CN114773787A - 填充胶引导剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的填充胶引导剂及其制备方法和使用方法，属于半导体封装技术领域，引导剂包括磁性微粉、六甲基磷酰胺和粘合剂；其中，磁性微粉的成分包括铁、钴、镍、铁的氧化物、钴的氧化物及镍的氧化物中的一种或者多种；磁性微粉表面绝缘。本发明将绝缘包裹的磁性微粉与胶水混合后，通过磁极引导磁性微粉移动，带动胶水移动，并可主动调节磁极移动速度以适配不同芯片封装时的胶液流动速度，实现了胶液流动的主动控制，从而消除了胶液流动速度不均造成的封装过程中的包裹气孔缺陷，大大提高了芯片封装的致密性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及填充胶引导剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
随着单芯片集成度的不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求更加严格。为满足发展的需要，出现了球栅阵列封装，简称BGA(BallGridArrayPackage)。BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，通过焊球与PCB板相连接。焊球直径一般为数微米到数十微米，焊球之间的间距一般为数微米到数毫米。焊球存在于在芯片和PCB板之间，从而造成芯片和PCB板之间的缝隙。
因此需要进行芯片底胶填充，简单来说就是使用专用胶水，利用虹吸现象对BGA芯片/PCB封装的缝隙进行填充，再利用加热等方式将胶水固化，从而将BGA底部空隙填满。其主要作用为：填补PCB基板与BGA封装之间的空隙，提供机械连接作用，并将焊点密封保护起来；吸收由于冲击或跌落过程中因PCB形变而产生的机械应力；吸收温度循环过程中的热膨胀系数失配应力，避免焊点发生断裂而导致开路或功能失效；保护器件免受湿气、离子污染物等周围环境的影响。
在理想状态下，胶液在填充的过程中的流动前沿保持平直，均匀饱满地填满缝隙，如图4所示。但是，在实际的底封胶填充的过程中，各位置处的缝隙厚度、清洁程度差异、润湿性、焊球分布等存在差异，会造成胶液的流动有快有慢，快速流动的部分的胶液前沿可能显著超出慢速流动的部分，并产生横向扩展流动，从而形成包围气泡。这种气泡降低了填充的致密度，属于一种缺陷。
已有的研究和方案中，已经提出了多种方法提高填胶均匀性。张关华等采用毛细力驱动下的下填充流动数值仿真方法研究，利用Fluent软件实现了不同布胶方式(如I型、L型、U型)，研究表明U型布胶的填充的速度最快，但更有可能造成产品缺陷。季洪虎等人提出了一种利于芯片底封胶爬胶高度均匀的处理方法和处理系统，将底封胶的量分为两部分，在填胶边进行“一”字型填胶后，在填胶边的对边的对角进行点胶，部分解决了爬胶高度不均匀的问题。这两种办法都是从布胶方式来改善填充效果，填充过程依然主要受到毛细作用控制，对包围气孔的控制能力有限。
综上所属，目前缺乏一种能够实现对芯片底部填充胶的胶液流动前沿进行主动控制，简单易行地提高芯片和PCB板之间缝隙的底胶填充率。
发明内容
本发明的技术问题是提供一种填充胶引导剂及其制备方法和使用方法，能够主动控制引导底胶在PCB板和芯片缝隙中的运动，避免出现填充空洞、气泡。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
填充胶引导剂，引导剂包括磁性微粉、六甲基磷酰胺和粘合剂；其中，磁性微粉的成分包括铁、钴、镍、铁的氧化物、钴的氧化物及镍的氧化物中的一种或者多种；磁性微粉表面绝缘。
进一步地，磁性微粉的直径为0.1μm～1μm。
进一步地，引导剂还包括消泡剂、偶联剂和颜料。
进一步地，引导剂由以下重量百分比的组分制备而成：0.2％～12.5％的磁性微粉、20％～45％的六甲基磷酰胺、20％～45％的粘合剂、0.05％～2％的消泡剂、0.05％～2％的偶联剂和0.01％～1％的颜料。
填充胶引导剂的制备方法，包括以下步骤：对磁性微粉进行绝缘包覆处理，使绝缘包覆物包裹磁性微粉后制备磁性微粉悬浊液；其中，绝缘包覆物的成分包括硅、二氧化硅、聚酰亚胺、聚苯乙烯和聚乙烯亚胺中的至少一种；将磁性微粉悬浊液与六甲基磷酰胺混合并均匀化得到混合液；对混合液进行蒸发除水，得到浓缩悬浊液；将浓缩悬浊液与粘合剂、消泡剂、偶联剂和颜料按比例混合得到引导剂。
进一步地，填充胶引导剂的制备方法，包括以下步骤：对磁性微粉进行绝缘包覆处理后加入纯水得到磁性微粉悬浊液，磁性微粉悬浊液中磁性微粉的浓度为10mg/mL～100mg/mL；在室温下将磁性微粉悬浊液与六甲基磷酰胺以质量比2:1～10:1的配比进行混合，混合过程中对混合液施加超声波振动以保持磁性微粉的分散性，得到混合液；将混合液在55℃～110℃下保温直至水分完全蒸发，得到浓缩悬浊液，浓缩悬浊液中磁性微粉的颗粒浓度为50mg/mL～200mg/mL；将浓缩悬浊液与粘合剂以重量比2:1～1:2的比例进行混合得到混合物，然后将90份～97.5份的混合物、0.05份～2份的消泡剂、0.01份～2份的偶联剂和0.01份～1份的颜料进行混合，并搅拌除泡得到引导剂；其中粘合剂为环氧树脂。
填充胶引导剂的使用方法，包括以下步骤：将待封装PCB板放置在电磁扫描机构的扫描区域，待封装芯片放置在待封装PCB板上方，在待封装PCB板和待封装芯片的布胶侧的缝隙施加引导剂；将两个相对的磁极固定在电磁扫描机构的一个扫描轴上，使两个磁极的激励头分别正对待封装PCB板的下方和待封装芯片的上方；在待封装芯片布胶侧的边缘均匀滴加胶水，使胶水流入缝隙与引导剂混合，并使两个磁极在引导剂的前沿位置形成电磁场；扫描轴按预设速度沿平行于布胶侧边缘的方向进行逐行扫描，引导引导剂中的磁性微粉带动胶水完全填充待封装PCB板和待封装芯片的缝隙；移动扫描轴到待封装芯片边缘外侧，将引导剂中的磁性微粉导出缝隙后清除，进行胶水固化。
进一步地，在扫描轴逐行扫描的过程中，两个磁极产生的电磁场始终位于引导剂的前沿位置。
进一步地，扫描轴可采用z形路径或回形路径的形式进行逐行扫描。
进一步地，扫描轴的横向移动速度为5～50mm/s，扫描轴的纵向移动速度为1～50mm/s；其中横向为垂直于布胶侧边缘的方向，所述为平行于布胶侧边缘的方向。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明提供的填充胶引导剂的制备方法的简要流程图；
图2是本发明提供的填充胶引导剂的使用方法的简要流程图；
图3是本发明提供的填充胶引导剂的使用方法的示意图；
图4是现有技术中封装填胶过程中形成周围气泡的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
在对BGA芯片和PCB板之间的缝隙进行胶水填充的过程中，胶液流动前沿的速度存在差异，会导致缝隙之间产生气泡缺陷，从而降低封装致密性。
因此本发明提供一种填充胶引导剂及其制备方法和使用方法避免BGA芯片和PCB板封装过程中产生气泡。
在具体制备填充胶引导剂时，如图1所示首先对磁性微粉进行绝缘包覆处理，这里的磁性微粉指直径为0.1μm～1μm的微粉，磁性微粉的成分为铁、钴、镍、铁的氧化物、钴的氧化物及镍的氧化物中的一种或者多种，磁性微粉的形态可以是球形、近球形或其他非规则形态。绝缘包覆处理所采用的包覆物的成分为硅、二氧化硅、聚酰亚胺、聚苯乙烯和聚乙烯亚胺中的至少一种，接着加入纯水得到磁性微粉悬浊液，磁性微粉悬浊液中磁性微粉的浓度为10mg/mL～100mg/mL。
然后在室温下将磁性微粉悬浊液与六甲基磷酰胺以质量比2:1～10:1的配比进行混合，混合过程中对混合液施加超声波振动以保持磁性微粉的分散性，得到混合液；将混合液在55℃～110℃下保温直至水分完全蒸发，得到浓缩悬浊液，浓缩悬浊液中磁性微粉的颗粒浓度为50mg/mL～200mg/mL；
再将浓缩悬浊液与环氧树脂以重量比2:1～1:2的比例进行混合得到混合物，然后将90份～97.5份的混合物、0.05份～2份的消泡剂、0.01份～2份的偶联剂和0.01份～1份的颜料进行混合，混合后再离心搅拌机中搅拌均匀，并在离心消泡机中进行除泡得到引导剂，最终得到的引导剂的具体重量比组分如下：0.2％～12.5％的磁性微粉、20％～45％的六甲基磷酰胺、20％～45％的粘合剂、0.05％～2％的消泡剂、0.05％～2％的偶联剂和0.01％～1％的颜料。
在本实施例中，环氧树脂可以选择环己烷-1,2-二羧酸二缩水甘油酯、双酚F型环氧树脂EPIKOTE 862、3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、1,4-环己烷二甲醇双(3,4-环氧环己烷甲酸)酯、多环芳香族环氧树脂EPICLON@HP4700中的一种或多种。
消泡剂可以选择聚硅氧烷类消泡剂和丙烯酸类消泡剂中的至少一种。
偶联剂选自有机硅偶联剂、有机钛酸酯偶联剂、有机铝酸酯偶联剂和有机锆酸酯偶联剂中的至少一种。
颜料可以为黑色无机颜料、炭黑有机颜料、石墨有机颜料、蓝绿色有机颜料或酞菁颜料。
在实际应用引导剂时，如图2及图3所示，首先将待封装PCB板放置在电磁扫描机构的扫描区域，再将待封装芯片放置在待封装PCB板上方，使用微量取样器吸取5～50ul的引导剂滴在待封装PCB板和待封装芯片的布胶侧的缝隙处，使得引导剂在毛细作用下被吸入缝隙，将两个相对的N、S永磁磁极通过磁极支架固定在电磁扫描机构的一个扫描轴上，使两个磁极的激励头分别正对待封装PCB板的下方和待封装芯片的上方，并采用机械调节的方式调节磁极的高度，尽量保证磁极的激励头靠近待填充缝隙而不接触芯片或PCB板，调节到合适的高度后，填充过程中磁极的高度位置不再改变，磁极的起始位置在引导剂施加的位置，接着与常规的底充滴胶工艺一样，采用专用的滴胶装置沿待封装芯片布胶侧的边缘均匀滴加胶水，使胶水流入缝隙与引导剂混合，尽量避免堆积与浪费，且为了降低填充材料的沾度，使环境温度维持在60℃～80℃，本实施例中胶水的选择可根据一般条件实用通用胶水，且不可采用多边滴胶填充工艺。
然后扫描轴按横向移动速度为5～50mm/s，扫描轴的纵向移动速度为1～50mm/s的速度沿平行于布胶侧边缘的方向以z形路径或回形路径的形式进行逐行扫描，在扫描过程中磁极始终处于填充材料的前沿位置，在引导剂的前沿位置形成电磁场，引导引导剂中的磁性微粉带动胶水完全填充待封装PCB板和待封装芯片的缝隙。本发明将绝缘包裹的磁性微粉与胶水混合后，通过磁极引导磁性微粉移动，带动胶水移动，并可主动调节磁极移动速度以适配不同芯片封装时的胶液流动速度，实现了胶液流动的主动控制，从而消除了胶液流动速度不均造成的封装过程中的包裹气孔缺陷，经过超声成像方法对填充胶的填充率进行检测，未使用本方法的填充率为75％～92％，使用本方法的情况下胶液的填充率达到了90％～98％，大大提高了芯片封装的致密性。且采用非接触的方式引导绝缘包裹的磁性微粉以控制胶液移动，不会对芯片与焊点造成损伤。扫描运动的定位精度约0.1mm，扫描轴的运动速度可根据不同芯片的封装要求进行精确控制，适用范围广。
此外，引导剂可与现有的胶水兼容，大大降低了成本。
在滴胶完成后，移动扫描轴到待封装芯片边缘外侧，将引导剂中的磁性微粉导出缝隙后使用微量取样器将含有磁性微粉的胶水吸除，由于磁性微粉被绝缘包覆物包裹，因此缝隙中残留的磁性微粉也不会造成芯片短路。
最后将待封装芯片和待封装PCB板置于90℃～130℃的干燥环境下进行固化。对于光敏固化胶，可使用相应的光敏固化方法。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.填充胶引导剂，其特征在于，所述引导剂包括磁性微粉、六甲基磷酰胺和粘合剂；其中，所述磁性微粉的成分包括铁、钴、镍、铁的氧化物、钴的氧化物及镍的氧化物中的一种或者多种；所述磁性微粉表面绝缘。
2.根据权利要求1所述的填充胶引导剂，其特征在于，所述磁性微粉的直径为0.1μm～1μm。
3.根据权利要求1所述的填充胶引导剂，其特征在于，所述引导剂还包括消泡剂、偶联剂和颜料。
4.根据权利要求3所述的填充胶引导剂，其特征在于，所述引导剂由以下重量百分比的组分制备而成：
0.2％～12.5％的磁性微粉、20％～45％的六甲基磷酰胺、20％～45％的粘合剂、0.05％～2％的消泡剂、0.05％～2％的偶联剂和0.01％～1％的颜料。
5.填充胶引导剂的制备方法，基于权利要求1至4任一所述的封装填充胶的引导剂，其特征在于，包括以下步骤：
对磁性微粉进行绝缘包覆处理，使绝缘包覆物包裹磁性微粉后制备磁性微粉悬浊液；其中，所述绝缘包覆物的成分包括硅、二氧化硅、聚酰亚胺、聚苯乙烯和聚乙烯亚胺中的至少一种；
将磁性微粉悬浊液与六甲基磷酰胺混合并均匀化得到混合液；
对混合液进行蒸发除水，得到浓缩悬浊液；
将浓缩悬浊液与粘合剂、消泡剂、偶联剂和颜料按比例混合得到引导剂。
6.根据权利要求5所述的填充胶引导剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对磁性微粉进行绝缘包覆处理后加入纯水得到磁性微粉悬浊液，磁性微粉悬浊液中磁性微粉的浓度为10mg/mL～100mg/mL；
在室温下将磁性微粉悬浊液与六甲基磷酰胺以质量比2:1～10:1的配比进行混合，混合过程中对混合液施加超声波振动以保持磁性微粉的分散性，得到混合液；
将混合液在55℃～110℃下保温直至水分完全蒸发，得到浓缩悬浊液，浓缩悬浊液中磁性微粉的颗粒浓度为50mg/mL～200mg/mL；
将浓缩悬浊液与粘合剂以重量比2:1～1:2的比例进行混合得到混合物，然后将90份～97.5份的所述混合物、0.05份～2份的消泡剂、0.01份～2份的偶联剂和0.01份～1份的颜料进行混合，并搅拌除泡得到引导剂；其中所述粘合剂为环氧树脂。
7.填充胶引导剂的使用方法，基于权利要求1至4任一所述的填充胶引导剂，其特征在于，包括以下步骤：
将待封装PCB板放置在电磁扫描机构的扫描区域，待封装芯片放置在待封装PCB板上方，在待封装PCB板和待封装芯片的布胶侧的缝隙施加引导剂；
将两个相对的磁极固定在电磁扫描机构的一个扫描轴上，使两个磁极的激励头分别正对待封装PCB板的下方和待封装芯片的上方；
在待封装芯片布胶侧的边缘均匀滴加胶水，使胶水流入缝隙与引导剂混合，并使两个磁极在引导剂的前沿位置形成电磁场；
扫描轴按预设速度沿平行于布胶侧边缘的方向进行逐行扫描，引导引导剂中的磁性微粉带动胶水完全填充待封装PCB板和待封装芯片的缝隙；
移动扫描轴到待封装芯片边缘外侧，将引导剂中的磁性微粉导出缝隙后清除，进行胶水固化。
8.根据权利要求7所述的填充胶引导剂的使用方法，其特征在于，在所述扫描轴逐行扫描的过程中，两个磁极产生的电磁场始终位于引导剂的前沿位置。
9.根据权利要求8所述的填充胶引导剂的使用方法，其特征在于，所述扫描轴可采用z形路径或回形路径的形式进行逐行扫描。
10.根据权利要求9所述的填充胶引导剂的使用方法，其特征在于，所述扫描轴的横向移动速度为5～50mm/s，所述扫描轴的纵向移动速度为1～50mm/s；其中所述横向为垂直于布胶侧边缘的方向，所述纵向为平行于布胶侧边缘的方向。
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