CN115960567B - 一种高导热高粘接环氧塑封料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热高粘接绝缘型环氧塑封料及其制备方法，其技术方案包括按质量百分比计数的组分：改性环氧树脂10～25％、固化剂7～15％、固化促进剂0.5～1.5％、导热填料27.5～70.4％、偶联剂0.1～1％、附着力促进剂0.5～5％、脱模剂0.5～2％、阻燃剂10～20％、增韧剂1～3％，制备方法包括步骤S1、将固化剂、固化促进剂、偶联剂、脱模剂、附着力促进剂、增韧剂混合得混合物1，步骤S2将混合物1与改性环氧树脂、导热填料、阻燃剂混合均匀得到混合物2，步骤S3、将混合物2混炼并挤出得到成品；本发明优点在于导热性能好、有较低的热膨胀系数和弯曲模量，使体系具有较低的应力和较低的曲翘性，而且在维持电路绝缘性的基础上具有较高的粘接性能，为半导体封装提高了更宽的加工工艺窗口。

Description

一种高导热高粘接环氧塑封料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子封装材料技术领域，尤其涉及一种高导热高粘接环氧塑封料及其制备方法。

背景技术

环氧塑封料是一种微电子封装材料，它主要应用于半导体芯片的封装保护。环氧塑封料以其低成本、高生产效率以及合理的可靠性等特点，已经成为现代半导体封装最常见最重要的封装材料之一。但是随着微电子集成技术和组装技术的飞速发展，芯片的运行温度越来越高，在如此高的运行温度下，如仅依靠芯片原有的散热条件和方式，热量很难散发出去，极易导致芯片失效，甚至发生管体炸裂，因此国内逐渐开始关注高导热环氧塑封料以及高导热聚合物材料的研究和开发工作。

目前公开号为CN106674911A公开了一种名称为半导体封装用高粘接环氧塑封料，环氧塑封料中环氧树脂的含量为5～18wt％、酚醛树脂的含量为2.5～10wt％、固化促进剂的含量为0.05～0.5wt％、填料的含量为60～90wt％、粘接改性剂的含量为0.1～0.8wt％、脱模剂的含量为0.1～1.5wt％及偶联剂的含量为0.1～1wt％称取上述原料；将上述组分混合均匀，然后在开放式炼胶机上熔融混炼均匀后取下并自然冷却、粉碎，得到可以提高半导体器件中与芯片、框架粘接力的环氧塑封料。

随着技术水平发展，随着半导体元器件输入/输出端子数的增加和尺寸的小型化，目前的二维封装已无法满足要求。现在迫切需要密度高、功能强、性能好的高密度三维封装，也意味着对于封装的可靠性有更高的要求，相应地也要求地对封装体塑封料与芯片、各种框架表面的粘接力提出更高要求。要求环氧塑封料要具有更好地导热性能和更好粘连性能。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高导热高粘接环氧塑封料及其制备方法，其优点在于导热性能好、有较低的热膨胀系数和弯曲模量，使体系具有较低的应力和较低的曲翘性，而且在维持电路绝缘性的基础上具有较高的粘接性能，为半导体封装提高了更宽的加工工艺窗口。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高导热高粘接环氧塑封料，其特征在于，包括按质量百分比计数的组分：改性环氧树脂10～25％、固化剂7～15％、固化促进剂0.5～1.5％、导热填料27.5～70.4％、偶联剂0.1～1％、附着力促进剂0.5～5％、脱模剂0.5～2％、阻燃剂10～20％、增韧剂1～3％。

进一步的，所述改性环氧树脂包括环氧树脂基体和交联剂，所述环氧树脂基体为对双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、四官能团环氧树脂进行如下改性过的改性环氧树脂中的一种或多种；所述交联剂为树枝状交联剂CYD-T58；所述附着力促进剂为磷酸改性树脂LD-3147。

进一步的，所述改性环氧树脂的改性：将浓度为1～5％的树枝状交联剂CYD-T58加入环氧树脂基体中，在70～100℃下对环氧树脂进行预聚改性，改性时间为1～2h。

进一步的，所述固化剂为酸酐类固化剂、腰果酚增韧型酚醛树脂、芳烷基酚醛树脂或双氰胺固化剂中的一种或多种。

进一步的，所述固化促进剂为DMP-30、二甲基苄胺或2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种组合。

进一步的，所述导热填料为氮化铝、氮化硼、氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝中至少一种，其中氮化铝为球形氮化铝，球形氮化铝粒径30～50um；氮化硼为球形氮化硼，球形氮化硼粒径30～50um。

进一步的，所述球形氮化铝和球形氮化铝按体积比1:1进行复配。

进一步的，所述偶联剂为3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-(苯基胺基)丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的至少一种；所述脱模剂为巴西棕榈蜡或/和聚乙烯蜡；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸氨类有机阻燃剂或硼酸锌中的至少一种。

进一步的，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸氨类有机阻燃剂或硼酸锌中的至少一种，所述增韧剂为改性硬脂酸增韧剂，所述改性硬脂酸增韧剂通过环氧树脂与硬脂酸按1:5的比例混合后在80℃下搅拌后得到。

一种高导热高粘接环氧塑封料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将固化剂、固化促进剂、偶联剂、脱模剂、附着力促进剂、增韧剂加入密炼机中，120-250℃熔融混合搅拌30-80min，搅拌均匀后冷却、粉碎、过筛100-200目，得到混合物1；

步骤S2、将混合物1与改性环氧树脂、导热填料、阻燃剂混合均匀得到混合物2；

步骤S3、将混合物2加入螺杆机中在60-100℃下混炼并挤出得到高导热高粘接环氧塑封料。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.搭配不同形状、尺寸的导热填料通过相互之间的协同作用，能够形成导热通路，从而使整个环氧体系内部形成一个完整的导热网络，提高环氧塑封料的导热性能、有较低的热膨胀系数和弯曲模量，使体系具有较低的应力和较低的曲翘性。

2.择粒径相近的球形氮化铝和球形氮化硼，粒径范围在30-50um,按体积比1:1进行复配的填料体系，可达到最密堆积，导热系数可达到4.0w/mk，进一步改善环氧塑封料的导热性能。

3.树枝状交联剂CYD-T58的高度支化，表面多功能性官能团以及类球形结构，交联剂跟环氧树脂预聚合形成改性环氧树脂，可以多维度增加环氧体系的交联度，提高体系的疏水性能，从而可以提升体系的粘接强度、耐热性能和曲翘、降低吸水率。

4.配合使用LD-3147附着力促进剂，能够与环氧固化剂、填料表面、芯片金属表面羟基发生化学和物理反应，能明显改善塑封料与芯片、框架的界面结合力且不影响体系的绝缘性能。

5.通过在体系中加入增韧剂，在基体内部形成海岛结构，能进一步提高环氧体系的交联度和机械性能，从而使整个体系具备更高的可靠性。

附图说明

图1是高导热高粘接环氧塑封料的制备方法的步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1：

一种高导热高粘接环氧塑封料，包括：18g改性四官能团环氧树脂MF-4115、12g芳烷基酚醛树脂、1gDMP-30、29g球形35um氮化铝、20.5g球型35um氮化硼(氮化铝、氮化硼体积比按1:1进行复配)、0.1g 3-(苯基胺基)丙基三甲氧基硅烷、3gLD3147附着力促进剂、0.5g巴西棕榈蜡、15g聚磷酸氨类有机阻燃剂、1.4g改性硬脂酸增韧剂。

其中改性硬脂酸增韧剂制备方法为：将环氧树脂与硬脂酸按1:5的比例混合后在80℃下搅拌后即得改性硬脂酸增韧剂。

其中附着力促进剂优选以环氧为主链的磷酸改性树脂LD-3147，能够与环氧固化剂、填料表面、芯片金属表面羟基发生化学和物理反应，能明显改善塑封料与芯片、框架的界面结合力且不影响体系的绝缘性能。

实施例2：

一种高导热高粘接环氧塑封料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，首先依照实施例1中记载的配方比例准备各组分原料。将芳烷基酚醛树脂、DMP-30、3-(苯基胺基)丙基三甲氧基硅烷、巴西棕榈蜡、LD3147、自制硬脂酸增韧剂加入密炼机中，150℃熔融混合搅拌50min，搅拌均匀后冷却、粉碎、过筛，得到混合物1待用。

步骤S2、将混合物2以及邻改性四官能团环氧树脂MF-4115、球型氮化硼、球形氮化铝、聚磷酸氨类有机阻燃剂加入高速搅拌机中混合均匀，混合时间为30min，得到混合物2。

步骤S3、将混合物2加入螺杆机中，80℃下混炼，挤出时间为5min，最终制备得到高导热高粘接环氧塑封料。

对比例1：官能团环氧树脂MF-4115没有经过改性，其他与实施例1相同。

对比例2：LD-3147不加，其他与实施例1相同。

产品性能检测：

检测标准：

垂直燃烧UL-94测试参考GB2408-2008标准。

热膨胀系数、玻璃化转变温度测试参考GB/T38108-2006进行测试。

导热系数测试参考ASTM D5470-2012进行测试。

击穿强度差测试参考GB/T1408.1-2006进行测试。

弯曲强度测试参考GB/T9341-2000进行测试。

成型收缩率测试参考GB/T39818-2021进行测试。

吸水率测试参考GB/T1462-2005进行测试。

粘接强度用剪切拉伸强度表征，剪切拉伸强度表示粘接型基体树脂在受切线方向的应力时单位面积上的最大断裂负荷，参考GB/T 7124-86；拉伸剪切强度试样采用10cm*2.5cm*0.2cm铜片，测试时将环氧塑封料均匀涂在试片上，然后将两片试片叠合，175℃下固化5h，再把试片在拉力测试仪上以10mm/min的恒定拉伸强度速度施加负荷直至试片胶层表面破坏。

螺旋流动长度测试：取30g样品用树脂传递注塑机借助螺旋流动金属模具进行测定，注塑压力为70kgf/cm2,模具温度为175±1℃。

检测结果，见表1：

表1

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高导热高粘接环氧塑封料，其特征在于，包括按质量百分比计数的组分：改性环氧树脂10~25%、固化剂7~15%、固化促进剂0.5~1.5%、导热填料27.5~70.4%、偶联剂0.1~1%、附着力促进剂0.5~5%、脱模剂0.5~2%、阻燃剂10~20%、增韧剂1~3%；所述改性环氧树脂包括环氧树脂基体和交联剂，所述环氧树脂基体为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、四官能团环氧树脂进行如下改性过的改性环氧树脂中的一种或多种；所述交联剂为树枝状交联剂CYD-T58；所述附着力促进剂为磷酸改性树脂LD-3147；所述改性环氧树脂的改性：将浓度为1~5%的树枝状交联剂CYD-T58加入环氧树脂基体中，在70~100℃下对环氧树脂进行预聚改性，改性时间为1~2h；所述导热填料为氮化铝、氮化硼、氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝中至少一种，其中氮化铝为球形氮化铝，球形氮化铝粒径30~50um；氮化硼为球形氮化硼，球形氮化硼粒径30~50um，所述球形氮化铝和球形氮化铝按体积比1:1进行复配；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸氨类有机阻燃剂或硼酸锌中的至少一种，所述增韧剂为改性硬脂酸增韧剂，所述改性硬脂酸增韧剂通过环氧树脂与硬脂酸按1:5的比例混合后在80℃下搅拌后得到。

2.根据权利要求1所述的一种高导热高粘接环氧塑封料，其特征在于：所述固化剂为酸酐类固化剂、腰果酚增韧型酚醛树脂、芳烷基酚醛树脂或双氰胺固化剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高导热高粘接环氧塑封料，其特征在于：所述固化促进剂为DMP-30、二甲基苄胺或2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种高导热高粘接环氧塑封料，其特征在于：所述偶联剂为3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-（苯基胺基）丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的至少一种；所述脱模剂为巴西棕榈蜡或/和聚乙烯蜡；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸氨类有机阻燃剂或硼酸锌中的至少一种。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的高导热高粘接环氧塑封料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将固化剂、固化促进剂、偶联剂、脱模剂、附着力促进剂、增韧剂加入密炼机中，120-250℃熔融混合搅拌30-80min，搅拌均匀后冷却、粉碎、过筛100-200目，得到混合物1；

步骤S2、将混合物1与改性环氧树脂、导热填料、阻燃剂混合均匀得到混合物2；

步骤S3、将混合物2加入螺杆机中在60-100℃下混炼并挤出得到高导热高粘接环氧塑封料。