CN113278253A - 用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物及其应用和芯片的切割方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物及其应用和芯片的切割方法。本申请的二聚酸环氧树脂组合物通过与无机填料配合，可形成芯片封装用的模封胶，并能有效降低模封胶的翘曲和热膨胀系数。模封胶均匀地形成在芯片四周围堰上，从而增加芯片的缓震性能，并能有效降低由于芯片与基板之间的总体温度膨胀特性不匹配或芯片切割外力造成的冲击，同时还能防止焊点氧化。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件封装技术领域，具体涉及一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物及其应用和芯片的切割方法。
背景技术
半导体芯片通常需要采用保护胶进行封装，保护胶能保护半导体芯片免受机械、高温、潮湿以及其他外部冲击的不良影响，确保半导体芯片与下一层电路间的正常接触，提高半导体芯片的工作稳定性。因此合格的保护胶必须具备优良的密封性、粘结性和机械性能。目前半导体芯片常用的保护胶通常为可固化型树脂，例如环氧树脂。但由于保护胶材料特性的限制，在半导体芯片封装后的切割过程中，容易产生碎屑，并且还容易导致半导体芯片边缘的保护胶发生翘曲或产生裂纹，从而影响半导体芯片的封装性能。
因此，现有技术存在缺陷，急需解决。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，具有低热膨胀系数和低翘曲，且具有良好的流动性和切割性能，可用于芯片封装的模封胶，对芯片起到良好的保护作用。
本申请提供一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，以重量份计，包括：
二聚酸环氧树脂15-30重量份；
固化剂15-35重量份；
固化促进剂0.1-3重量份；
无机填料50-150重量份；
其中，所述二聚酸环氧树脂组合物中还包括：
含硅环氧树脂5-15重量份；和/或
双酚F环氧树脂15-35重量份。
在本申请的一些实施例中，所述二聚酸环氧树脂的化学结构为：
其中，R选自碳原子数为1-20的烷基。
在本申请的一些实施例中，所述含硅环氧树脂的用量为10重量份，所述双酚F环氧树脂的用量为5-10重量份。
在本申请的一些实施例中，所述固化剂为苯酚-芳烷基酚醛树脂、甲基六氢苯酐、六氢苯酐或四氢苯酐中的至少一种；所述固化促进剂选自咪唑类化合物或二甲基苄胺。
在本申请的一些实施例中，所述无机填料包括粒径范围在0.1μm～75μm之间的二氧化硅。
本申请还提供一种用于芯片封装的模封胶，所述模封胶的原料包括如上所述的二聚酸环氧树脂组合物。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶的粘度范围为25Pa·s～50Pa·s之间，所述模封胶的热膨胀系数≤15ppm/℃。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶的硬度范围为75HD～95HD之间。
本申请还提供一种对芯片进行切割的方法，包括：
在基板的切割位置形成切割缝；
在基板形成有切割缝的表面布设若干芯片；
在所述芯片周围的间隙填充权利要求6-7任一项所述的模封胶，使得所述模封胶分布在所述芯片四周；
固化所述模封胶；
从所述基板的背部沿所述切割缝进行切割，形成若干独立的芯片。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶还填充于所述切割缝中。
有益效果：
本申请提供一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，本申请的二聚酸环氧树脂组合物通过与无机填料配合，可形成芯片封装用的模封胶，并能有效降低模封胶的翘曲和热膨胀系数。模封胶均匀地形成在芯片四周围堰上，从而增加芯片的缓震性能，并能有效降低由于芯片与基板之间的总体温度膨胀特性不匹配或芯片切割外力造成的冲击，同时还能防止焊点氧化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的芯片封装后的侧面剖面示意图；
图2是本申请实施例提供的芯片切割方法的流程示意图；
图3-图6是本申请实施例提供的芯片切割方法的过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需说明的是，本申请当中，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，除特别说明外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
本申请提供一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，以重量份计，包括：
二聚酸环氧树脂15-30重量份；
固化剂15-35重量份；
固化促进剂0.1-3重量份；
无机填料50-150重量份；
其中，所述二聚酸环氧树脂组合物中还包括：
含硅环氧树脂5-15重量份；和/或
双酚F环氧树脂15-35重量份。
其中，所述二聚酸环氧树脂的化学结构为：
其中，R选自碳原子数为1-20的烷基。烷基可以是直链和/或支链的饱和脂肪族烃基，例如该脂肪族烃基可包括1-20个碳原子、1-10个碳原子、1-6个碳原子、1-4个碳原子、1个或2个碳原子等；烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基等。
本申请的二聚酸环氧树脂可以是由其他环氧树脂和脂肪二元酸发生加成反应生成的。其中，作为其他环氧树脂，没有特别的限制，例如，可以包括：萘型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、联苯型环氧树脂或其它多官能环氧树脂中的一种。
下面以双酚A型环氧树脂与脂肪二元酸发生加成反应为例，化学反应式如下式(Ⅰ)所示：
其中，脂肪二元酸的通式为HOOC-R-COOH，R选自碳原子数为1-20的烷基，烷基可以是直链和/或支链的饱和脂肪族烃基，例如该脂肪族烃基可包括1-20个碳原子、1-10个碳原子、1-6个碳原子、1-4个碳原子、1个或2个碳原子等；烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基等。
在本申请的一些实施例中，所述固化剂为苯酚-芳烷基酚醛树脂、甲基六氢苯酐、六氢苯酐或四氢苯酐中的至少一种。
其中，芳烷基是指分子结构中包含至少一个芳环的基团，例如芳基烷基、烷基芳基等。芳烷基的实例包括但不限于苯基烷基、烷基苯基、亚烷基苯基等。
在本申请的一些实施例中，所述固化促进剂选自咪唑类化合物或二甲基苄胺。所述固化促进剂可调整固化反应的速率，例如可根据实际需求促进固化反应的进行。
在本申请的一些实施例中，所述无机填料的种类没有特别限定，可以选自二氧化硅、氧化铝等无机填料。所述无机填料可降低热膨胀系数，降低吸水率。
在本申请的一些实施例中，所述无机填料包括粒径范围在0.1μm～75μm之间的二氧化硅。
在本申请的一些实施例中，所述含硅环氧树脂的化学结构式为式(Ⅱ)所示：
在本申请的一些实施例中，所述双酚F环氧树脂的的化学结构式为式(Ⅲ)所示：
本申请的二聚酸环氧树脂组合物通过二聚酸环氧树脂与含硅环氧树脂和/或双酚F环氧树脂进行复配，有效降低了模封胶的翘曲。示例性的，所述二聚酸环氧树脂组合物中，二聚酸环氧树脂的用量为20重量份，双酚F环氧树脂的用量为10重量份。示例性的，所述二聚酸环氧树脂组合物中，二聚酸环氧树脂的用量为15重量份，含硅环氧树脂的用量为10重量份。本申请还通过加入无机填料降低模封胶的热膨胀系数，示例性的，在所述组合物中所述无机填料的用量为100-130重量份。
申请人通过实验发现，二聚酸环氧树脂与固化剂结合虽然能降低模封胶的翘曲，但是会使模封胶的硬度降低。通常多个芯片制备于一个基板上进行封装，封装后需要对基板进行切割从而形成单独的芯片。如果模封胶的硬度过低，即模封胶较软的话在切割时会产生颗粒状的碎屑，会影响切割效率；再者，模封胶的硬度较低可能会使芯片表面过于柔软，按压、擦碰都有可能会产生印痕。如果模封胶的硬度过高，则会使模封胶较脆，在切割的过程中容易产生裂纹，影响芯片的封装性能，也无法起到保护作用。发明人在实验中发现，采用二聚酸环氧树脂与含硅环氧树脂和/或双酚F环氧树脂进行复配，可以降低模封胶的翘曲，同时还可增大模封胶的硬度，使模封胶的硬度不至于过低、也不至于过高，有利于芯片的切割性能的提升。采用本申请的上述二聚酸环氧树脂组合物，可以实现模封胶在流动性、固化后的热膨胀系数、吸水率、翘曲和机械强度、抗冲击性能良好的平衡。
在一些实施例中，所述组合物中还包括着色剂和/或偶联剂。着色剂可使模封胶呈现不同颜色的外观，着色剂可选用本领域已知的颜料或染料。在本申请中，可选用炭黑等黑色颜料，除使模封胶呈黑色外，还可遮蔽光线，避免光线对芯片的损伤。在所述组合物中，着色剂的用量为0.1-3重量份，可根据实际需要确定其用量，例如为0.5-1重量份。
偶联剂可选用本领域已知的具有反应性活性基团的硅烷偶联剂，所述反应性活性基团可以是环氧基、氨基、巯基等至少一种；示例性的，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。在所述组合物中，偶联剂的用量为0.1-5重量份，例如为0.5-3重量份。偶联剂的加入可改善无机填料与上述环氧树脂及其他成分的相容性，还可改善模封胶与芯片和基板的接着力，使模封胶可以更紧密地附着于芯片四周，起到更佳的模封保护效果。
本申请还提供一种用于芯片封装的模封胶，所述模封胶的原料包括如上所述的二聚酸环氧树脂组合物。模封胶的制备方法包括：按质量份混合各组分环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填料、着色剂以及偶联剂，并用三辊研磨机研磨至胶状物，经真空脱泡，即得模封胶。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶具有低热膨胀系数，可有效降低由于芯片与基板之间的总体温度膨胀特性不匹配或芯片切割外力造成的冲击。具体地，所述模封胶的粘度范围为25Pa·s～50Pa·s之间。示例性的，所述模封胶的粘度为25Pa·s、30Pa·s、35Pa·s或者40Pa·s。所述模封胶的热膨胀系数≤15ppm/℃，优选的，所述模封胶的热膨胀系数≤11ppm/℃。示例性的，所述模封胶的热膨胀系数为8ppm/℃、10ppm/℃或11ppm/℃。
在上述粘度范围内的模封胶，具有良好的流动性，可在固化前自然流动以均匀填充至芯片周围的间隙中。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶的硬度范围为75HD～95HD之间。示例性的，所述模封胶的硬度为80HD、85HD或90HD。硬度过低，模封胶较软，在切割时容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不利于芯片内部电路器件等结构的保护；硬度过高，模封胶较脆，在切割时容易发生断裂或产生裂纹，不利于芯片的保护和封装。硬度在上述范围内的模封胶，不仅可以很好的保护芯片，并且可提升芯片切割性能，节省工艺制程。
本申请还提供所述组合物在制备芯片边缘保护用模封胶的应用。
本申请还提供一种对芯片进行切割的方法，如图2所示，包括：
步骤S1，在基板的切割位置形成切割缝。
具体地，提供一基板，该基板可以是玻璃基板。在基板的一侧表面对应待切割位置形成切割缝，该切割缝的深度小于基本的厚度。本申请对该切割缝的深度不做具体限定，可根据实际制程需求而定。其中，形成切割缝的方式包括但不限于采用激光刻蚀。
步骤S2，在基板形成有切割缝的表面布设若干芯片。
如图3所示，其中，切割缝2将基板1划分为若干分区，每一分区切割后形成独立的芯片基板，可根据实际需求在一个分区对应布设一个或多个芯片3。
步骤S3，在所述芯片周围的间隙填充模封胶，使得所述模封胶分布在所述芯片四周。
如图4所示，在芯片3周围填充模封胶4，用刮刀5将模封胶4均匀的填满芯片3间的缝隙，刮刀5与芯片3顶端留有一定距离来保护芯片3不被刮伤。
步骤S4，固化所述模封胶。
其中，所述模封胶的固化方式可以采用常规的固化方法，例如紫外线固化等。
所述模封胶固化之后，还需要对所述模封胶4进行打磨，如图5所示，设置有芯片3一侧的模封胶4需打磨至芯片3露出来，之后再翻转打磨基板1背向芯片3一侧的模封胶4，使得切割缝2露出来。
步骤S5，如图6所示，从所述基板1的背部沿所述切割缝2进行切割，形成若干独立的芯片。
由于模封胶作用于芯片四周围堰上，增加芯片的缓震性能，并能有效降低由于芯片与基板之间的总体温度膨胀特性不匹配或芯片切割外力造成的冲击，同时还能防止焊点氧化。
在本申请的一些实施例中，所述模封胶4还填充于所述切割缝2中。其中，在垂直于所述基板的方向上，所述模封胶4可以从芯片3的侧面延伸至基板1的侧面。如此，在芯片切割后，芯片的侧边能很好的被模封胶包覆，可以使模封胶更好的封装芯片。
以下结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步的说明。除非特别说明，本申请实施例所用的试剂均为市售所得。
实施例
按表1所示的成分表混合各组分(环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填料、着色剂、偶联剂)，并用三辊研磨机研磨至胶状物，经真空脱泡，即得具有芯片边缘保护作用的模封胶。
热膨胀系数CTE1的测试方法为：将液态模封胶经150℃/1h固化后，制备符合标准ASTM E831-2019要求的样品，测试样品的热膨胀系数。
翘曲的测试方法为：将模封胶液均匀涂于载玻片上，在130℃条件下烘烤1小时，待自然冷却后取出。去除载玻片四周残留的树脂，固定载玻片一侧，用直尺量载玻片翘起的距离，此距离记录为翘曲。
硬度(邵氏硬度)的测试方法为：参考标准是用型号LX-D布氏硬度计，在样片上按压，读取指针的最大值。
粘度(旋转粘度)的测试方法为：参考标准是ASTM D2196-2018，样品恒温25℃，用Brookfield粘度计，选择SC4-14转子测试。
表1
根据表1可以看出，本申请实施例1-4提供的模封胶具有低的热膨胀系数和低翘曲。实施例1和对比例1-3对比可以看出，本申请实施例1采用二聚酸环氧树脂和双酚F环氧树脂复配，其中二聚酸环氧树脂的用量为20重量份，双酚F环氧树脂的用量为10重量份，其翘曲远低于对比例1、对比例2和对比例3，并且热膨胀系数远低于对比例1和2，硬度也远高于对比例1和3。而对比例1中的含硅环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，并且其固化剂和固化促进剂与实施例1选用的材料和用量不同，可明显看出其翘曲和热膨胀系数要远高于实施例1，并且其硬度要远低于实施例1，因此对比例1的模封胶容易发生翘曲，吸水率高，并且在芯片切割时容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不能很好的保护芯片。对比例2中的双酚F环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，可明显看出其翘曲和热膨胀系数以及硬度都要远高于实施例1，也不能很好的保护芯片。对比例3中的二聚酸环氧树脂没有和其他环氧树脂复配，可明显看出其翘曲高于实施例1，硬度也低于实施例1，因此对比例3在芯片切割时，容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不能很好的保护芯片。
另外，模封胶的粘度过大，则流动性不佳，影响模封胶填充的均匀性；模封胶的粘度过小，则容易从基板边缘流出导致溢胶，影响模封胶的填充效果，也会影响膜具的清洁度。其中，实施例1的粘度高于对比例1和3，因此，实施例1的模封胶不容易溢胶，填充效果比对比例1和3好，且实施例1中模封胶的粘度低于对比例2的粘度，因此，实施例1的模封胶同时具备良好的流动性，填充的均匀性比对比例2好。
实施例2和对比例1-3对比可以看出，本申请实施例2采用二聚酸环氧树脂和含硅环氧树脂复配，其中二聚酸环氧树脂的用量为15重量份，含硅环氧树脂的用量为10重量份，其翘曲远低于对比例2和对比例3，并且热膨胀系数远低于对比例1和2，硬度也远高于对比例1和3。而对比例1中的含硅环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，并且其固化剂和固化促进剂与实施例2选用的材料和用量不同，二氧化硅的用量高于对比例1，可明显看出其热膨胀系数要远高于实施例2，并且其硬度要远低于实施例2，因此对比例1的模封胶的吸水率高，并且在芯片切割时容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不能很好的保护芯片。对比例2中的双酚F环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，苯酚-芳烷基酚醛树脂的用量低于实施例2，二氧化硅的用量低于实施例2，可明显看出其翘曲和热膨胀系数以及硬度都要远高于实施例2，也不能很好的保护芯片。对比例3中的二聚酸环氧树脂没有和其他环氧树脂复配，固化剂和固化促进剂的材料和用量与实施例2不同，二氧化硅的用量低于实施例2，可明显看出其翘曲高于实施例2，硬度也低于实施例2，因此对比例3也不能很好的保护芯片。
其中，实施例2的粘度高于对比例1和3，因此，不容易发生溢胶，填充效果比对比例1和3好，且实施例2的粘度低于对比例2的粘度，因此，具有良好的流动性，使得模封胶填充的均匀性比对比例2好。
实施例3和对比例1-3对比可以看出，本申请实施例3采用二聚酸环氧树脂和含硅环氧树脂复配，其中二聚酸环氧树脂的用量为5重量份，含硅环氧树脂的用量为20重量份，其翘曲远低于对比例1-3，并且热膨胀系数远低于对比例1和2，硬度也远高于对比例1。而对比例1中的含硅环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，并且其固化剂与实施例3选用的材料和用量不同，二氧化硅的用量低于实施例3，可明显看出其翘曲明显高于实施例3，热膨胀系数要远高于实施例3，并且其硬度要远低于实施例3，因此对比例1的模封胶的吸水率高，易发生翘曲，并且在芯片切割时容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不能很好的保护芯片。对比例2中的双酚F环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，可明显看出其翘曲和热膨胀系数以及硬度都要远高于实施例3，也不能很好的保护芯片。对比例3中的二聚酸环氧树脂没有和其他环氧树脂复配，可明显看出其翘曲高于实施例3，因此对比例3也不能很好的保护芯片。
其中，实施例3的粘度高于对比例1和3，因此，不容易发生溢胶，填充效果比对比例1和3好，且实施例3的粘度低于对比例2的粘度，因此，具有良好的流动性，使得模封胶填充的均匀性比对比例2好。
实施例4和对比例1-3对比可以看出，本申请实施例4采用二聚酸环氧树脂和双酚F环氧树脂复配，其中二聚酸环氧树脂的用量为20重量份，双酚F环氧树脂的用量为10重量份，其翘曲远低于对比例2，并且热膨胀系数远低于对比例1和2，硬度也远高于对比例1和3。而对比例1中的含硅环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，并且其固化促进剂与实施例4选用的材料和用量不同，可明显看出其热膨胀系数明显高于实施例4，并且其硬度要远低于实施例4，因此对比例1的模封胶的吸水率高，易发生翘曲，并且在芯片切割时容易产生颗粒状碎屑，或者在按压、擦碰时可能会产生印痕，不能很好的保护芯片。对比例2中的双酚F环氧树脂没有和二聚酸环氧树脂复配，可明显看出其热膨胀系数以及硬度要远高于实施例4，也不能很好的保护芯片。实施例4的粘度高于对比例1和3，因此，不容易发生溢胶，填充效果比对比例1和3好，且实施例4的粘度低于对比例2的粘度，因此，具有良好的流动性，使得模封胶填充的均匀性比对比例2好。
以上对本申请实施例所提供的一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物及其应用和芯片的切割方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，其特征在于，以重量份计，包括：
二聚酸环氧树脂 15-30重量份；
固化剂 15-35重量份；
固化促进剂 0.1-3重量份；
无机填料 50-150重量份；
其中，所述二聚酸环氧树脂组合物中还包括：
含硅环氧树脂 5-15重量份；和/或
双酚F环氧树脂 15-35重量份。
2.根据权利要求1所述的用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，其特征在于，所述二聚酸环氧树脂的化学结构为：
其中，R选自碳原子数为1-20的烷基。
3.根据权利要求1所述的用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，其特征在于，所述含硅环氧树脂的用量为10重量份，所述双酚F环氧树脂的用量为5-10重量份。
4.根据权利要求1所述的用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，其特征在于，所述固化剂为苯酚-芳烷基酚醛树脂、甲基六氢苯酐、六氢苯酐或四氢苯酐中的至少一种；所述固化促进剂选自咪唑类化合物或二甲基苄胺。
5.根据权利要求1所述的用于芯片封装的二聚酸环氧树脂组合物，其特征在于，所述无机填料包括粒径范围在0.1μm～75μm之间的二氧化硅。
6.一种用于芯片封装的模封胶，其特征在于，所述模封胶的原料包括如权利要求1-5任一项所述的二聚酸环氧树脂组合物。
7.根据权利要求6所述的模封胶，其特征在于，所述模封胶的粘度范围为25Pa·s～50Pa·s之间，所述模封胶的热膨胀系数≤15ppm/℃。
8.根据权利要求6所述的模封胶，其特征在于，所述模封胶的硬度范围为75HD～95HD之间。
9.一种对芯片进行切割的方法，其特征在于，包括：
在基板的切割位置形成切割缝；
在基板形成有切割缝的表面布设若干芯片；
在所述芯片周围的间隙填充权利要求6-7任一项所述的模封胶，使得所述模封胶分布在所述芯片四周；
固化所述模封胶；
从所述基板的背部沿所述切割缝进行切割，形成若干独立的芯片。
10.根据权利要求9所述的对芯片进行切割的方法，其特征在于，所述模封胶还填充于所述切割缝中。
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