CN113105720A - 一种封装模塑料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封装模塑料及其制备方法与应用，该封装模塑料包括以下原料：主体树脂、填料、固化剂和助剂；其中，所述主体树脂包括含异氰脲酸酯结构的丙烯酸树脂和UV固化丙烯酸树脂中的至少一种。本发明通过选用含有异氰尿酸酯的丙烯酸树脂为基体，利用其熔点低，在加热后(90～100℃)具备良好的流动性和浸渍性能；实现了在保证加工性能的基础上，进一步提升了填料的填充率，减少了内应力，从而减小了翘曲；且树脂官能度高，交联固化后耐热，防水性能好。
Description
技术领域
本发明属于塑料制备领域，具体涉及一种封装模塑料及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，随着电子元器件在印刷电路板上的安装向高密度化发展。与此相伴，半导体装置由原来的引脚插入型的封装变为以表面安装型的封装为主流。表面安装型的IC，LSI等由于提高了安装密度，降低了安装高度，从而可以得到对于元件的封装占有体积变大，封装深度变薄的薄型、小型的封装。另外，由于元件的多功能化和大容量化，向着芯片面积增大、多管脚发展，另外，随着焊点(电极)数的增大，也向着焊点间距的减小和焊点尺寸的减小，即所谓的窄焊点间距发展。另外，为与更加小型轻量化相适应，封装的形式也由QFP(Quad Flat Package四列扁平封装)，SOP(Small Outline Package小尺寸封装)向易于适应更多引脚，并且可以更高密度安装的CSP(Chip Size Package芯片尺寸封装)和BGA(BallGrid Array球栅阵列)转变，包括晶圆级芯片封装(wafer level chip Scale packaging，WLCSP)、扇出型晶圆级封装(fan-out wafer level package，FOWLP)、倒装芯片(flipchip)和叠层封装(package on package，POP)等。
扇出型技术主要可以分作三种类型：芯片先装/面朝下(chip－first/face－down)、芯片先装/面朝上(chip－first/face－up)和芯片后装(chip－last，有时候也被称为RDL first)；同时，在扇出型技术中，裸片直接在晶圆上封装。由于扇出型技术并不需要中介层(interposer)，因此比2.5D/3D封装器件更廉价，扇出型晶圆级封装技术在众多市场上变得越来越受欢迎。最新的高密度扇出型封装技术正在突破1μm线宽/间距(line/space)限制，这被认为是行业中的里程碑。拥有这些关键尺寸(critical dimension，CD)，扇出型技术将提供更好的性能，但是要达到并突破1μm的壁垒，还面临着制造和成本的挑战。
电子封装材料对芯片及集成电路发挥着重要的支撑和保护作用，目前90％以上的封装材料基于环氧树脂制造，包括环氧灌封料和环氧模塑料。环氧模塑料(EMC)，又称环氧塑封料，其主要功能包括：保护芯片不受外界环境的影响；抵抗外部湿气、溶剂等进入芯片内部；抵抗外部冲击影响芯片；使芯片和外界环境绝缘；抵抗安装工艺对芯片产生的热冲击和机械振动；为芯片提供散热通道。随着微电子技术的发展，工业上对于稳定性强、高导热的绝缘封装材料具有越发迫切的需求；但环氧/酚醛树脂的传统模塑料在温度达到175～200℃时，已不能满足新一代半导体封装的需求。同时环氧模塑料通常包含固化促进剂以加速树脂的固化反应，并增加用于大规模生产的模塑周期；故应该选择适当的固化体系以提高封装半导体的可靠性。
因此，本发明提供一种封装模塑料，固化可靠性高及热稳定性能优异。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题为：提供一种封装模塑料，该塑料具备优良的热稳定性能和固化可靠性。
本发明要解决的第二个技术问题为：提供上述封装模塑料的制备方法。
本发明要解决的第三个技术问题为：提供上述封装模塑料的应用。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案为：一种封装模塑料，包括以下原料：主体树脂、固化剂和助剂；其中，所述主体树脂包括含异氰脲酸酯结构的丙烯酸树脂和UV固化丙烯酸树脂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述助剂包括以下组分：阻燃剂、填料、硅烷偶联剂、脱模剂、着色剂、应力吸收剂和稀释剂。
根据本发明的一些实施方式，所述封装模塑料由以下重量份数的原料组成：主体树脂5～30份、固化剂0.1～2份、阻燃剂1～5份、填料60～90份、硅烷偶联剂0.01～1.5份、脱模剂0.01～1份、着色剂0.01～1份、应力吸收剂2～5份稀释剂和稀释剂0.00001～5份。
根据本发明的一些实施方式，所述含异氰脲酸酯结构的丙烯酸树脂包括三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯。
根据本发明的一些实施方式，所述UV固化丙烯酸树脂包括改性环氧丙烯酸酯树脂、单组份紫外固化光敏树脂、环氧丙烯酸酯树脂。
根据本发明的一些实施方式，所述固化剂为光固化剂或热固化剂。
根据本发明的一些实施方式，所述光固化剂为：2，4，6-(三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(TPO)、DAROCUR 1173D、DAROCUR 1173、Omnirad 819和1-羟基环己基苯基酮(IRGACURE 184D)中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述光固化剂为热固化剂为过氧化物和偶氮类化合物中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述填料为二氧化硅和氧化铝的混合物。
根据本发明的一些实施方式，所述填料由大填料、中填料和小填料组成。
根据本发明的一些实施方式，所述大填料在所述填料中的质量份数为50～70份。
根据本发明的一些实施方式，所述大填料的粒径分布为40～80μm。
根据本发明的一些实施方式，所述大填料为二氧化硅和氧化铝中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述中填料在所述填料中的质量份数为10～20份。
根据本发明的一些实施方式，所述中填料的粒径分布为15～30μm。
根据本发明的一些实施方式，所述中填料为二氧化硅和氧化铝中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述小填料在所述填料中的质量份数为2～15份。
根据本发明的一些实施方式，所述小填料的粒径分布为0.5～2μm。
根据本发明的一些实施方式，所述小填料为二氧化硅和氧化铝中的至少一种。
为了提高填充率需要三组分填充，且大粒径越小，依据大中小依次减小的粒径组合填充量会越高，且一般的大粒径：中粒径：小粒径的比例在5:3:2附近调整。
根据本发明的一些实施方式，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、Z6173和KBM-903中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述脱模剂为
1700L、HR-1200树脂脱模剂和LP-1309高光高温高分子长效环氧树脂脱模剂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述着色剂为色素炭黑。
根据本发明的一些实施方式，所述色素炭黑为黑钰颜料
枣庄鑫源化工XY-4#和枣庄鑫源化工XY-230中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述应力吸收剂为EXL-2655、EXL-2620、EXL-2314和ACR401中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述稀释剂为有机溶剂。
根据本发明实施方式的封装模塑料，至少具备如下有益效果：本发明通过选用了含有异氰脲酸酯的丙烯酸树脂为基体，利用其熔点低，在加热后(90～100℃)具备良好的流动性和浸渍性能；实现了在保证加工性能的基础上，进一步提升了填料的填充率，减少了内应力，从而减小了翘曲；且树脂官能度高，交联固化后耐热，防水性能好；固化条件简单，实现了固化后无气泡和孔洞，可靠性高。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供的技术方案为：上述封装模塑料的制备方法，包含以下步骤：
S1、丙烯酸树脂糊的制备；
S2、将所述固化剂添加至丙烯酸树脂糊中，固化即得所述封装模塑料。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1的具体操作为：将所述主体树脂加热熔融，再将稀释剂、硅烷偶联剂、阻燃剂、着色剂、应力吸收剂、填料和脱模剂按比例依次添加至主体树脂中，混合均匀后冷却得到所述丙烯酸树脂糊。
根据本发明的一些实施方式，所述固化为光固化或热固化。
根据本发明的一些实施方式，所述光固化的操作为：将所述光固化剂与所述丙烯酸树脂糊混合均匀，再将混合好的丙烯酸树脂糊加热至50-60℃，UV固化。
根据本发明的一些实施方式，所述UV固化中的UV光的照射能量为2000～8000mJ，UV光的波长为365nm。
根据本发明的一些实施方式，所述热固化的操作为：将所述丙烯酸树脂糊和所述热固化剂混合均匀后，加热至50～60℃，反应30min～90min后，灌模封装，加热至125℃固化，固化时间为30min～120min。
根据本发明实施方式的封装模塑料的制备方法，至少具备如下有益效果：本发明利用了丙烯酸树脂糊，使各物料处于均匀分散的状态；同时在制备过程无溶剂参与，实现了绿色无污染。
为解决上述第三个技术问题，本发明提供的技术方案为：上述封装模塑料的在芯片封装领域的应用。
根据本发明实施方式的封装模塑料的应用，至少具备如下有益效果：本发明通过使用具备自阻燃性能的丙烯酸树脂为主体树脂材料，大大减少了的阻燃剂的使用量，提高了二氧化硅等填充料的添加，降低了热膨胀系数，避免了翘曲和晶圆弯曲的现象；另外，导热填料的填充量增大也提高了成型模塑料导热系数。
附图说明
图1本发明实施例一～三对应的封装模塑料的制备方法。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式及附图予以说明。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。
本发明的实施例一为：一种封装模塑料，由以下重量份数的原料组成：
主体树脂：20份，UV固化丙烯酸树脂(PJ9802F)；
固化剂：1份，Omnirad 819；
阻燃剂：5份，硼酸锌(HT-207)：氢氧化铝(H-WF-10)质量比为1:1；
填料：65份，氧化硅和氧化铝的混合物；其中，氧化硅(40～80μm)：氧化铝(15～30μm)：氧化铝(0.5～2μm)的质量比例为80：14：6；
硅烷偶联剂：0.5份，KH560；
脱模剂：0.4份，
1700L；
着色剂：0.1份，色素炭黑黑钰颜料
；
应力吸收剂：2份，美国陶氏内应力用抗冲改性剂EXL-2655：
稀释剂：3份，异丙醇。
一种封装模塑料的制备方法：如图1所示，包含以下步骤：
丙烯酸树脂糊的制备：加热至60℃使主体树脂充分熔融，再将稀释剂、硅烷偶联剂、阻燃剂、着色剂、应力吸收剂、填料、脱模剂和UV固化剂按上述比例依次加入到主体树脂中，双螺杆混炼后出料，冷却后得到丙烯酸树脂糊；先进行光固化：将丙烯酸树脂糊在UV-LED灯光下固化，其中，固化波长为365nm，固化时间为20s；再进行热固化：固化温度为约125℃，固化时间为60min。
本发明的实施例二为：一种封装模塑料，由以下重量份数的原料组成：
主体树脂：15份，UV固化丙烯酸树脂(TM 8015)和TGIC(Sartomer:SR368)质量比为1：1；
固化剂：1份，Omnirad 819；
阻燃剂：5份，硼酸锌(HT-207)和氢氧化铝(H-WF-10)质量比为1:1；
低热膨胀填料：70份，氧化硅和氧化铝的混合物；其中，氧化硅(40～80μm)：氧化铝(15～30μm)：氧化铝(0.5～2μm)的质量比例为80：14：6；
硅烷偶联剂：0.5份，KH560；
脱模剂：0.4份，
1700L；
着色剂：0.1份，色素炭黑(黑钰颜料
)；
应力吸收剂：2份，美国陶氏内应力用抗冲改性剂EXL-2655；
稀释剂：3份，乙酸乙酯和醋酸正丁酯(体积比为1:1)；
本实施例的制备方法与实施例一相同。
本发明的实施例三为：一种封装模塑料，由以下重量份数的原料组成：
主体树脂：10份，TGIC(Sartomer:SR368)；
固化剂：1份，Omnirad 819；
阻燃剂：5份，硼酸锌(HT-207)：氢氧化铝(H-WF-10)质量比为1:1；
填料：75份，氧化硅和氧化铝的混合物；其中，氧化硅(40～80μm)：氧化铝(15～30μm)：氧化铝(0.5～2μm)的质量比例为80：14：6；
硅烷偶联剂：0.5份，KH560；
脱模剂：0.4份，
1700L；
着色剂：0.1份，色素炭黑(黑钰颜料
)；
应力吸收剂：2份，美国陶氏内应力用抗冲改性剂EXL-2655；
稀释剂：3份，醋酸甲酯和丙酮(体积比为1：2)；
本实施例的制备方法与实施例一相同。
本发明实施例一～三所进行的测试项目及目的见表1，测试标准参照SJ/T 11197-2013。
表1本发明实施例一～三所进行的测试项目及目的
| 项目 | 目的 |
| 螺旋流动长度试验方法 | 流动性 |
| 凝胶时间 | 固化性 |
| 粘度实验 | 粘度状况 |
| Tg测试和膨胀系数 | 热性能 |
| 弯曲强度 | 机械强度 |
| 弯曲模量 | 韧性 |
本发明实施例一～三所进行的性能测试项目结果见表2。
表2本发明实施例一～三所进行的性能测试项目结果
| 检测项目 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 螺旋流动长度实验 | 92cm | 93cm | 82cm |
| CTE | 12ppm/℃ | 6ppm/℃ | 4ppm/℃ |
| 导热系数 | 1.9W/(m·K) | 2.4W/(m·K) | 2.7W/(m·K) |
| Tg测试 | 165℃ | 170℃ | 160℃ |
| 弯曲强度 | 132Mpa | 139Mpa | 120Mpa |
| 弯曲模量 | 1.43×10<sup>4</sup>Mpa | 1.47×10<sup>4</sup>Mpa | 1.35×10<sup>4</sup>Mpa |
| 介电常数(1MHz) | 5.4 | 5.3 | 5.8 |
| 压缩模塑(@125℃) | 30min | 10min | 5min |
| 后固化(@150℃) | 60min | 40min | 30min |
综上所述，本发明提供的封装模塑料，通过选用含有异氰尿酸酯的丙烯酸树脂为基体，利用其熔点低，在加热后(90～100℃)具备良好的流动性和浸渍性能；实现了在保证加工性能的基础上，进一步提升了填料的填充率，减少了内应力，从而减小了翘曲；且树脂官能度高，交联固化后耐热，防水性能好。
以上所述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及附图所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种封装模塑料，其特征在于：包括以下原料：主体树脂、固化剂和助剂；其中，所述主体树脂包括含异氰脲酸酯结构的丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述主体树脂还包括UV固化丙烯酸树脂。
3.根据权利要求1或2所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述助剂包括以下组分：阻燃剂、填料、硅烷偶联剂、脱模剂、着色剂、应力吸收剂和稀释剂。
4.根据权利要求2所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述封装模塑料由以下重量份数的原料组成：主体树脂5～30份、固化剂0.1～2份、阻燃剂1～5份、填料60～90份、硅烷偶联剂0.01～1.5份、脱模剂0.01～1份、着色剂0.01～1份、应力吸收剂2～5份和稀释剂0.00001～5份。
5.根据权利要求3所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述固化剂为光固化剂或热固化剂。
6.根据权利要求3所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述填料为二氧化硅和氧化铝的混合物。
7.根据权利要求5所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述填料由大填料、中填料和小填料组成。
8.根据权利要求6所述的一种封装模塑料，其特征在于：所述填料由以下质量份数的原料组成：大填料50～70份；中填料10～20份；小填料2～15份。
9.一种制备如权利要求1至8任一项所述的封装模塑料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备丙烯酸树脂糊；
S2、将所述固化剂添加至丙烯酸树脂糊中，固化即得所述封装模塑料。
10.如权利要求1至8任一项所述的封装模塑料在芯片封装领域的应用。
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