CN112724599A - 一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物，所述的环氧树脂组合物，按照重量份包括如下组分：环氧树脂A，3‑9份；固化剂B，2.5‑8份；促进剂C，0.1‑1.5份；无机填料D，80‑90份；阻燃剂E，0.5‑1.5份；脱模剂F，0.03‑1.5份；偶联剂G，0.5‑1份；改性剂H，0.4份。本发明具有如下技术效果：通过选用低粘度、高玻璃化转变温度的环氧树脂和粒度分布适合的填料，制备出具有粘度适当且填充性优良的环氧树脂组合物，能够实现260℃回流焊或三级考核（MSL‑3）后无分层，特别适用于倒装芯片封装。

Description

一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物
技术领域
本发明涉及一种半导体封装材料技术领域，更进一步的，属于环氧模塑料技术领域。
背景技术
倒转芯片可以将整个的芯片面积用来与基板互联，极大地提高了I/O数，随着高性能集成电路的发展，I/O数迅速增加，倒转芯片技术表现出了很多优越性，更高的I/O密度，短的互联线，好的散热性。这些优点使得倒转芯片广泛应用于高频率通信、高性能计算机及手机等产品中。
传统的倒装芯片封装用的环氧树脂组合物为了更好的满足流动性的要求，一般选用高Tg(玻璃态转化温度)和低填料含量或者低Tg和高填料含量的组合，这两种组合都会使得环氧树脂组合物的应力高和粘度小，从而容易导致封装体翘曲和气孔超出标准。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物。通过使用新型环氧树脂和粒度分布适合的填料(填料的粒度分布是：小于3μm占12％-17％，大于或等于3μm且小于12μm占35％-40％，大于或等于12μm且小于48μm占43％-48％，大于或等于48μm且小于55μm占3％-5％，百分比为占填料总质量的百分比，填料的中位粒径是6-15μm，平均粒径是15-21μm)，添加新型固化促进剂，使得本树脂组合物具有适当粘度、高填充性、高可靠性和低翘曲等适应倒装芯片封装的要求。
本发明的技术方案如下：
一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物，按照重量份包括如下组分：
环氧树脂A，3-9份；
固化剂B，2.5-8份；
促进剂C，0.1-1.5份；
无机填料D，80-90份；
阻燃剂E，0.5-1.5份；
脱模剂F，0.03-1.5份；
偶联剂G，0.5-1份；
改性剂H，0.4份；
所述的环氧树脂可以为酚醛型环氧树脂、双酚A型结构环氧树脂、联苯型结构环氧树脂、萘型结构环氧树脂、邻甲酚型结构环氧、DCPD型结构环氧树脂、多官能团型结构环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚F型结构环氧树脂等环氧树脂的两种或两种以上。
各环氧树脂的结构式如下：
Figure BDA0002865035770000021
酚醛型环氧树脂
Figure BDA0002865035770000022
邻甲酚型酚醛环氧树脂
Figure BDA0002865035770000031
双酚A型酚醛环氧树脂
Figure BDA0002865035770000032
联苯型环氧树脂
Figure BDA0002865035770000033
含萘结构环氧树脂
Figure BDA0002865035770000041
双环戊二烯酚醛环氧树脂
Figure BDA0002865035770000042
脂肪族环氧树脂
Figure BDA0002865035770000043
双酚F型结构环氧树脂
上述各个结构式中，n表示：0-5
所述固化剂可以为线性酚醛树脂、XY-lock型酚醛树脂、双酚A型酚醛树脂、DCPD型酚醛树脂、联苯型酚醛树脂或多官能团型酚醛树脂的两种或两种以上。
各固化剂的结构式如下：
Figure BDA0002865035770000044
线性苯酚甲醛树脂
Figure BDA0002865035770000051
线性双酚A甲醛树脂
Figure BDA0002865035770000052
线性邻甲酚甲醛树脂
Figure BDA0002865035770000053
六氢苯酐
Figure BDA0002865035770000054
XY-lock酚醛树脂
Figure BDA0002865035770000061
多官能团型酚醛树脂
上述各个结构式中，n表示：0-5
所述的促进剂一般决定树脂交联结构、反应进程及条件，促进剂类型：所述的固化促进剂，为有机磷化合物、咪唑化合物、叔胺化合物及其衍生物、芳香族脲基衍生物、脂肪族脲基衍生物的一种或多种。
所述的无机填料一般决定材料的机械性能如强度、密度、导热以及吸水等性能，所述的无机填料可以为结晶型或熔融角型或熔融球型二氧化硅粉末、氧化铝粉末、氧化镁粉末的一种或多种；
填料的粒度分布如下：
小于3μm占12％-17％，
大于或等于3μm且小于12μm占35％-40％，
大于或等于12μm且小于48μm占43％-48％，
大于或等于48μm且小于55μm占3％-5％，
百分比为占填料总质量的百分比，
填料的中位粒径是6-15μm，
平均粒径是15-21μm。
所述的阻燃剂决定材料的阻燃等级，在无卤配方环氧树脂组合物中一般使用不含溴、锑元素的阻燃剂。所述的阻燃剂为含溴阻燃剂、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、有机磷化合物的一种或多种。
所述的脱模剂为矿物蜡、植物蜡、聚乙烯或聚酰胺蜡等合成蜡的一种或几种组合。
所述的改性剂为橡胶、有机硅烷或其一种或几种的组合。
所述的偶联剂、着色剂、改性剂，可以用做材料整体的处理，也可以作为填料的处理。
优选地，
所述的环氧树脂A为邻甲酚型、联苯型、含萘结构型、双酚F型、双酚A型、双环戊二烯酚醛环氧树脂中的四种或四种以上；
所述固化剂B为线性酚醛、联苯型酚醛、多官能团型酚醛树脂、XY-lock酚醛树脂中的三种或三种以上。
所述填料的粒度分布如下：
小于3μm占12％，
大于或等于3μm且小于12μm占40％，
大于或等于12μm且小于48μm占43％，
大于或等于48μm且小于55μm占5％。
所述的环氧树脂组合物的制备方法，包括但不限于用双辊开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、捏合机、搅拌器等加工设备加热混合得到。
本发明中，不同类型的环氧树脂及固化剂类型及填料类型和填料比例决定了配方体系的基本性能，其它添加剂起辅助性能。
本发明具有如下技术效果：倒装芯片封装外形良好，成型后经175℃后固化4-8小时处理，翘曲符合要求，能够实现三级考核(MSL-3)后无分层。
附图说明
图1为翘曲测试评价示意图。
图2为实施例2翘曲测试检测结果。
图3为实施例2SGN后分层扫描图。
图4为对比例2与实施例2塑封体内部气孔对比图，上图为对比例2的塑封体，下图为实施例2的塑封体。
具体实施方式
下面用具体实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制；
本发明的实施例和对比实施例中所用的材料来源如下：
环氧树脂A：邻甲酚型A1(购自岳阳石化)、联苯型A2(购自日本DIC株式会社)、含萘结构型A3(购自日本DIC株式会社)、双酚F型A4(购自山东圣泉树脂)、双酚A型A5(购自日本三菱)、双环戊二烯酚醛环氧树脂A6(购自日本DIC株式会社)；
固化剂B：线性酚醛B1(购自山东圣泉树脂)、联苯型酚醛B2(购自湖南嘉盛德)、多官能团型酚醛树脂B3(购自日本明和化成)、XY-lock酚醛树脂B4(购自山东圣泉树脂)；
促进剂C：2-甲基咪唑C1(购自四国化成)、芳香族脲基衍生物C2(购自日本三菱)；
无机填料D：熔融球型二氧化硅D1(购自江苏联瑞)粒度分布是：小于3μm占12％，大于或等于3μm且小于12μm占40％，大于或等于12μm且小于48μm占43％，大于或等于48μm且小于55μm占5％；熔融球型二氧化硅D2(购自江苏联瑞)粒度分布是：小于3μm占16％，大于或等于3μm且小于12μm占31％，大于或等于12μm且小于48μm占49％，大于或等于48μm且小于55μm占4％；
阻燃剂E：溴代环氧E1(购自南亚树脂)；氢氧化铝E2(日本轻金属)
脱模剂F：巴西棕榈蜡F1(一棵树)、单硬脂酸甘油酯F2(aladdin)；
偶联剂G：KH560 G1(购自江苏晨光)、KH550 G2(购自江苏晨光)；
改性剂H：CTBN(美国陶氏)
实施例1-3
环氧树脂组合物配方组成见表1。
对比例1-2
环氧树脂组合物配方组成见表1。
表1：实施例1-3和对比例1-2的环氧树脂组合物配方组成(单位：g)，各实施例中，环氧树脂组合物总重量1000g。
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3
A1 68 5
A2 25 15 25 43
A3 21 21 27
A4 4 4 20
A5 10
A6 5 5
B1 45 7 7
B2 12 15 12 9
B3 12 10 12 15
B4 5 5 56
C1 2.5 2.2 1 2.2 3.9
C2 0.5 0.5 0.5 0.5
D1 900 880 800
D2 860 880
E1 15
E2 5 15 5 5
F1 0.5 5.9 10.5 5.9 6
F2 5 5 5 5.2
G1 2 3.4 4 3.4 3.4
G2 3 3 5 3 2
H 4 4 4 4 4
本发明的应用效果表征方法。
1、可靠性
将样品在倒装芯片的基板上在175℃条件下传递模塑工艺进行封装，脱模后对封装样品在175℃下后固化4小时后按IPC J-STD-020C-2004(非密封型固相表面黏著元件的湿度回焊敏感度分类)要求进行MSL-3级别进行考核，之后使用超声波扫描设备进行分层情况扫描；
2、翘曲
将样品在倒装芯片基板(240mm×95mm)上在175℃条件下传递模塑工艺进行封装，脱模后对封装样品在175℃条件下后固化4小时后，使用Shadow Morrie设备进行翘曲测试，测试时塑封体面朝上，两端向下翘为正，两端向上翘为负。如图1所示。
结果如下表：
MSL-3考核 内部空洞 翘曲
对比例1 NG 多 0.4
对比例2 PASS 多 0.05
实施例1 PASS 少 0.2
实施例2 PASS 少 0.04
实施例3 PASS 少 0.06
图2为实施例2产品翘曲测试检测结果，从图2可以看出：产品封装完毕后基本无翘曲。
图3为实施例2产品SGN后分层扫描图，从图3可以看出：SGN后扫描无分层。
图4为对比例2与实施例2塑封体内部气孔对比图：从图中可以看出使用新的填料后内部气孔改善明显。
在三组实施例和二组对比例的配方中，对比例1是将实施例配方中的新型树脂体系和新的固化促进剂去掉，可靠性考核未通过，翘曲很大。对比例2是新体系搭配使用现有量产的填料，在客户端的半模试验时可以看到与实施例2相比较，封装体内含有大量的气孔，致密性差，实施例1-3的配方具有高可靠性和低翘曲，封装体内没有气孔，致密性好。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种倒装芯片封装的环氧树脂组合物，其特征在于，所述的环氧树脂组合物，按照重量份包括如下组分：
环氧树脂A，3-9份；
固化剂B，2.5-8份；
促进剂C，0.1-1.5份；
无机填料D，80-90份；
阻燃剂E，0.5-1.5份；
脱模剂F，0.03-1.5份；
偶联剂G，0.5-1份；
改性剂H，0.4份；
所述的环氧树脂A为酚醛型环氧树脂、双酚A型结构环氧树脂、联苯型结构环氧树脂、萘型结构环氧树脂、邻甲酚型结构环氧、DCPD型结构环氧树脂、多官能团型结构环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚F型结构环氧树脂的两种或两种以上；
所述固化剂B为线性酚醛树脂、XY-lock型酚醛树脂、双酚A型酚醛树脂、DCPD型酚醛树脂、联苯型酚醛树脂或多官能团型酚醛树脂的两种或两种以上；
所述的无机填料D为结晶型或熔融角型或熔融球型二氧化硅粉末、氧化铝粉末、氧化镁粉末的一种或多种；填料的粒度分布如下：
小于3μm占12％-17％，
大于或等于3μm且小于12μm占35％-40％，
大于或等于12μm且小于48μm占43％-48％，
大于或等于48μm且小于55μm占3％-5％，
百分比为占填料总质量的百分比，
填料的中位粒径是6-15μm，
平均粒径是15-21μm。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述的固化促进剂C为有机磷化合物、咪唑化合物、叔胺化合物及其衍生物、芳香族脲基衍生物、脂肪族脲基衍生物的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述的阻燃剂E为含溴阻燃剂、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、有机磷化合物的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述的脱模剂F为矿物蜡、植物蜡、聚乙烯或聚酰胺蜡等合成蜡的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述的改性剂H为橡胶、有机硅烷或其一种或几种的组合。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的环氧树脂组合物，其特征在于，
所述的环氧树脂A为邻甲酚型、联苯型、含萘结构型、双酚F型、双酚A型、双环戊二烯酚醛环氧树脂中的四种或四种以上；
所述固化剂B为线性酚醛、联苯型酚醛、多官能团型酚醛树脂、XY-lock酚醛树脂中的三种或三种以上；
所述填料的粒度分布如下：
小于3μm占12％，
大于或等于3μm且小于12μm占40％，
大于或等于12μm且小于48μm占43％，
大于或等于48μm且小于55μm占5％。
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