CN113913133B - 一种导电热固性树脂组合物的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导电热固性树脂组合物的应用，属于半导体封装领域，包含(a)银微粒(b)铜粉(c)丙烯酸树脂(d)溶剂(e)助熔剂(f)自由基引发剂和(I)钛酸酯偶联剂；(a)粒径为0.1μm～10μm、厚度为10～100nm；(b)粒径为1μm～5μm、厚度为10～100nm；将(a)和(b)总量设为100质量份，(c)为5～10质量份(d)为3～5质量份(e)为0.1～0.5质量份(I)为0.05～0.2质量份；将(c)总质量设为100质量份(f)为4～7质量份。本发明提供的导电热固性树脂组合物，能够减少甚至消除芯片与基板表面的粘结缺陷，提高芯片与基板粘接力，保证半导体器件的可靠性。

Description

一种导电热固性树脂组合物的应用

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其是涉及一种导电热固性树脂组合物的应用。

背景技术

随着半导体及芯片技术的快速发展，芯片正在小型化发展，对导电银胶的粘接强度，可靠性要求更高。芯片变小，其可用于粘合的面积自然也随之变小，由于粘合面积的减少，通常情况下，粘结绝对强度也会降低，进而导致芯片与基板的粘接强度降低。

尤其近年来的白色发光LED的高亮度化，也被广泛用于全彩色液晶画面的背光灯照明、吊灯或筒灯等照明装置。但是，因发光元件的高输出化带来的高电流投入，存在粘接发光元件和基板的粘接剂因热或光等而变色、或电阻值产生随时间推移而变化的问题。尤其是在接合完全依赖于粘接剂的粘接力的方法中，有可能出现在电子部件的焊料安装时接合材料在焊料熔融温度下失去粘接力而剥离，导致不亮的致命的问题。

相关技术中，当有轻微的应力/热应力存在时，基板表面处的粘接缺陷，更容易导致发光元器件不发光。因此，为了提高芯片与基板的粘接质量，如何减少甚至消除芯片与基板表面的粘结缺陷，使银胶受到应力作用时，不发生粘附破坏是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中导电粘接物与基板表面出易出现粘结缺陷，提供一种导电热固性树脂组合物的应用，所述导电热固性树脂组合物能够减少甚至消除芯片与基板表面的粘结缺陷，使其受到应力/热应力作用时，仅产生银胶层内聚破坏，而不发生银胶与基板表面的粘附破坏，从而保证半导体器件的可靠性。

本发明提供的技术方案是一种导电热固性树脂组合物的应用，所述导电热固性树脂组合物包含(a)银微粒、(b)铜粉、(c)丙烯酸树脂、(d)溶剂、(e)助熔剂、(f)自由基引发剂和(I)钛酸酯偶联剂；其中，所述(a)银微粒的粒径为0.1μm-10μm，厚度为10～100nm；所述(b)铜粉的粒径为1μm-5μm，厚度为10～100nm；

将所述(a)成分和(b)成分的总量设为100质量份时，(c)成分的含量为5～10质量份、(d)成分的含量为3～5质量份，(e)成分的含量为0.1～0.5质量份、(I)成分的含量为0.05～0.2质量份；将所述(c)成分的总质量设为100质量份时，(f)成分的含量为4～7质量份。

在一种可选实施方案中，所述导电热固性树脂组合物还包含(g)有机硅复合粉末和(h)间隔粒子；

将所述(a)成分和(b)成分的总量设为100质量份时，所述(g)成分的含量为0.05～0.2质量份，(h)成分的含量为0.05～0.2质量份。间隔粒子主要是吸收应力、有机硅复合粉末具有很好的分散作用，在烧结时起抑制烧结作用，减缓烧结，防止收缩过大。

在一种可选实施方案中，所述(a)成分和(b)成分的质量比为15∶1～17∶1。

在一种可选实施方案中，所述(d)成分为二醇。二醇的沸点在200-300℃之间，同时本身的粘度较低，既能够很好的降低体系粘度，又可以减少溶剂的使用量。

在一种可选实施方案中，所述(e)成份是二甘醇酸、丙二酸、己二酸中的至少一种。所述的二甘醇酸、丙二酸或己二酸在升温的状态下具有强还原性，能够与铜粉和银粉的氧化层反应，从而去除金属表面氧化物。

在一种可选实施方案中，所述(f)成分具体为二枯基过氧化物、甲基环己酮过氧化物、乙酰丙酮过氧化物、叔己基过氧化氢、过氧化二异丙苯等中的至少一种。

在一种可选实施方案中，所述(c)成分为丙烯酸树脂且沸点为200～300℃之间。

在一种可选实施方案中，所述(a)成分包含银粉C，和银粉A或银粉B中的一种；所述银粉A的平均粒径为7μm；所述银粉B的平均粒径为4μm，所述银粉C的平均粒径为0.1～3μm，优选为0.15～0.4μm。

在一种可选实施方案中，所述(a)成分按100质量份计，其中，银粉C的质量分数为20％～30％，银粉A或银粉B的质量分数为80％～70％。

在一种可选实施方案中，所述(a)成分的形状为鳞片状。

在本发明的实施案例中，将所述导电热固性树脂组合物用作芯片粘接材料，将半导体元件粘接到基板上。

在一种可选的实施案例中，所述半导体元件为发光元件，或尺寸为0.1mm～2mm的芯片，将所述发光元件或尺寸为0.1mm～2mm的芯片固定于半导体框架为铜的基板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的导电热固性树脂组合物的粘接力优异，体积电阻率较低，应力低，耐回流焊性能优异，并且固化后，形成无空隙的导电银胶。另外可知，适量的铜粉有利于粘接力的提升，二醇对整个银粉体系的浸润性优异，二羧酸化合物可以去除掉基板与银粉、铜粉之间的氧化物，保证固化后无空隙，进而提高产品的稳定性、可靠性，钛酸酯偶联剂能够增强材料与基板的粘接。通过本发明提供的导电热固性树脂组合物作为芯片粘接材料使用，可以制成可靠性优异的半导体与电子电气设备。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

纳米银粉主要考虑更好的烧结性，但是银粉颗粒越低，会使体系粘度增大，需要更多的溶剂降低体系粘度，同时在烧结时会产生较大收缩会导致烧结后会产生烧结裂缝，空隙，影响固化性能。相对粒径较高的次微米级银粉，烧结效果好，收缩较小，粘接力高。

首先单醇的沸点普遍低于200℃，容易挥发，而且高温下醇具有还原性可以去除银粉上的氧化膜，更高的沸点，可以保证醇不会立即挥发，作用更好；但是当沸点高于300℃，可能会导致溶剂不易挥发，从而影响烧结效果。而二醇具有高溶解能力，能够在升温时作为化学清洁剂去除掉银粉表面的有机物，二醇的沸点在200-300℃之间，不会使二醇迅速挥发，同时具有回流作用，能够更好去除有机物。

(d)成分是分散整个体系的，不仅分散银粉，同时又具有还原作用去除银粉表面有机物。而且醇的特性在一定程度上决定了银胶的点胶性能，会不会发生扩散，能不能很好降低体系粘度，会不会产生分层等。

为了进一步增加银粉的润滑性以防止金属粘连，提高其高温粘接力，对银粉进行预处理，具体步骤包含：

(1)将硬脂酸或乙二酸溶于无水乙醇中，得到硬脂酸-乙醇溶液或乙二酸-乙醇溶液浓度为2wt％～10wt％；

(2)按银粉A或银粉B与硬脂酸-乙醇溶液或乙二酸-乙醇的质量比为0.002∶1，分别称取适量银粉A或银粉B放入玛瑙研钵中，然后将硬脂酸-乙醇溶液或乙二酸-乙醇加入银粉A或银粉B中，再加入适量乙醇使银粉A或银粉B充分浸润，研磨10～30min，然后将其放入烘箱烘干后，即得到预处理后的银粉A或银粉B。

本发明中所用原料名称及来源，见表1：

表1原料名称及来源

对本发明中的导电热固性树脂组合物进行性能测试，有关性能测试说明如下：

1、粘度

将刚制作出来的产品，使用E型粘度计(3°锥)测定在25℃下、0.5rpm、5rpm时的值，并计算出触变性0.5rpm/5rpm的值，将粘度调节至5rpm，8.0～9.0Pa·s。

2、体积电阻率

使用载玻片，在表面贴上两层胶带，厚度均匀稳定，裁出长7cm宽7～8mm的凹槽，将银胶涂于其中，并固化后使用四探针方阻测试仪(购自苏州晶格电子有限公司)测试体积电阻率

3、粘接力

将银胶点在处理后的铜板上，贴上2mm×2mm硅芯片，在烘箱里0～250℃1h、250℃1.5h、最后测试粘接力。

4、芯片粘接有无气泡、固化后有无空隙

使用微焦点X射线检查装置，进行观察，每组一百个芯片，如果有气泡或固化后有间隙则视为不合格。

实施例

在本发明所涉及的实施例及对比例中，首先将丙烯酸树脂与(f)自由基引发剂按照表2中的各比例混合，待(f)成分完全溶解后标为XEY备用，然后将原料按照表2的比例配合，置于搅拌机上搅拌均匀，使用三辊机进行混炼或者行星高混机混合，将所有原料充分分散均匀后，得到导电热固性树脂组合物预制品，简称银胶预制品；

然后向所述的银胶预制品中加入配置好的XEY进行脱泡及粘度调节，将粘度调节到5rpm 8.0～9.0pa·s之间，即可得到银胶成品。

最后对银胶成品进行粘接力、体积电阻率、芯片粘接有无气泡、固化后有无空隙等性能测试，见表2。

表2实施例1～9及对比例1～6各组分配方

由以上实施例及测试结果可知：当使用二乙二醇作为溶剂，将(a)成分和(b)成分的总量按100质量份计，(e)成份加入量在0.1～0.5质量份时，不易产生空隙，效果最好，当加入量低于0.1质量份时，则无法发挥其作用，效果差；高于0.5质量份时会导致银胶在升温过程中反应剧烈，产生气泡更容易产生空隙；当(a)成分与(b)成分的质量比在15∶1～17∶1之间时，效果最好，当两者质量比小于15∶1时作用太小，当质量比高于17∶1时，由于铜粉太多导致银粉无法烧结粘连，粘接力下降；将所述(c)成分的总质量设为100质量时，(f)成分的含量为4～7质量份，当(f)质量份小于4时，由于交联反应较少，导致粘接性降低，当(f)质量分大于7时，由于反应过快，导致银胶固化后，固化物中树脂含量较高，降低了银胶烧结作用，导致银胶之间的空隙较大，耐高温性能差。

以上仅以较佳实施例对本发明的技术方案进行介绍，但是对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，应能在具体实施方式上及应用范围上进行改变，故而，综上所述，本说明书内容不应该理解为本发明的限制，凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述导电热固性树脂组合物包含(a)银微粒、(b)铜粉、(c)丙烯酸树脂、(d)溶剂、(e)助熔剂、(f)自由基引发剂和(I)钛酸酯偶联剂；其中，所述(a)银微粒的粒径为0.1μm～10μm、厚度为10～100nm；所述(b)铜粉的粒径为1μm～5μm、厚度为10～100nm；将所述(a)成分和(b)成分的总量设为100质量份时，(c)成分的含量为5～10质量份、(d)成分的含量为3～5质量份、(e)成分的含量为0.1～0.5质量份、(I)成分的含量为0.05～0.2质量份；将所述(c)成分的总质量设为100质量份时，(f)成分的含量为4～7质量份；所述(d)成分为二醇；所述(e)成分 是二甘醇酸、己二酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述导电热固性树脂组合物还包含(g)有机硅复合粉末和(h)间隔粒子；

将所述(a)成分和(b)成分的总量设为100质量份时，所述(g)成分的含量为0.05～0.2质量份，(h)成分的含量为0.05～0.2质量份。

3.根据权利要求1所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述(a)成分和(b)成分的质量比为15:1～17:1。

4.根据权利要求1～3任一项所述的导电热固性树脂组合物的应用，所述(f)成分具体为二枯基过氧化物、甲基环己酮过氧化物、乙酰丙酮过氧化物、叔己基过氧化氢、过氧化二异丙苯中的至少一种。

5.根据权利要求1～3任一项所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述(a)成分包含银粉C，和银粉A或银粉B中的一种；所述银粉A的平均粒径为7um，所述银粉B的平均粒径为4μm，所述银粉C的平均粒径：0.1～3μm。

6.根据权利要求5所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述(a)成分按100质量份计，其中，银粉C的质量分数为20％～30％，银粉A或银粉B的质量分数为80％～70％。

7.根据权利要求5所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述(a)成分和(b)成分的形状为鳞片状。

8.根据权利要求1～7任一项所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，将所述导电热固性树脂组合物用作芯片粘接材料，将半导体元件粘接到基板上。

9.根据权利要求8所述的导电热固性树脂组合物的应用，其特征在于，所述半导体元件为发光元件或尺寸为0.1mm～2mm的芯片，将所述发光元件或尺寸为0.1mm～2mm的芯片固定于半导体框架为铜的基板上。