过程中非预期地引入。

应该理解，这里提到的“主粉”指的是填充在树脂中的总填料的大颗粒段的粉体。与之相对应地，级配时还会用到“中粉”和/或“细粉”，其中，“中粉”指的是填充在树脂中的总填料的中颗粒段的粉体，“细粉”指的是填充在树脂中的总填料的小颗粒段的粉体。这里提到的“大颗粒段”、“中颗粒段”和“小颗粒段”为相对的概念，本领域的技术人员熟知具体如何选择各段的粒径范围，在此不再赘述。这里提到的总填料所包括的“主粉”、“中粉”和“细粉”的各自的体积百分比对于本领域的技术人员来说同样是熟知的内容。在一个优选的实施例中，主粉占总填料体积百分比的70％，中粉占总填料体积百分比的20％，细粉占总填料体积百分比的10％。在优选的级配过程中，首先在树脂中填充“主粉”，然后再填充“中粉”，最后再填充“细粉”。但是，也可以在填充“主粉”之后仅填充“中粉”即完成级配过程。当然，也可以在填充“主粉”之后仅填充“细粉”即完成级配过程。

在所述步骤S1中，以甲基三甲氧基硅烷为原料来制备所述球形硅树脂微粉。其合成方法可以参考：《球形硅树脂微粉》，黄文润，有机硅材料，2007，21(5)294-299；日本专利P2001-192452A，P2002-322282A，特开平6-49209，特开平6-279589，P2000-345044A。应该理解，也可以以其他方法来制备所述球形硅树脂微粉，例如以甲基三氯硅烷为原料来制备所述球形硅树脂微粉，参考文献：木村博，色材，61(11)622-630，1988。

优选地，在所述步骤S1中，通过湿法来制备所述球形硅树脂微粉。其中，湿法制备成核确保粒径分布的窄范围。而且，由此煅烧得到球形二氧化硅填料机械磨损少、磁性异物/导电性异物本质性的少。由于原料是有机物，因此铀或钍等放射性元素也本质性不含。应该理解，这里提到的“本质性”指的是原则上。也就是说，“本质性的少”指的是原则上少，但是并不排除操作过程中非预期地引入；“本质性不含”指的是原则上不含，但是并不排除操作过程中非预期地引入。

在所述步骤S2中，煅烧温度为500度-1000度。优选地，该煅烧温度为850度。在优选的实施例中，在煅烧球形硅树脂微粉之前先将其加热至400度-500度进行热处理，以除去甲基。在一个典型的实施例中，该热处理的温度为450度。

球形硅树脂微粉煅烧后的球形二氧化硅的真比重在1.7至2.2之间，温度高时比重增加。火焰熔融法或单质硅燃烧法制得的球形二氧化硅的真比重为2.2，因此球形硅树脂微粉煅烧后的球形二氧化硅的诱电率(介电常数)比火焰熔融法或单质硅燃烧法制得的球形二氧化硅的低。

在所述步骤S3中，将所述煅烧得到的球形二氧化硅填料作为中粉和/或细粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料；或者利用火焰熔融法球形二氧化硅或单质硅燃烧法球形二氧化硅作为中粉和/或细粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。

在所述步骤S3中，所述球形二氧化硅填料通过表面处理剂处理后紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。加入该表面处理剂的原因是为了提高球形二氧化硅填料和有机高分子树脂界面的亲和性。其中，表面处理剂的处理可以通过干法或湿法进行。显然，该表面处理剂可用硅烷偶联剂、二硅氮烷、高级脂肪酸、或表面活性剂等。优选地，该硅烷偶联剂选择具有自由基聚合反应的硅烷偶联剂，如乙烯基硅烷偶联剂等；和环氧树脂反应的硅烷偶联剂，如环氧硅烷偶联剂，氨基硅烷偶联剂等；和疏水树脂有高亲和性的烃基硅烷偶联剂，如二甲基二甲氧基硅烷，二苯基二甲氧基硅烷，苯基硅烷偶联剂，长链烷基硅烷偶联剂等。在一个优选的实施例中，该表面处理剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。在另一个优选的实施例中，该表面处理剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

本发明还提供一种根据上述的制备方法得到的半导体封装材料。优选地，该半导体封装材料可用于塑封料、贴片胶、底灌料、芯片载板、电路板、或其中间半成品。该塑封料为DIP封装形式的塑封料、SMT封装形式的塑封料、MUF，FO-WLP，FCBGA的塑封料。优选地，该电路板为HDI、高频高速板、或母板。

总之，根据本发明的制备方法，通过煅烧球形硅树脂微粉得到的球形二氧化硅填料来进行高填充，所形成的半导体封装材料具有低粘度的同时确保无粗大颗粒，满足技术进步对其提出的新要求。另外，根据本发明的制备方法的原材料都是有机物，不涉及常规使用的角形粉碎石英等，而且可以通过蒸馏等工业方法精制，由此形成的球形粉体填料中不含铀和钍等放射性元素。而且，根据本发明的球形硅树脂微粉煅烧后的球形二氧化硅的诱电率比常规的球形二氧化硅的诱电率低，从而满足信号传输高速化低损耗化所提出的低诱电率的要求。

附图说明

图1是现有技术的球形二氧化硅粉体在除去大颗粒前后的粒度分布示意图；以及

图2是根据本发明的球形二氧化硅粉体在除去大颗粒前后的粒度分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

以下实施例中涉及的检测方法包括：

最频径用HORIBA的激光粒度分布仪LA-700测定。亲水样品用去离子水，疏水样品用异丙醇测定，根据电子显微镜的直接观测粒径，调整了仪器参数使其测定结果和直接观测粒径一致。

真比重用MicrotracBEL的BELPycno测定，真比重用于计算体积分数；

沉降分级的溶剂是异丙醇，试样浓度1％体积分数，沉降高度1米。取最先沉降的70％体积分数的粉体用于变异系数测定。用电子显微镜测量粒子的粒径，统计出标准偏差和平均粒径，按变异系数＝(标准偏差/平均粒径)×100％算出变异系数；

最大粒子粒径用电子显微镜观测测量；

将试样粉体放入金属圆筒中，从上方加压10Kg/cm2将试样压实后取出。向试样块滴加乙二醇至试样块正好吸满乙二醇测出试样块中的空隙体积分数。

例1

用甲基三甲氧基硅烷为原料，参考《球形硅树脂微粉》，黄文润，有机硅材料，2007，21(5)294-299；日本专利P2001-192452A，P2002-322282A，特开平6-49209，特开平6-279589，P2000-345044A，制出了一系列粒径不同的球形硅树脂粉体。将粉体用湿法过最频径×1.5倍开孔的筛后抽滤得滤饼，收率都在95％以上。滤饼干燥后将粉体在450度热处理1小时后850度煅烧1小时，冷却后得本发明的样品，结果列入了表1，另外，几种市售的球形二氧化硅也列入下表1：

表1

例2

将表1中的粉体按不同比例混合，结果列入表2：

表2

注1：最先沉降的70％体积分数的粉体用于变异系数测定。

例3

将实施例1的粉体用重量百分比添加量为0.5％的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷进行干法处理的实施例8的粉体。结果列入表3：

表3

例4

将实施例6的粉体用重量百分比添加量为1％的乙烯基三甲氧基硅烷进行湿处理的实施例9的粉体。结果列入表4：

表4

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (6)

1.一种半导体封装材料的制备方法，其特征在于，其包括步骤：

S1，提供以T单位的硅氧烷为主要成分的球形硅树脂微粉，其中，T单位=RSiO₃-，R为可独立选择的碳原子1至16的烃基或氢原子；

S2，对该球形硅树脂微粉进行煅烧得到最频径为0.3至30微米的球形二氧化硅填料，该球形二氧化硅填料实质上不含最频径的1.5倍以上的大颗粒，煅烧温度为500度-1000度；以及

S3，将所述球形二氧化硅填料作为主粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球形二氧化硅填料作为主粉紧密填充级配后具有用自由沉降分级所得的体积含量70%的大颗粒段球形二氧化硅的变异系数≤15%的特征。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球形二氧化硅填料作为主粉紧密填充级配后的加压压实粉体的空隙体积分数≤25%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述煅烧得到的球形二氧化硅填料作为中粉和/或细粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料；或者利用火焰熔融法球形二氧化硅或单质硅燃烧法球形二氧化硅作为中粉和/或细粉紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球形二氧化硅填料通过表面处理剂处理后紧密填充级配在树脂中形成半导体封装材料。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法得到的半导体封装材料。

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