CN115521740B - 一种流动性可控的底部填充胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流动性可控的底部填充胶及其制备方法，该底部填充胶包括以下重量百分比的组分：无机填充剂54‑62%，环氧树脂21‑29%，固化剂12‑21%，蒙脱土0.5‑1.5%，气相疏水二氧化硅0.3‑1%，促进剂0.4‑0.6%，着色剂0‑0.2%；所述环氧树脂选自脂环族环氧树脂。该底部填充胶的制备方法为：按配比将各原料混合并搅拌；将混合后的底部填充胶加入到三辊筒中进行分散处理；对分散处理后的底部填充胶进行真空脱泡，得到底部填充胶产品。本发明底部填充胶渗胶少，无顶部爬胶，包封边角水平长度短，包封边角垂直高度适当。

Description

一种流动性可控的底部填充胶及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体底部填充胶技术领域，具体涉及一种流动性可控的底部填充胶及其制备方法。

背景技术

底部填充胶填充在芯片与基底之间的空隙中并固化形成底部填充材料，底部填充材料粘接在芯片、基底及位于芯片与基底间的焊接凸点上，对芯片、基底及焊接凸点进行保护。作为倒装芯片封装的关键材料，底部填充胶可有效保护高密度的焊球，分散芯片表面承载的应力，同时缓解芯片、焊料和基底三者热膨胀系数不匹配产生的内应力，保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增加芯片及封装器件的加工性、可靠性和使用寿命。

参见图1，示出了芯片1、底部填充胶2和基底3的位置结构。现有的底部填充胶在填充过程中存在渗胶、顶部爬胶等问题，见图1中的渗胶区域a和顶部爬胶区域d；而且底部填充胶产生的包封边角水平长度b和包封边角垂直高度c也不合适，不仅会影响邻近的其他零部件，而且也难以获得最佳的芯片保护效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种流动性可控的底部填充胶及其制备方法，用来解决底部填充胶在填充过程中的渗胶、顶部爬胶问题，以及获得理想尺寸的包封边角。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供的一种流动性可控的底部填充胶，包括以下重量百分比的组分：无机填充剂54-62%，环氧树脂 21-29%，固化剂12-21%，蒙脱土0.5-1.5%，气相疏水二氧化硅0.3-1%，促进剂0.4-0.6%，着色剂0-0.2%；所述环氧树脂选自脂环族环氧树脂。

在一些具体实施方式中，无机填充剂的重量百分比优选为55.5-62%，蒙脱土的重量百分比优选为1-1.5%，气相疏水二氧化硅的重量百分比优选为0.6-1%。

在一些具体实施方式中，无机填充剂选自平均粒径3-10μm的二氧化硅，进一步选自球状熔融二氧化硅或结晶二氧化硅。

在一些具体实施方式中，蒙脱土的粒径为50-200nm。

在一些具体实施方式中，气相疏水二氧化硅的粒径为200-500nm。

在一些具体实施方式中，脂环族环氧树脂选自

或

。

在一些具体实施方式中，固化剂选自潜伏性固化剂，进一步选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑或甲基六氢苯酐。

在一些具体实施方式中，促进剂选自潜伏性促进剂，进一步选自双氰胺或2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

在一些具体实施方式中，着色剂选自炭黑。

本发明提供的一种流动性可控的底部填充胶的制备方法，包括步骤：

按配比将各原料混合并搅拌；

将混合后的底部填充胶加入到三辊筒中进行分散处理；

对分散处理后的底部填充胶进行真空脱泡，得到底部填充胶产品。

相应的，本发明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、以及设置在基底与芯片之间且与基底与芯片电连接的多个间隔设置的焊球接点；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。

本发明底部填充胶的作用机理如下：

本发明胶体系中填充粒子包括无机填充剂、蒙脱土和气相疏水二氧化硅，蒙脱土和气相疏水二氧化硅粒径较小，填充于无机填充剂颗粒的间隙中，三者在胶体系中的示意图见图2。无机填充剂粒子2a与脂环族环氧树脂间通过氢键和范德华力紧密连接，蒙脱土粒子2b和气相疏水二氧化硅粒子2c表面富有羟基，同样能与脂环族环氧树脂间产生作用力。选择极性更强的脂环族环氧树脂，填充粒子与脂环族环氧树脂间产生更强的作用力，抑制脂环族环氧树脂链段的运动。由于脂环族环氧树脂与填充粒子间结合力增大，从而缩短渗胶长度，防止对邻近的其它零部件产生影响。

包封边角水平长度和包封边角垂直高度主要受胶体系表面张力的影响。表面张力越大，包封边角水平长度和垂直高度均越短；反之，表面张力越小，包封边角水平长度和垂直高度均越长。为获得最佳的芯片保护效果，应保证包封边角垂直高度为芯片厚度的约1/3，在该前提下，尽可能缩短包封边角水平长度。本发明添加特定比例的蒙脱土和气相疏水二氧化硅，蒙脱土和气相疏水二氧化硅在起到填料作用的同时，还可增大胶体系的表面张力，从而获得适当的包封边角垂直高度以及尽可能短的包封边角水平长度，并避免顶部爬胶现象。

因此，本发明底部填充胶可产生有益效果：渗胶少，无顶部爬胶，包封边角水平长度短，包封边角垂直高度适当。

附图说明

图1为底部填充胶与芯片、基底的位置结构图；

图2为无机填充剂、蒙脱土、气相疏水二氧化硅在胶体系中的填充示意图；

图中，1-芯片，2-底部填充胶，2a-无机填充剂粒子，2b-蒙脱土粒子，2c-气相疏水二氧化硅粒子，3-基底，a-渗胶区域，b-包封边角水平长度，c-包封边角垂直高度，d-顶部爬胶区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明实施例提供一种流动性可控的底部填充胶，包括以下重量百分比的组分：无机填充剂54-62%，环氧树脂 21-29%，固化剂12-21%，蒙脱土0.5-1.5%，气相疏水二氧化硅0.3-1%，促进剂0.4-0.6%，着色剂0-0.2%。在一些具体实施方式中，无机填充剂重量百分比优选55.5-62%，蒙脱土重量百分比优选为1-1.5%，气相疏水二氧化硅重量百分比优选为0.6-1%。

无机填充剂是底部填充胶的常规组分，其主要用来降低体系的热膨胀系数。在具体实施方式中，无机填充剂选自球状熔融二氧化硅或结晶二氧化硅，所述球状熔融二氧化硅或结晶二氧化硅的平均粒径为3-10μm。具体应用时，可根据芯片与基底间和/或焊接凸点间的间隙尺寸选择不同粒径的二氧化硅。一般来说，当间隙尺寸较大时，则用粒径相对大的二氧化硅。

与无机填充剂一样，蒙脱土和气相疏水二氧化硅也均为填料，粒度更细的蒙脱土和气相疏水二氧化硅用来填充无机填充剂的间隙，获得最紧密堆积效果；且无机填充剂、蒙脱土、气相疏水二氧化硅三者按特定比例级配，可获得合适大小的表面张力。在具体实施方式中，蒙脱土的粒径为50-200nm，气相疏水二氧化硅的粒径为200-500nm。

环氧树脂选自强极性的脂环族环氧树脂，在特定条件下脂环族环氧树脂与填充粒子间有更强的作用力。作为列举，脂环族环氧树脂可选自但不限于日本大赛璐CELLOXIDE2021P脂环族环氧树脂，该产品CAS编号：2386-87-0，其结构式见化学式（Ⅰ）；ERL4299脂环族环氧树脂，该产品CAS编号：3130-19-6，其结构式见化学式（Ⅱ）。

（Ⅰ）

（Ⅱ）

促进剂和固化剂为底部填充胶的常规组分，可选择常规促进剂和固化剂进行添加。促进剂主要用来调控固化时间，对性能无影响，按常规用量添加即可。在具体实施方式中，促进剂选择潜伏性促进剂，在优选实施例中潜伏性促进剂选自双氰胺或2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。同样的，固化剂也按常规用量添加，在具体实施方式中，固化剂选择潜伏性固化剂，在优选实施例中潜伏性固化剂选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑或甲基六氢苯酐。微量的着色剂用来进行染色，对底部填充胶性能无影响，着色剂选自炭黑等应用于底部填充胶的常规着色剂，并按常规用量添加。

本发明实施例中提供的一种流动性可控的底部填充胶的制备方法，包括步骤：

一、按配比将各原料加入到搅拌杯，采用离心搅拌机进行搅拌，对原料进行初步混合。在实施例中，搅拌时间设为60~120 s，离心搅拌机的自转转速900 r/min，公转转速1400r/min；步。

二、将初步混合后的底部填充胶加入到三辊筒中进行分散处理。在实施例中，底部填充胶加入到三辊筒的入料间隙为40~60μm，出料间隙为20~40μm。

三、使用离心搅拌机对分散处理后的底部填充胶进行真空脱泡，得到底部填充胶产品。在实施例中，离心搅拌机真空脱泡时间为60~90 s，离心搅拌机的自转转速900 r/min，公转转速1400 r/min。

实施例和对比例中所用原材料具体如下：

无机填充剂：采用日本电化株式会社的球状熔融二氧化硅，平均粒径5μm；

脂环族环氧树脂：胶体系的基体材料，采用日本大赛璐CELLOXIDE 2021P脂环族环氧树脂，环氧当量125-135g/eq，室温黏度200-300 mPa·s；

固化剂：在一定温度和促进剂的共同作用下与环氧树脂发生交联反应，使体系由流动状态变为固态；选择与脂环族环氧树脂适配的固化剂，市购，选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑固化剂；

气相疏水二氧化硅：用作填料添加剂，市购，粒径范围200-500nm；

蒙脱土：用作填料添加剂，市购，粒径范围50-200nm；

促进剂：用作交联反应的催化剂，在一定温度下可促进反应进行；市购，选自双氰胺促进剂；

着色剂：用作着色；市购，选自炭黑。

实施例1

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅56.5%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5% ，着色剂0.1%。本实施例底部填充胶的制备方法为：

按配比将各原料加入到搅拌杯，采用离心搅拌机进行搅拌，对原料进行初步混合；搅拌时间设为80 s，离心搅拌机的自转转速900 r/min，公转转速1400 r/min。将初步混合后的底部填充胶加入到三辊筒中进行分散处理，底部填充胶加入到三辊筒的入料间隙为50μm，出料间隙为30μm。使用离心搅拌机对分散处理后的底部填充胶进行真空脱泡，得到底部填充胶产品；离心搅拌机真空脱泡时间为80 s，离心搅拌机的自转转速900 r/min，公转转速1400 r/min。

实施例2

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅57.3%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土0.5%，气相疏水二氧化硅0.3%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例3

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅55.6%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土1.5%，气相疏水二氧化硅1%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例4

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅54%，脂环族环氧树脂28%，固化剂15.8%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例5

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅62%，脂环族环氧树脂22%，固化剂13.8%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例6

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅56.5%，脂环族环氧树脂21%，固化剂20.3%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例7

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅56.5%，脂环族环氧树脂29%，固化剂12.3%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例8

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅57.8%，脂环族环氧树脂28%，固化剂12%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例9

本实施例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅54.8%，脂环族环氧树脂22%，固化剂21%，蒙脱土1%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

对比例1

本对比例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅 57.1%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土1%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

对比例2

本对比例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅57.5%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，气相疏水二氧化硅0.6%，促进剂0.5% ，着色剂0.1%。

对比例3

本对比例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅57.9%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土0.1%，气相疏水二氧化硅0.1%，促进剂0.5% ，着色剂0.1%。

对比例4

本对比例底部填充胶包括以下重量百分比的组分：二氧化硅54.6%，脂环族环氧树脂28%，固化剂13.3%，蒙脱土2%，气相疏水二氧化硅1.5%，促进剂0.5%，着色剂0.1%。

实施例2-9以及对比例1-4中底部填充胶的制备方法均参照实施例1。

对实施例1-9和对比例1-4所得产品进行渗胶、顶部爬胶、包封边角的检测，方法为：将宽20mm、厚0.5 mm的正方形玻璃片用30μm厚的双面胶粘住四个角贴在载玻片上，将载玻片放在90℃的电热板上，预热三分钟，采用细钢针将待测底部填充胶沿着正方形玻璃片的一条边横向涂抹，在毛细力的作用下，底部填充胶会在玻璃片底部延流，直到流满为止。之后于150℃下固化1h，在显微镜下观察并测量渗胶长度、顶部爬胶长度、包封边角水平长度和垂直高度。采用表面张力仪检测于90℃下检测底部填充胶的表面张力。所有检测数据见表1。

表1 渗胶、顶部爬胶、包封边角的检测数据

从表1数据可以看出，仅添加蒙脱土或仅添加气相疏水二氧化硅的底部填充胶，其表面张力得不到有效提高（见对比例1~2），且还存在渗胶多和顶部爬胶现象；同时添加蒙脱土和气相疏水二氧化硅但两者用量较低时，对底部填充胶表面张力提高无影响，且还存在渗胶多和顶部爬胶现象；同时添加蒙脱土和气相疏水二氧化硅但两者用量较高时，底部填充胶表面张力显著提高，严重影响胶体流动性，导致底部填充胶无法在玻璃片底部流满。而实施例1-9底部填充胶表面张力适当，且均无顶部爬胶现象，渗胶少，包封边角水平长度短，包封边角垂直高度适当。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实施例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种流动性可控的底部填充胶，其特征是：

包括以下重量百分比的组分：无机填充剂54-62％，环氧树脂21-29％，固化剂12-21％，蒙脱土0.5-1.5％，气相疏水二氧化硅0.3-1％，促进剂0.4-0.6％，着色剂0-0.2％；所述环氧树脂选自脂环族环氧树脂；

所述无机填充剂选自平均粒径3-10μm的二氧化硅，且所述无机填充剂选自球状熔融二氧化硅；

所述脂环族环氧树脂选自

所述固化剂选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑；

所述蒙脱土的粒径为50-200nm；

所述气相疏水二氧化硅的粒径为200-500nm。

2.如权利要求1所述的流动性可控的底部填充胶，其特征是：

包括以下重量百分比的组分：无机填充剂55.5-62％，环氧树脂21-29％，固化剂12-21％，蒙脱土1-1.5％，气相疏水二氧化硅0.6-1％，促进剂0.4-0.6％，着色剂0-0.2％；所述环氧树脂选自脂环族环氧树脂。

3.如权利要求1所述的流动性可控的底部填充胶，其特征是：

所述促进剂选自潜伏性促进剂。

4.权利要求1～3中任一项所述的流动性可控的底部填充胶的制备方法，其特征是，包括步骤：

按配比将各原料混合并搅拌；

将混合后的底部填充胶加入到三辊筒中进行分散处理；

对分散处理后的底部填充胶进行真空脱泡，得到底部填充胶产品。

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