CN113403014B - 电子封装器件用底部填充胶、制备方法及电子封装器件 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于电子封装器件的底部填充胶，主要由以下质量百分比的原料组成：
Figure DDA0003142329080000011
所述底部填充胶中包含改性二氧化硅，改性二氧化硅的表面为聚苯乙烯层，可消除二氧化硅表面的氢键，使改性二氧化硅表面不存在氢键，使改性二氧化硅之间的作用力较小，具有强分散性，容易分散在胶体中。所述低膨胀系数底部填充胶中的改性二氧化硅的填充量可以为质量百分比在75‑80％之间，且不存在分散不均的现象，可以有效地降低底部填充胶的热膨胀系数。另，本申请还公开一种底部填充胶的制备方法及电子封装器件。

Description

电子封装器件用底部填充胶、制备方法及电子封装器件
技术领域
本申请涉及电子封装技术领域，尤其涉及一种电子封装器件用底部填充胶、所述电子封装器件用底部填充胶的制备方法及电子封装器件。
背景技术
底部填充胶广泛应用在MP3、USB、手机、蓝牙等手提电子产品的线路板封装，是电子器件封装技术中的关键材料，用于填充在芯片与基板之间，分散芯片表面承载的应力，同时缓解芯片、焊料和基板三者热膨胀系数不匹配产生的内应力，降低芯片与基板之间因热膨胀系数差异所造成的应力冲击，提高电子器件的结构强度和可靠性。
随着电子信息产业的不断发展和技术的不断革新，对电子产品的封装技术的要求也越来越高，要求芯片封装具有高密度、小体积、低功耗、更快速、更小延迟和成本低等优势，为了满足芯片封装的更高技术要求，对信赖性更高的底部填充胶的需求更大，需要底部填充胶(underfill)具有更好的性能。
底部填充胶是否有效，与芯片及基板的线膨胀系数差距有关，底部填充胶的热膨胀系数降低，可以调和焊接凸点的热膨胀系数，从而提高芯片封装的可靠性和寿命。此外，底部填充胶的热膨胀系数越低，其与芯片的表面贴合程度越好，耐候性越强。但是，现有的底部填充胶的热膨胀系数较高，不能满足7nm以下先进制程封装要求，从而制约了高密度系统级封装技术的进一步发展。
为了降低线膨胀系数，现有的底部填充胶一般会加大增韧剂和二氧化硅的填充量。但是一味提高底部填充胶的增韧剂及二氧化硅的填充量，会使得体系的粘度上升，且二氧化硅含量过高会出现分散不均的问题，损害底部填充胶的流动性能，不能满足电子封装器件安装所需密封材料低粘度、高流动性的要求。此外，提高增韧剂的填充量，底部填充胶的耐冲击性能也会降低，从而较难维持底部填充胶和电子封装器件在运输时与基板的粘结性。
发明内容
本申请提供一种电子封装器件用底部填充胶，目的为改善现有的底部填充胶膨胀系数较高的问题。
本申请实施例是这样实现的，一种电子封装器件用底部填充胶，所述底部填充胶主要由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000021
其中，所述改性二氧化硅的粒径为0.1-100μm，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000022
其中，所述改性二氧化硅的粒径为0.1-100μm，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述环氧树脂选自高纯缩水甘油胺环氧树脂、高纯度三官能团氨基酚环氧树脂、双型缩水甘油醚型环氧树脂及萘酚环氧树脂中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述固化剂选自甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、邻苯二甲酸酐及四氢邻苯二甲酸酐中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述底部填充胶还包括质量百分含量为0.2-0.5％的颜料。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述颜料选自炭黑。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述促进剂选自咪唑类促进剂及改性胺类促进剂中的至少一种。
相应的，本申请实施例还提供一种上述电子封装器件用底部填充胶的制备方法，包括如下步骤：
制备硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅；
提供环氧树脂、纳米二氧化硅、固化剂、颜料及促进剂，按一定的配比加入所述改性二氧化硅中，混合，得到混合物；以及
辊磨所述混合物，真空脱泡，得到底部填充胶。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述制备硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅的方法为：
提供二氧化硅并加入容器中；
向所述容器中加入水，搅拌并升温至70-90℃；
向所述容器中加入硅烷偶联剂，保温反应一段时间T1，得到表面修饰的二氧化硅；
向所述表面修饰的二氧化硅中加入苯乙烯单体及引发剂，反应一段时间T2，得到悬浮液；以及
过滤所述悬浮液，烘干，得到硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述二氧化硅与所述硅烷偶联剂的摩尔比的范围为(7-4)：(2-1)。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述表面修饰的二氧化硅、苯乙烯单体、引发剂的摩尔比的范围为(8-4)：(2-1)：(0.3-0.1)。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述时间T1为10-18h，所述时间T2为4-10h。
相应的，本申请实施例还提供一种电子封装器件，包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间且与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊球节点，所述基底与所述芯片之间填充有底部填充材料，所述底部填充材料由上述底部填充胶固化后形成。
本申请具有如下有益效果：
本申请的电子封装器件用低膨胀系数底部填充胶中包含硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性的二氧化硅，所述改性二氧化硅的表面为聚苯乙烯层，如此，可以消除二氧化硅表面的氢键，使得改性二氧化硅表面不存在氢键。因此，所述改性二氧化硅颗粒之间的作用力较小，具有更强的分散性，更容易分散在底部填充胶中。如此，所述电子封装器件的低膨胀系数底部填充胶中的改性二氧化硅的填充量可以为质量百分比在75-80％之间，仍不存在分散不均的现象，可以有效地降低底部填充胶的热膨胀系数，满足7nm以下先进制程封装要求。此外，在所述低膨胀系数底部填充胶的各组分的协同作用下，进一步使得本申请的底部填充胶具有较低的热膨胀系数。
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一种电子封装器件用底部填充胶的制备方法流程图；
图2是本申请实施例提供的电子封装器件的结构示意图。
具体实施方式
下面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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，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，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)。
本申请实施例提供一种电子封装器件用底部填充胶，主要由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000051
所述环氧树脂可以选自但不限于高纯缩水甘油胺环氧树脂、高纯度三官能团氨基酚环氧树脂、双型缩水甘油醚型环氧树脂、萘酚环氧树脂中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述高纯缩水甘油胺环氧树脂选自韩国SHIN-A的SE-300P，所述高纯度三官能团氨基酚环氧树脂选自络合高新EPM-304H，所述双型缩水甘油醚型环氧树脂选自日本DIC的EXA-4850，所述萘酚环氧树脂选自日本DIC的HP-4032D。所述种类的环氧树脂的热膨胀系数低，与二氧化硅的相容性好。
所述改性二氧化硅为硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅。所述改性二氧化硅的表面为聚苯乙烯层，换言之，聚苯乙烯层将二氧化硅颗粒包覆。如此，可以消除二氧化硅表面的氢键，使得改性二氧化硅表面不存在氢键，使得改性二氧化硅颗粒之间的作用力较小，具有更强的分散性，更容易分散在底部填充胶中。如此，所述电子封装器件的低膨胀系数底部填充胶中的改性二氧化硅的填充量可以为质量百分比在75-80％之间，且不存在分散不均的现象，可以有效地降低底部填充胶的热膨胀系数。
所述改性二氧化硅的粒径范围为0.1-100μm。可以根据芯片与封装基板之间和/或焊球节点之间的间隙大小选择使用不同粒径的改性二氧化硅，作为列举，在所述间隙为100μm范围内时，所述改性二氧化硅的粒径优选为0.1-5μm；在芯片与封装基板之间的间隙在50-100μm范围内时，所述改性二氧化硅的粒径优选为0.1-2μm；在芯片与封装基板之间的间隙在15-50μm范围内时，所述改性二氧化硅的粒径优选为0.1-0.5μm；在芯片与封装基板之间的间隙在6-15μm范围内时，所述改性二氧化硅的粒径优选为0.1-0.3μm。
所述硅烷偶联剂可以选自但不限于γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三2-甲氧乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷及二苯基二甲氧基硅烷中的至少一种。
所述纳米二氧化硅优选为粒径为50-100nm的二氧化硅。所述纳米二氧化硅可以填充在所述改性二氧化硅之间的缝隙中，从而增加底部填充胶中的二氧化硅的含量，进而进一步降低底部填充胶的热膨胀系数。
所述固化剂可以选自但不限于甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、邻苯二甲酸酐及四氢邻苯二甲酸酐中的至少一种。
所述低膨胀系数底部填充胶中还包括颜料。所述颜料为本领域已知用于底部填充胶的颜料，如炭黑等，在此不做限制。所述低膨胀系数底部填充胶中，所述颜料的质量百分含量为0.2-0.5％。
所述促进剂可以选自但不限于咪唑类促进剂及改性胺类促进剂中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述咪唑类促进剂选自2-乙基-4-甲基咪唑，所述改性胺类促进剂选自日本富士7000及日本富士7001。所述种类的促进剂自身粘度低，潜伏性强。
所述底部填充胶中包含硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性的二氧化硅，在特定配比的组分的协同作用下，使得本申请的底部填充胶具有较低的热膨胀系数，可以满足7nm以下先进制程封装要求。
请参阅图1，本申请实施例还提供一种电子封装器件用底部填充胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：制备硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅；
步骤S2：提供环氧树脂、纳米二氧化硅、固化剂、颜料及促进剂，按一定的配比加入所述硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅中，混合，得到混合物；以及
步骤S3：辊磨所述混合物，真空脱泡，得到用于电子封装器件的低膨胀系数底部填充胶。
在至少一实施例中，所述步骤S1具体为：
步骤S11：提供二氧化硅并加入至容器中；
步骤S12：向所述容器中加入去离子水，搅拌并升温至70-90℃；
步骤S13：向所述容器中加入硅烷偶联剂，保温反应一段时间T1，得到表面修饰的二氧化硅；
步骤S14：向所述表面修饰的二氧化硅中加入苯乙烯单体及引发剂，反应一段时间T2，得到悬浮液；以及
步骤S15：过滤所述悬浮液，烘干，得到硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅。
所述步骤S11中，所述容器可以为四口烧瓶等常规用于化学反应的容器。
所述步骤S11中的二氧化硅与步骤S13中的硅烷偶联剂的摩尔比的范围为(7-4)：(2-1)。
所述步骤S13中，所述时间T1为10-18h。
所述步骤S14中，所述表面修饰的二氧化硅、苯乙烯单体及引发剂的摩尔比的范围为(8-4)：(2-1)：(0.3-0.1)。
在至少一实施例中，所述加入苯乙烯单体的方法为以每秒2滴的速度缓慢滴加。
所述时间T2为4-10h。
所述引发剂可以选自但不限于过硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰及过氧化二异丙苯中的至少一种。
所述步骤S15中，所述烘干优选为35-60℃低温烘干。
所述步骤S2中，所述环氧树脂、纳米二氧化硅、固化剂、颜料及促进剂的配比和种类参上文所述，在此不再赘述。
在至少一实施例中，所述混合为采用离心搅拌机搅拌，其中，搅拌时间为90-300s，离心搅拌机的搅拌轴的自转速度为600-1000r/min，公转速度为1000-1200r/min。
所述步骤S3中，在至少一实施例中，使用三辊研磨机辊磨所述混合物。
在至少一实施例中，使用离心搅拌机进行真空脱泡，真空脱泡时间为30-60s，离心搅拌机的搅拌轴的自转速度为600-1000r/min，公转速度为1000-1200r/min。
请参阅图2，本申请实施例还提供一种使用底部填充胶的电子封装器件100，包括基底10、设置在基底10一表面的芯片20、及设置在基底10与芯片20之间并与基底10及芯片20电连接的多个间隔设置的焊球节点30。所述基底10与所述芯片20之间填充有底部填充材料40，所述底部填充材料40所述底部填充胶固化后形成。
下面通过具体实施例来对本申请进行具体说明，以下实施例仅是本申请的部分实施例，不是对本申请的限定。
实施例1
本实施例中的电子封装器件用底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000081
其中，所述改性二氧化硅通过以下方法制得：
称取一定重量的二氧化硅加入到四口烧瓶中，然后加入去离子水，搅拌并升温至80℃，然后加入γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，保温反应12h，得到修饰二氧化硅，其中，二氧化硅与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为5:1；
以每秒2滴的速度缓慢滴加一定量的苯乙烯，加完后滴加引发剂过硫酸氨，继续维持反应6h，将悬浮液过滤、50℃低温烘干，得到硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅，其中，修饰二氧化硅、苯乙烯、过硫酸氨的摩尔比为5:1:0.1。
实施例2
本实施例中的电子封装器件用底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000091
其中，所述改性二氧化硅的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例中的电子封装器件用底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000092
其中，所述改性二氧化硅的制备方法同实施例1，唯一的区别在于二氧化硅与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为2:1。
实施例4
本实施例中的电子封装器件用底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000093
其中，所述改性二氧化硅的制备方法同实施例1，唯一的区别在于修饰二氧化硅、苯乙烯、过硫酸氨的摩尔比为8:1:0.1。
实施例5
本实施例中的电子封装器件用底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000101
其中，改性二氧化硅的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000102
对比例2
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000103
对比例3
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000111
对比例4
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000112
其中，改性二氧化硅的制备方法同实施例1。
对比例5
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000113
其中，改性二氧化硅的制备方法同实施例1。
对比例6
本对比例中的底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0003142329060000121
其中，所述改性二氧化硅的制备方法同实施例1。
对所述实施例1-5的电子封装器件用底部填充胶及对比例1-6的底部填充胶进行TMA热膨胀系数CTE1/2测试、流动性测试、DMA储能模量测试。TMA热膨胀系数CTE1测试方法为：分别将实施例1-5的电子封装器件用底部填充胶及对比例1-6的底部填充胶经150℃/1h固化后，制备符合标准ASTM E831-2019要求的样品，然后测试样品的热膨胀系数，分别取温度为30℃-50℃和150℃-200℃的值。流动性测试方法为：将宽20mm、厚0.5mm的正方形玻璃片用30um厚的双面胶粘住四个角贴在载玻片上，然后放在温度为90℃的电热板上，预热3min，采用细钢针将待测底部填充材料沿着正方形玻璃片的一条边横向涂抹，同时开始计时，在毛细力的作用下底部填充材料会在玻璃片底部延流，记录底部填充材料流到玻璃片边长一半(10mm)的时间以及流满(20mm)的时间。储能模量分别取温度为25℃-250℃的值。检测结果参下表一：
表一：
Figure BDA0003142329060000122
Figure BDA0003142329060000131
由上表可知，相较对比例1-3的未添加改性二氧化硅的底部填充胶，实施例1-5的添加有改性二氧化硅的电子封装器件用底部填充胶的热膨胀系数明显较低。
对比例4的底部填充胶中的改性二氧化硅的添加量小于75％，其热膨胀系数明显高于实施例1-5的电子封装器件用底部填充胶的热膨胀系数。
对比例5-6的底部填充胶中的改性二氧化硅的添加量过高，底部填充胶已无法流动。
以上对本申请实施例所提供的电子封装器件用底部填充胶进行了详细介绍，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 (11)

1.一种电子封装器件用底部填充胶，其特征在于：所述底部填充胶主要由以下质量百分比的原料组成：
Figure 133267DEST_PATH_IMAGE001
其中，所述硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅的粒径为0.1-100μm，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm；
所述硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅经如下步骤制备：
提供二氧化硅并加入容器中；
向所述容器中加入水，搅拌并升温至70-90℃；
向所述容器中加入硅烷偶联剂，保温反应，得到表面修饰的二氧化硅；
向所述表面修饰的二氧化硅中加入苯乙烯单体及引发剂，反应，得到悬浮液；以及
过滤所述悬浮液，烘干，得到硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅。
2.如权利要求1所述的底部填充胶，其特征在于：所述底部填充胶由以下质量百分比的原料组成：
Figure 847145DEST_PATH_IMAGE001
其中，所述硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅的粒径为0.1-100μm，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm。
3.如权利要求1或2所述的底部填充胶，其特征在于：所述环氧树脂选自高纯缩水甘油胺环氧树脂、高纯度三官能团氨基酚环氧树脂、双型缩水甘油醚型环氧树脂及萘酚环氧树脂中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的底部填充胶，其特征在于：所述固化剂选自甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、邻苯二甲酸酐及四氢邻苯二甲酸酐中的至少一种。
5.如权利要求1所述的底部填充胶，其特征在于：所述颜料选自炭黑。
6.如权利要求1所述的底部填充胶，其特征在于：所述促进剂选自咪唑类促进剂及改性胺类促进剂中的至少一种。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的底部填充胶的制备方法，包括如下步骤：
提供二氧化硅并加入容器中；
向所述容器中加入水，搅拌并升温至70-90℃；
向所述容器中加入硅烷偶联剂，保温反应一段时间T1，得到表面修饰的二氧化硅；
向所述表面修饰的二氧化硅中加入苯乙烯单体及引发剂，反应一段时间T2，得到悬浮液；以及
过滤所述悬浮液，烘干，得到硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅；
提供环氧树脂、纳米二氧化硅、固化剂、颜料及促进剂，按一定的配比加入所述硅烷偶联剂及苯乙烯单体改性二氧化硅中，混合，得到混合物；以及
辊磨所述混合物，真空脱泡，得到底部填充胶。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅与所述硅烷偶联剂的摩尔比的范围为（7-4）：（2-1）。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述表面修饰的二氧化硅、苯乙烯单体、引发剂的摩尔比的范围为（8-4）：（2-1）：(0.3-0.1)。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述时间T1为10-18h，所述时间T2为4-10h。
11.一种电子封装器件，包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间且与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊球节点，所述基底与所述芯片之间填充有底部填充材料，其特征在于：所述底部填充材料由权利要求1-6任意一项所述的底部填充胶固化后形成。
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