CN114591598B - 一种晶圆级封装用液体塑封料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
发明是一种晶圆级封装用液体塑封料，该液体塑封料的主要成分是环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂、填料、偶联剂和着色剂;所述环氧树脂由以下述组分A和B组合而成：组分A是双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，萘环环氧树脂，双环戊二烯环氧树脂，脂环族环氧树脂中的一种或几种；组分B由三维笼状结构有机硅环氧树脂和含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂组成。本发明还公开了晶圆级封装用液体塑封料的制备方法。本发明晶圆级封装用液体塑封料由于使用了特殊的双组份环氧树脂，具有低收缩，高Tg，低CTE，低模量的优点，其良好的翘曲表现可以满足>300mm直径，厚度<400um的晶圆级封装要求。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆级封装用液体塑封材料及其制备方法，属于半导体封装材料领域。
背景技术
晶圆级封装的一般定义为直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，再进行切割(singulation)制成单颗组件。这种封装形式是利用再分布工艺，使I／O可以分布在IC芯片的整个表面上而不再仅仅局限于窄小的IC芯片的周边区域，从而解决了高密度、细间距I／O芯片的电气连接问题。晶圆级封装的塑封过程是通过将单个裸片放入与环氧体系塑封料固化成型，再切割成单独的颗粒。裸片既可以单独封装也可以与其他裸片或其他组件或功能组件组合在一起。封装中所使用液体模塑材料为高分子材料，起到保护作用，由于后面有再布线等工艺存在，要求塑封料要有具有良好的流动性，低吸水等特点来满足可靠性的要求。同时由于塑封体通常为200或300mm直径的晶圆状，对塑封料的翘曲有很高的要求。塑封体的翘曲主要和树脂的固化收缩率，Tg，线膨胀系数，模量等有关。
现有技术通过添加高比例的无机物填料来降低CTE，改善翘曲问题。其缺点是随着封装体的直径越来越大，并且随着塑封体的厚度也越来越薄，翘曲问题将是越来越大的挑战。由于无机物填充量达到一定的比例无法再添加，所以翘曲问题的解决还需要更多的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种用于晶圆级封装液体塑封料，该晶圆级封装液体塑封料通过使用多种结构环氧树脂配合，实现化学体系的低收缩以及低模量，具有低收缩，高Tg，低CTE, 低模量等性能。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供前述用于晶圆级封装液体塑封料的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种晶圆级封装用液体塑封料，其特点是，该液体塑封料的主要成分如下：
环氧树脂 1-5%；固化剂 1-10%；
促进剂 1-5%；增韧剂 1-5%；
填料 80-90%；偶联剂 0.1-0.5%；
着色剂 0.1-1%;
所述环氧树脂由以下述组分A和B组合而成：
组分A：双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，萘环环氧树脂，双环戊二烯环氧树脂，
脂环族环氧树脂中的一种或几种；组分A占液体塑封料的 0.5%－4.5%；
组分B：由三维笼状结构有机硅环氧树脂和含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂组成；组分B占液体塑封料的0.5%－1%；
所述三维笼状结构有机硅环氧树脂占有机硅改性环氧树脂的40%－60%，余量为含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂。
本发明中，所述的三维笼状结构有机硅环氧树脂可以为现有技术中公开的或者市售的三维笼状结构有机硅环氧树脂，优选美国Hybrid Plastics Inc.销售的牌号为EP0409的市售产品。所述的含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂可以为现有技术中公开的或者市售的含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂，优选EC Advance PCB Technology Co.,Ltd.（中国台湾盈成科技）销售的牌号为ES594的市售产品。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述固化剂为酸酐。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述促进剂为改性胺类或咪唑类。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述增韧剂选自丁苯橡胶，有机硅弹性体，交联丙烯酸酯聚合物中的一种或者几种组成的组合物。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述的填料为硅微粉。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述填料为最大粒为25um或75um的球形二氧化硅。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述偶联剂选自γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷的一种或两种。
本发明所述的晶圆级封装用液体塑封料，其进一步优选的技术方案是：所述着色剂为炭黑。
本发明还公开了一种如以上技术方案中任何一项所述的晶圆级封装用液体塑封料的制备方法，其特点是：在环境温度小于25℃，湿度小于40RH%下，将环氧树脂，固化剂，增韧剂，着色剂，偶联剂加入反应器中混合均匀后，加入填料剪切后加入促进剂后过滤灌装，生产混合过程全程真空。
与现有技术相比，本发明晶圆级封装用液体塑封料由于使用了特殊的双组份环氧树脂，具有低收缩，高Tg，低CTE，低模量的优点，其良好的翘曲表现可以满足>300mm直径，厚度<400um的晶圆级封装要求。
具体实施例
以下通过实施例进一步地阐述本发明，以使本领域技术人员对本发明有进一步地了解，而不构成对本发明权利的限制。
实施例1，一种晶圆级封装用液体塑封料，该液体塑封料的主要成分如下：
环氧树脂 1.5%；固化剂 5%；
促进剂 2%；增韧剂 1%；
填料 90%；偶联剂 0.3%；
着色剂 0.2%;
所述环氧树脂由以下述组分A和B组合而成：
组分A：双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，萘环环氧树脂，双环戊二烯环氧树脂，脂环族环氧树脂中的一种；组分A占液体塑封料的 1%；
组分B：由三维笼状结构有机硅环氧树脂和含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂组成；组分B占液体塑封料的0.5%；
所述三维笼状结构有机硅环氧树脂占有机硅改性环氧树脂的50%，余量为含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂。
所述固化剂为酸酐。所述促进剂为改性胺类或咪唑类。所述增韧剂选自丁苯橡胶，有机硅弹性体，交联丙烯酸酯聚合物中的一种。所述填料为最大粒为25um或75um的球形二氧化硅微粉。
所述偶联剂选自γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷的一种。
所述着色剂为炭黑。
晶圆级封装用液体塑封料的制备方法为：在环境温度25℃，湿度35RH%下，将环氧树脂，固化剂，增韧剂，着色剂，偶联剂加入反应器中混合均匀后，加入填料剪切后加入促进剂后过滤灌装，生产混合过程全程真空。
实施例2：对比实验
实验1：将双酚A环氧树脂0.7%，双环戊二烯环氧树脂1%,脂环族环氧树脂0.6%，三维笼状结构树脂0.6%，含环氧丙氧基官能团的有机硅0.6%,炭黑0.5%，交联丙烯酸酯聚合物1%，酸酐5.6%，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷0.1%，γ-巯丙基三甲氧基硅烷 0.1%,加入反应釜，50℃下抽真空高速混合30分钟。加入88%的最大粒径75um的球形二氧化硅，40℃下抽真空高速混合4小时后降温到25℃。加入胺类催化剂1.2%，20℃下抽真空中速混合30min，混合均匀后包装储存。
实验2，将双酚F环氧树脂0.8%，萘环环氧树脂0.5%，双环戊二烯环氧树0.5%,脂环族环氧树脂0.6%，三维笼状结构树脂0.6%，含环氧丙氧基官能团的有机硅0.6%，炭黑0.5%，丁苯橡胶1%，酸酐5.7%，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷0.1%，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷0.1%,加入反应釜，55℃下抽真空高速混合30分钟。加入88%的最大粒径75um的球形二氧化硅，45℃下抽真空高速混合4小时。加入咪唑类催化剂1%， 25℃下抽真空中速混合30min，混合均匀后包装储存。
实验3，将双酚F环氧树脂1%，萘环环氧树脂0.5%, 双环戊二烯环氧树脂0.7%,脂环族环氧树脂0.7%，三维笼状结构树脂0.7%，含环氧丙氧基官能团的有机硅0.7%，炭黑0.6%，有机硅弹性体1.1%，酸酐6.3%，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷0.1%，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷0.1%,加入反应釜，60℃下抽真空高速混合30分钟。加入86%的最大粒径25um的球形二氧化硅，50℃下抽真空高速混合4小时。加入胺类催化剂1.5%，20℃下抽真空中速混合30min，混合均匀后包装储存。
对比例1，
将双酚A环氧树脂0.8%,萘环环氧树脂0.5%, 双环戊二烯环氧树脂0.9%,脂环族环氧树脂0.8%，含环氧丙氧基官能团的有机硅0.6%，炭黑0.5%，丁苯橡胶1%，酸酐5.7%，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷0.1%，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷 0.1%,加入反应釜，55℃下抽真空高速混合30分钟。加入88%的最大粒径75um的球形二氧化硅，45℃下抽真空高速混合4小时。咪唑类催化剂1%，25℃下抽真空中速混合30min，混合均匀后包装储存。
对比例2，
将双酚F环氧树脂1%，萘环环氧树脂0.5%, 双环戊二烯环氧树脂0.9%,脂环族环氧树脂0.7%，三维笼状结构树脂0.7%，炭黑0.6%，有机硅弹性体1.5%，酸酐6.4%，γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷0.1%，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷0.1%,加入反应釜， 60℃下抽真空高速混合30分钟。加入86%的最大粒径25um的球形二氧化硅，50℃下抽真空高速混合4小时。加入胺类催化剂1.5%，20℃下抽真空中速混合30min，混合均匀后包装储存。
性能测试：用Brookfield粘度计测试25℃下粘度。收缩率由固化前后样块尺寸变化计算。热膨胀系数由热机械分析TMA来测试。玻璃化转变温度和模量由DMA测试。翘曲测试为将液体塑封料与硅片模压成直径为300mm，厚度为400um的圆片，125℃度固化10min后开模，放入烘箱150℃后固化1小时后测试晶圆的翘曲程度。封装体为300mm直径，封装厚度<400um。
测试结果见下表1：
表1测试数据
对比例1与实验2对比，未添加笼状结构环氧树脂，收缩率大，热膨胀系数大，翘曲大。
对比例2与实验3对比，未添加含环氧丙氧基官能团的有机硅，塑封料粘度大，模量大，翘曲大。
通过以下对比可以看出，本发明中同时添加多种成份的环氧树脂，特别是含有笼状结构环氧树脂和含环氧丙氧基官能团的有机硅，可以起到协同增效的技术效果。
Claims (9)
1.一种晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于，该液体塑封料的主要成分如下：
环氧树脂 1-5%；固化剂 1-10%；
促进剂 1-5%；增韧剂 1-5%；
填料 80-90%；偶联剂 0.1-0.5%；
着色剂 0.1-1%;
所述环氧树脂由以下述组分A和B组合而成：
组分A：双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，萘环环氧树脂，双环戊二烯环氧树脂，脂环族环氧树脂中的一种或几种；组分A占液体塑封料的 0.5%－4.5%；
组分B：由三维笼状结构有机硅环氧树脂和含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂组成；组分B占液体塑封料的0.5%－1%；
所述三维笼状结构有机硅环氧树脂占有机硅改性环氧树脂的40%－60%，余量为含环氧丙氧基官能团的有机硅树脂。
2.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述固化剂为酸酐。
3.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述促进剂为改性胺类或咪唑类。
4.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述增韧剂选自丁苯橡胶，有机硅弹性体，交联丙烯酸酯聚合物中的一种或者几种组成的组合物。
5.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述的填料为硅微粉。
6.根据权利要求5所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述填料为最大粒为25um或75um的球形二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述偶联剂选自γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的晶圆级封装用液体塑封料，其特征在于：所述着色剂为炭黑。
9.一种如权利要求1－8中任何一项所述的晶圆级封装用液体塑封料的制备方法，其特征在于：在环境温度小于25℃，湿度小于40RH%下，将环氧树脂，固化剂，增韧剂，着色剂，偶联剂加入反应器中混合均匀后，加入填料剪切后加入促进剂后过滤灌装，生产混合过程全程真空。
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