CN112724603A - 一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：环氧树脂5～18wt%；酚醛树脂2.5～10 wt%；固化促进剂0.05～0.5 wt%；填料60～90 wt%；离子吸附剂0.1～0.8wt%；脱模剂0.1～1.5wt%；偶联剂0.1～1wt%。本发明的环氧塑封料是一种可以降低半导体器件中可迁移离子的环氧塑封料，该组合物同时还具备了必要的流动性、成型性和阻燃性。

Description

一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料
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降低可迁移离子的高可靠性环氧塑封料。
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，为保证电子产品的可靠性，对封装体内部可迁移离子的数量也提出更加严苛要求。
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。环氧塑封料填料主要成分通常为二氧化硅，含有微量杂质，可以迁移出阴阳离子；在环氧塑封料加工过程中，由于设备磨损会引入铁杂质；封装体内部同时还涉及铝线和铜材。在湿度较高的条件下，特别是通电工作状态下，在封装体内在各金属界面由于游离离子存在易于发生化学腐蚀或电化学腐蚀，对半导体器件的可靠性形成有较大危害。目前，环氧塑封料通常选用离子捕捉剂通常为水滑石类或铋系化合物等(参见：CN101668702A东亚合成株式会社；CN104487169B东亚合成株式会社；CN110791052A长兴电子材料(昆山)有限公司)，由于粒径小极性强，容易团聚而影响离子捕捉效果。本发明基于EDTA(参见：孙长顺,金奇庭,秦莉红,郭新超,金瑞宁，西安建筑科技大学学报，2008年2月)、DTPA(参见：CN 106824104，华中科技大学)、IDHA(参见：吴长彧；王亚权；李静，化学工业与工程，2007年3月)、EDDHA和HBED(参见：EP2632894A1 AKZO NOBELCHEMICALS INTERNATIONAL B.V.)等对阳离子较好的螯合性能，在环氧塑封料组合物中使用，降低游离离子对半导体器件电性能损害，提高产品可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有的不足，提供一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料，半导体封装用降低可迁移离子的高可靠性环氧塑封料。
本发明的技术方案如下：
一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：
Figure BDA0002867383640000011
Figure BDA0002867383640000021
所述的离子吸附剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺-N,N'-二-(羟基苯基乙酸)(EDDHA)、亚氨基二琥珀酸(IDHA)和N,N'-双(2-羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)中的任意一种或几种。
优选地，
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卞基二甲胺、α-甲基卞基二甲胺、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％；
所述的阻燃剂是卤系阻燃剂、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；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0～3wt％；
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；
所述的改性剂在环氧树脂组合物中的含量为0～5wt％；
所述的改性剂是液体硅油、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、离子吸附剂、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、粉碎得到所述的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。
本发明的环氧塑封料是一种可以降低可迁移离子的高可靠性环氧塑封料，该组合物同时还具备了必要的流动性、成型性和阻燃性。
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22μm)
E1：乙二胺四乙酸(EDTA)
E2：二乙基三胺五乙酸(DTPA)
E3：乙二胺-N,N'-二-(羟基苯基乙酸)(EDDHA)
E4：亚氨基二琥珀酸(IDHA)
E5：N,N'-双(2-羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)
E6：IXE-500(东亚合成株式会社)
E7：DHT-4A(日本协和化学工业株式会社)
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：
HAST
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TO252(CS7N65A4R)，随后在175℃温度下后固化8小时。选取77个样件，在温度为130℃、相对湿度为85％、压力为230kPa的环境下储存96小时，随后进行电性能测试，并统计不良样件数量。当不良样件数量为n时，表示为“n/77”。
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)
Figure BDA0002867383640000051
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)
Figure BDA0002867383640000061
由上述实施例及比较例可看出，高可靠性环氧塑封料封装产品在高温高湿条件下电性能表现优异。

Claims (9)

1.一种半导体封装用高可靠性环氧塑封料，其特征在于，所述的环氧塑封料的主要组分及含量如下：
Figure FDA0002867383630000011
所述的离子吸附剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺-N,N'-二-(羟基苯基乙酸)(EDDHA)、亚氨基二琥珀酸(IDHA)和N,N'-双(2-羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)中的任意一种或几种。
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卞基二甲胺、α-甲基卞基二甲胺、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。
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。
9.根据权利要求8所述的环氧塑封料，其特征在于，
所述的阻燃剂在环氧塑封料中的含量为0～10％；
所述的阻燃剂是卤系阻燃剂、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；
所述的着色剂在环氧塑封料中的含量为0～3wt％；
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；
所述的改性剂在环氧树脂组合物中的含量为0～5wt％；
所述的改性剂是液体硅油、硅橡胶或它们的混合物。
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