CN113088230A - 一种底部填充胶及其制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种底部填充胶及其制备工艺和应用，底部填充胶包括按质量百分比计的如下组分：环氧树脂：80％‑95％；固化剂：1％‑5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％‑3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。制备工艺用于制备上述的底部填充胶。本公开还包括上述底部填充胶在芯片封装工艺中的应用。本公开的底部填充胶具有高化学键合特性，使所述底部填充胶粘接性好，能有效加固焊点；同时具有高玻璃化转变温度和高耐温性，耐热性好，具有低热膨胀系数可增大芯片的可承受温度区间，另外透光率和光扩散性高，能适用于发光二极管芯片的焊盘加固工艺中。

Description

一种底部填充胶及其制备工艺和应用
技术领域
本公开涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种底部填充胶及其制备工艺和应用。
背景技术
集成电路芯片封装技术开发中，COB(chip-on-board，板上芯片封装)技术是其中一种微型化芯片封装工艺，这种封装工艺主要利用锡膏或银胶将芯片焊接在基材上进行电路连接。
随着近年来业界对芯片微型化的要求，焊盘的尺寸也对应的进行微型化设计，而随着焊盘和芯片尺寸的减小，焊点的体积也逐渐减小，这会影响焊点的强度，进而影响芯片与基材之间连接的稳固性，这是芯片微型化过程中亟待解决的技术难题。
针对于微型化芯片中焊点的强度问题，目前普遍采用的方式是采用底部填充胶包裹焊点来对焊点进行加固。然而芯片材质为硅基底，焊料材质一般为锡银铜合金，基材材料一般为BT(Bismaleimide Triazine，BT树脂基板材料)或FR-4环氧玻璃布层压板，为了能与芯片、基材和焊点进行稳固的粘接，需要综合考虑底部填充胶的热膨胀系数、玻璃化转变温度、耐温性及与各主要材质的化学键合特性等；另外，针对倒装发光二极管芯片而言，还要求底部填充胶具有不遮光或弱遮光性，以及高温、紫外光条件下不异色的特性，现有的底部填充胶难以满足上述要求，给微型化芯片的封装工艺带来阻碍。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种底部填充胶及其制备工艺和应用。本公开的底部填充胶具有高化学键合特性，使所述底部填充胶粘接性好，能有效加固焊点；同时具有高玻璃化转变温度和高耐温性，耐热性好，具有低热膨胀系数可增大芯片的可承受温度区间，另外透光率和光扩散性高，能适用于发光二极管芯片的焊盘加固工艺中。
本公开所述的一种底部填充胶，包括按质量百分比计的如下组分：
环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
优选地，所述填充材中有机硅氧烷共聚物的粒径为1μm-5μm。
优选地，所述固化剂为酸酐类固化剂。
优选地，所述固化剂为邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐甘油酯或聚壬二酸酐。
优选地，所述底部填充胶包括按质量百分比计的如下组分：
环氧树脂：94％；固化剂：3％；余量为填充材，所述填充材中含有3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
本公开的一种用于制备如上所述底部填充胶的制备工艺，包括如下步骤：
备料：按如下质量百分比计的比例备料待用，其中，环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n；
分散：将所述环氧树脂送入搅拌槽中，向所述环氧树脂中加入分散剂，搅拌，至分散剂均布在环氧树脂中；
混合：向所述环氧树脂中加入所述填充材，搅拌至二者混合均匀，然后对混合物进行粒径控制；
固化：向所得混合物中加入所述固化剂，搅拌使所述固化剂均布在所述混合物中；
排泡：将固化后的混合物进行排泡，即得所述底部填充胶。
优选地，所述混合步骤中，控制所述混合物的粒径小于10μm。
本公开还包括一种如上所述底部填充胶在芯片封装工艺中的应用，具体是该底部填充胶用于加固芯片与基材之间的焊点。
本公开的一种芯片封装工艺，包括如下步骤：将芯片焊接在基材上，然后使用如上所述底部填充胶点涂在所述芯片的外围，使所述底部填充胶渗入到所述芯片与所述基材之间的焊点外围并包覆所述焊点。
优选地，将所述底部填充胶以“L”形路径点涂在所述芯片的两侧。
本公开所述的一种底部填充胶及其制备工艺和应用，其优点在于：
本公开的底部填充胶具有高化学键合性、粘接性好，同时具有高玻璃化转变温度和高耐温性，耐热性好，具有低热膨胀系数，可承受温度区间大；另外还具有透光率和光扩散性高的优点。
本公开的底部填充胶应用于芯片封装工艺中，包裹于芯片与基材之间的焊点外围时，与芯片、基材和常用焊料的化学键合性好，使得所述底部填充胶能与芯片、基材和焊点稳固粘接，使得焊点的加固效果好。同时由于底部填充胶具有高玻璃化转变温度和高耐温性，使得其能耐受较高的温度而不融化，使得封装的芯片能适应高温的工作环境。该底部填充胶具有低热膨胀系数使得其体积随温度变化小，使得芯片的可承受温度区间大。另外，该底部填充胶的透光率和光扩散性高，对发光二极管芯片出射光线的影响小，能良好的适用于发光二极管芯片的焊盘加固工艺中。
附图说明
图1是本公开所述芯片封装结构的示意图。
附图标记说明：1-芯片，2-基材，3-锡膏，4-底部填充胶。
具体实施方式
本公开所述的一种底部填充胶，包括按质量百分比计的如下组分：
环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
以下根据底部填充胶在芯片封装中的各项主要参数，将本公开所述的底部填充胶与现有的底部填充胶进行对比，以说明本公开所述底部填充胶的效果。
按照如下组分配置A、B、C、D四组底部填充胶进行实验，其中：
A组为本公开所述底部填充胶，其中各组分的质量百分比为：环氧树脂：94％；固化剂：3％；填充材：3％，填充材中含有3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n，填充材的余量为碳黑。
B组为本公开所述底部填充胶，其中各组分的质量百分比为：环氧树脂：94％；固化剂：2％；填充材：4％，填充材中含有2％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n，填充材的余量为碳酸钙；
C组作为对照组，其中各组分的质量百分比为：环氧树脂：94％；固化剂：3％；填充材：3％，填充材中全部为有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
D组作为对照组，选用现有技术中的底部填充胶，其主要成分为碳黑和碳酸钙。
将A、B、C、D四组底部填充胶分别进行实验测得每组底部填充胶的化学键合特性/粘度、玻璃化转变温度、热膨胀系数、透光率和光扩散度，将实验结果整理得如下表1。
表1
Figure BDA0003061389610000041
由上表实验结果可知，本公开的底部填充胶由于含有80％-95％的环氧树脂，使用环氧树脂作为主树脂材料，能有效降低热膨胀系数并提高玻璃化转变温度，使所述底部填充胶具有低热膨胀系数，体积随温度变化小，使得芯片的可承受温度区间大。同时具有高玻璃化转变温度使之具有高耐温性，耐热性好，使其能耐受较高的温度而不融化，使得封装的芯片能适应高温的工作环境。另外，环氧树脂的官能基团与基材、芯片和焊料等材料之间的化学结合特性高，使得底部填充胶对于上述材料的粘接性好，使得所述底部填充胶能与芯片、基材和焊点稳固粘接，焊点的加固效果好。
本公开的底部填充胶由于填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)，可提高胶体的湿润性和爽滑性，使其流动性良好，有利于胶体渗入到芯片与基材之间。
另外，该填充材还具有透光率和光扩散性高的优点，使得所述底部填充胶的透光率和光扩散性高，对发光二极管芯片出射光线的影响小，能良好的适用于发光二极管芯片的焊盘加固工艺中。
进一步的，本实施例中，填充材中有机硅氧烷共聚物的粒径为1μm-5μm，该粒径大小适中，可使填充材与环氧树脂混合充分，使有机硅氧烷共聚物分布均匀，进而使所述底部填充胶质地均匀。
进一步的，本实施例中，固化剂选用酸酐类固化剂，酸酐类固化剂具有无色透明、粘度低、挥发性小、毒性小和性能稳定的优点，应用于本实施例中，可使所述底部填充胶固化效果好，性能稳定。
更具体的，固化剂具体选用邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐甘油酯或聚壬二酸酐，上述几种固化剂均具有性能稳定、固化效果好的优点。
进一步的，本实施例中，各成分的优选组分如下：环氧树脂：94％；固化剂：3％；余量为填充材，所述填充材中含有3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。上述优选组分的底部填充胶具有高化学键合特性、粘接性好、高玻璃化转变温度和高耐温性，同时具有低热膨胀系数，同时具有透光率和光扩散性高的优点。
本公开还提供了一种用于制备如上所述底部填充胶的制备工艺，具体包括如下步骤：
备料：按如下质量百分比的比例备料待用，其中，环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。具体的，根据所需制备的底部填充胶的总量，按照上述比例分别计算各组分的质量，并按照计算结果对应称重备用。
分散：将环氧树脂送入可控温的搅拌槽中，加入分散剂，低速均匀搅拌10分钟，至分散剂均布在环氧树脂中。
混合：向环氧树脂中加入填充材，高速搅拌0.5-2小时，至二者混合均匀，然后通过粒度仪对混合物进行粒径控制，具体的，可使混合物的粒径小于10μm，以使最终成形的底部填充胶的质地均匀，流动性好。
固化：向所得混合物中加入固化剂，搅拌0.5-1小时使固化剂均布在混合物中。
排泡：待固化剂混合均匀后，进行分装和离心排泡，即得所述底部填充胶。可将所得底部填充胶置于-20℃～-40℃的低温环境下保存。
通过上述的制备工艺流程，可制备获得本公开所述的底部填充胶。
本公开还提供了一种如上所述的底部填充胶在芯片封装工艺中的应用，该底部填充胶用于加固芯片与基材之间的焊点，可有效加固焊点，使芯片封装结构的连接稳固，连接强度高。同时具有高玻璃化转变温度、高耐温性、低热膨胀系数、透光率和光扩散性高的优点。
本公开另外还提供了一种芯片封装工艺，具体包括如下步骤，将芯片焊接在基材上，然后使用如上所述的底部填充胶进行点涂。具体的，将该底部填充胶在低温保存环境下取出后需要静置1-2小时进行回温，待该底部填充胶回温至常温状态即可开始点涂操作，通常的，使用气压或螺杆式挤胶设备均可进行点涂操作。根据芯片的具体尺寸选用合适的点胶头进行点涂，将所述底部填充胶点涂在芯片的外围，由于该底部填充胶具有良好的流动性，底部填充胶可自行流动渗入到芯片与基材之间的焊点外围并包覆焊点，待点涂完成后将芯片整体置入压力烤箱内，在80℃、5MPa的条件下烘烤约1小时左右，使底部填充胶交连固化以加固焊点。该芯片封装工艺所封装形成的芯片具有焊点稳固、耐热性好、可承受温度区间大的优点。
更优选地，在芯片外围点涂底部填充胶时，可沿着芯片两侧以“L”形路径进行点涂，该点涂方式具有点涂速度快、焊点加固效果好、底部填充胶用量少的优点。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种底部填充胶，其特征在于，包括按质量百分比计的如下组分：
环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
2.根据权利要求1所述底部填充胶，其特征在于，所述填充材中有机硅氧烷共聚物的粒径为1μm-5μm。
3.根据权利要求1所述底部填充胶，其特征在于，所述固化剂为酸酐类固化剂。
4.根据权利要求3所述底部填充胶，其特征在于，所述固化剂为邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐甘油酯或聚壬二酸酐。
5.根据权利要求1所述底部填充胶，其特征在于，包括按质量百分比计的如下组分：
环氧树脂：94％；固化剂：3％；余量为填充材，所述填充材中含有3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n。
6.一种如权利要求1-5任一项所述底部填充胶的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
备料：按如下质量百分比计的比例备料待用，其中，环氧树脂：80％-95％；固化剂：1％-5％；余量为填充材，所述填充材中含有0.1％-3％的有机硅氧烷共聚物(CH3SiO3)n；
分散：将所述环氧树脂送入搅拌槽中，向所述环氧树脂中加入分散剂，搅拌，至分散剂均布在环氧树脂中；
混合：向所述环氧树脂中加入所述填充材，搅拌至二者混合均匀，然后对混合物进行粒径控制；
固化：向所得混合物中加入所述固化剂，搅拌使所述固化剂均布在所述混合物中；
排泡：将固化后的混合物进行排泡，即得所述底部填充胶。
7.根据权利要求6所述底部填充胶的制备工艺，其特征在于，所述混合步骤中，控制所述混合物的粒径小于10μm。
8.一种根据权利要求1-5任一项所述底部填充胶在芯片封装工艺中的应用，其特征在于，所述底部填充胶用于加固芯片与基材之间的焊点。
9.一种芯片封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：将芯片焊接在基材上，然后使用如权利要求1-5任一项所述底部填充胶点涂在所述芯片的外围，使所述底部填充胶渗入到所述芯片与所述基材之间的焊点外围并包覆所述焊点。
10.根据权利要求9所述芯片封装工艺，其特征在于，将所述底部填充胶以“L”形路径点涂在所述芯片的两侧。
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