CN116083018A - Qfn封装材料及其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及QFN封装材料及其制备方法及其应用。所述QFN封装材料，包括以下质量百分比的原料：双酚A型环氧树脂2wt％～12wt％；脂环族环氧树脂2wt％～12wt％；萘型环氧树脂0wt％～5wt％；四官能团环氧树脂0wt％～5wt％；环氧树脂固化剂10wt％～20wt％；固化促进剂0.2wt～1wt％；无机填料60wt％～80wt％；功能助剂0.2wt～1wt％。本发明可显著提高QFN封装材料的储能模量，使其耐热、耐形变能力强，避免翘曲问题。同时，所得QFN封装材料热膨胀系数小，可靠性高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及QFN封装材料及其制备方法及其应用。
背景技术
随着各种消费性数字产品的发展，半导体越来越朝向轻、薄、小体积和高性能发展。QFN封装即为顺应该发展趋势所开发出来的。
QFN(quad flat non-leaded package)四侧无引脚扁平封装，属于一种表面贴装型封装形式，将原先在封装体周遭的输出引脚收放到封装体底部，从而在贴片作业时大大减少所占的空间。此封装结构由于体积小、重量轻，加上杰出的电性能和热性能，特别适合对尺寸、重量和性能都有要求的应用环境。
目前，适用于QFN封装的材料常出现翘曲等问题，其耐热性有待提高。
发明内容
基于此，本发明提供一种QFN封装材料及其制备方法。
本发明第一方面提供一种QFN封装材料，其技术方案如下：
一种QFN封装材料，包括以下质量百分比的原料：
在其中一些实施例中，所述双酚A型环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)选自E44型环氧树脂、E51型环氧树脂、E52型环氧树脂或其组合；
2)环氧当量为182g/eq～192g/eq；
3)30℃下的粘度为5000cp～7000cp。
在其中一些实施例中，所述脂环族环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)环氧当量为132g/eq～142g/eq；
2)30℃下的粘度为200cp～500cp。
在其中一些实施例中，所述萘型环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)环氧当量为135g/eq～150g/eq；
2)30℃下的粘度为15000cp～30000cp。
在其中一些实施例中，所述四官能团环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)为四缩水甘油胺型环氧树脂；
2)环氧当量为108g/eq～120g/eq；
3)30℃下的粘度为35000cp～50000cp。
在其中一些实施例中，所述环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂；可选地，所述酸酐类固化剂选自甲基六氢化邻苯二甲酸酐(MHHPA)、甲基四氢化邻苯二甲酸酐(MTHPA)或其组合。
在其中一些实施例中，所述固化促进剂为咪唑类促进剂；可选地，所述咪唑类促进剂选自PN50、PN23、均苯四甲酸与2-甲基咪唑的混合物或其组合。
在其中一些实施例中，所述无机填料为球形SiO2；可选地，所述球形SiO2包括粒径D50为18μm的球形SiO2、粒径D50为1.5μm的球形SiO2、粒径D50为0.5μm的球形SiO2或其组合。
在其中一些实施例中，所述功能助剂包括硅烷偶联剂。
本发明第二方面提供一种QFN封装材料的制备方法，其技术方案如下：
一种QFN封装材料的制备方法，包括以下步骤：
混合权利要求上述的双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂、四官能团环氧树脂和环氧树脂固化剂，搅拌，加入固化促进剂，搅拌，加入无机填料和功能助剂，搅拌。
本发明第三方面提供上述QFN封装材料在芯片封装领域的应用。
与传统方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂作为主树脂，同时搭配或不搭配使用萘型环氧树脂和四官能团环氧树脂的功能型树脂，在环氧树脂固化剂、固化促进剂、无机填料和功能助剂的联合作用下，可显著提高QFN封装材料的储能模量和玻璃化转变温度，使其耐热、耐形变能力强，避免翘曲问题。同时，所得QFN封装材料热膨胀系数小，可靠性高，成本低。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
术语
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，涉及“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是，当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时，应当理解，该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案，还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如，“A及/或B”包括A、B和A+B三种并列方案。又比如，“A，及/或，B，及/或，C，及/或，D”的技术方案，包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案)，也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合，也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合，还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。
本发明中，涉及“多个”、“多种”、“多次”、“多元”等，如无特别限定，指在数量上大于2或等于2。例如，“一种或多种”表示一种或大于等于两种。
本发明中，涉及“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本发明中，涉及“合适的组合方式”、“合适的方式”、“任意合适的方式”等中所述“合适”，以能够实施本发明的技术方案、解决本发明的技术问题、实现本发明预期的技术效果为准。
本发明中，涉及“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，涉及“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，涉及“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。
本发明中，涉及“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，可选的数值分布在上述数值区间内视为连续，且包括该数值范围的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，在本文中，相当于直接列举了每一个整数，比如t为选自1～10的整数，表示t为选自由1、2、3、4、5、6、7、8、9和10构成的整数组的任一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并这些范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是，所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃的范围内波动。
本发明中，涉及到百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中，涉及到百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中，％(w/w)与wt％均表示重量百分比，％(v/v)指体积百分比，％(w/v)指质量体积百分数。
本发明一实施方式提供一种QFN封装材料，包括以下质量百分比的原料：
本实施方式以双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂作为主树脂，同时搭配或不搭配使用萘型环氧树脂和四官能团环氧树脂的功能型树脂，在环氧树脂固化剂、固化促进剂、无机填料和功能助剂的联合作用下，可显著提高QFN封装材料的储能模量和玻璃化转变温度，使其耐热、耐形变能力强，避免翘曲问题。同时，所得QFN封装材料热膨胀系数小，可靠性高，成本低。
可选地，所述双酚A型环氧树脂的质量百分比包括但不限于2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％。
可选地，所述双酚A型环氧树脂选自E44型环氧树脂、E51型环氧树脂、E52型环氧树脂或其组合。
可选地，所述双酚A型环氧树脂的环氧当量为182g/eq～192g/eq。
可选地，所述双酚A型环氧树脂在30℃下的粘度为5000cp～7000cp。
例如，所述双酚A型环氧树脂可以是BE188EL等。
可选地，所述脂环族环氧树脂的质量百分比包括但不限于2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％。
可选地，所述脂环族环氧树脂的环氧当量为132g/eq～142g/eq。
可选地，所述脂环族环氧树脂在30℃下的粘度为200cp～500cp。
例如，所述脂环族环氧树脂可以是ERL4221、2021P等。
本实施方式中，萘型环氧树脂可加入可不加入。当加入萘型环氧树脂时，所述萘型环氧树脂的质量百分比包括但不限于1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
可选地，所述萘型环氧树脂的环氧当量为135g/eq～150g/eq。
可选地，所述萘型环氧树脂在30℃下的粘度为15000cp～30000cp。
例如，所述萘型环氧树脂可以是EBA-65、EBA-65HD等
本实施方式中，四官能团环氧树脂可加入可不加入。当加入四官能团环氧树脂时，所述四官能团环氧树脂的质量百分比包括但不限于1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
可选地，所述四官能团环氧树脂为四缩水甘油胺型环氧树脂。
可选地，所述四官能团环氧树脂的环氧当量为108g/eq～120g/eq；
可选地，所述四官能团环氧树脂在30℃下的粘度为35000cp～50000cp。
例如，所述四官能团环氧树脂可以是AG80等。
经过试验验证，双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂、四官能团环氧树脂的组合搭配方式可以是双酚A型环氧树脂和脂环族环氧树脂的组合搭配，也可以是双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂和萘型环氧树脂的组合搭配，还可以是双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂和四官能团环氧树脂的组合搭配，还可以是酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂和四官能团环氧树脂的组合搭配。各种搭配模式下，需调整双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂和四官能团环氧树脂的加入量，以提高QFN封装材料的储能模量、玻璃化转变温度和降低热膨胀系数。
可选地，所述环氧树脂固化剂的质量百分比包括但不限于10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％。
可选地，所述环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂。进一步可选地，所述酸酐类固化剂选自甲基六氢化邻苯二甲酸酐(MHHPA)、甲基四氢化邻苯二甲酸酐(MTHPA)或其组合。
可选地，所述固化促进剂的质量百分比包括但不限于0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％。
可选地，所述固化促进剂为咪唑类促进剂。
进一步可选地，所述咪唑类促进剂选自PN50、PN23、均苯四甲酸与2-甲基咪唑的混合物或其组合。
更进一步可选地，均苯四甲酸与2-甲基咪唑的混合物中，均苯四甲酸与2-甲基咪唑的质量比为1:(1～2)。
经过试验验证，上述咪唑类促进剂与酸酐类固化剂共同使用，并将二者与上述环氧树脂联合作用，可以制备高储能模量、高玻璃化转变温度、低膨胀系数的QFN封装材料，同时，不同的咪唑类促进剂的效果各有不同。
可选地，所述无机填料的质量百分比包括但不限于60wt％、62wt％、64wt％、66wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％、71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、76wt％、78wt％、80wt％。
可选地，所述无机填料为球形SiO2。
进一步可选地，所述球形SiO2包括粒径D50为18μm的球形SiO2、粒径D50为1.5μm的球形SiO2、粒径D50为0.5μm的球形SiO2或其组合。
可选地，所述功能助剂的质量百分比包括但不限于0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％。
可选地，所述功能助剂包括硅烷偶联剂。
优选地，所述QFN封装材料，包括以下质量百分比的原料：
经过试验验证，当双酚A型环氧树脂或脂环族环氧树脂的添加量较小时，QFN封装材料的储能模量较低，耐热性较差，热膨胀系数较大。当未加入双酚A型环氧树脂或未加入脂环族环氧树脂时，QFN封装材料的储能模量较低，耐热性较差，热膨胀系数较大，当以双酚F型环氧树脂替换双酚A型环氧树脂时，QFN封装材料的储能模量出现降低，热膨胀系数出现增加，不利于QFN封装材料耐热、耐形变性能的提高。
本实施方式的QFN封装材料耐热性能优异，具有低曲翘，高流动性，高可靠性等性能。
本发明一实施方式提供一种QFN封装材料的制备方法，其包括以下步骤：
混合上述的双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂、四官能团环氧树脂和环氧树脂固化剂，搅拌，加入固化促进剂，搅拌，加入无机填料和功能助剂，搅拌。
可选地，各次搅拌的温度分别独立地为5℃～30℃。例如可以是5℃、15℃、20℃、25℃、30℃。
可选地，各次搅拌的温度分别独立地为速率为20r/min～80r/min。20r/min、35r/min、50r/min、65r/min、80r/min。
可选地，各次搅拌的时间分别独立地为5min～60min。5min、10min、20min、30min、40min、60min。
本发明一实施方式提供上述QFN封装材料在芯片封装领域的应用。
以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例和对比例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售，所涉及到的工艺，如无特殊说明，均为本领域技术人员常规选择。
其中，BE188EL为E51型环氧树脂，来源于长春人造树脂厂股份有限公司，环氧当量为187g/eq，30℃下的粘度为5019.47cp。
jERTM 1750为双酚F型环氧树脂，来源于日本三菱化学株式会社，环氧当量为160g/eq，30℃下的粘度为1750cp。
ERL4221为脂环族环氧树脂，来源于日本大赛璐化学工业株式会社，环氧当量为137g/eq，30℃下的粘度为140.80cp。
EBA-65为萘系环氧树脂，来源于上海华谊树脂有限公司，环氧当量为142g/eq，30℃下的粘度为26000cp。
AG80为四官能团环氧树脂，来源于天太高兴科技有限公司，环氧当量为112g/eq，30℃下的粘度为45207.93cp。
MHHPA表示甲基六氢化邻苯二甲酸酐，为酸酐类固化剂，来源于济宁棠邑化工有限公司。
PN50和PN23均为咪唑类固化促进剂，来源于日本味之素精细技术有限公司。
均苯四甲酸与2-甲基咪唑的混合物为咪唑类固化促进剂，其中，均苯四甲酸来源于阿达玛斯试剂有限公司；2-甲基咪唑来源于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
溴化四苯基膦为有机磷类固化促进剂，来源于湖北嘉慧兴诚生物科技有限公司。
NQ105为粒径D50为18μm的球形SiO2，来源于江苏联瑞新材料股份有限公司。
KH560为硅烷偶联剂，来源于上海泰坦科技股份有限公司。
实施例1
本实施例提供一种QFN封装材料及其制备方法，步骤如下：
请参见表1，以质量百分比计，将7.31wt％E188EL、6.58wt％ERL4221、0.73wt％EBA-65和14.62wt％MHHPA混合，在25℃，以30r/min的转速搅拌10min，接着加入0.55wt％PN50，继续搅拌5min，然后加入0.69wt％KH560与69.51wt％NQ105，以60r/min的转速继续搅拌30min，得到QFN封装材料。
对所得QFN封装材料进行以下性能测试，结果汇总与表1：
1)25℃初始粘度：按照GB/T 2794采用旋转式粘度计测量，单位为Pa.s；
2)储能模量：采用动态热机械分析仪测量，单位为MPa；
3)玻璃化转变温度(Tg)：采用动态热机械分析仪测量；
4)固化峰值温度：采用差示扫描量热分析仪测量；
5)固化放热焓：采用差示扫描量热分析仪测量，单位为J/g。
6)热膨胀系数：采用静态热机械分析仪(TMA)测量，单位为ppm。
实施例2～实施例7
参见表1和实施例1的QFN封装材料及其制备方法，制备实施例2～实施例7的QFN封装材料。
采用与实施例1相同的方法测试所得QFN封装材料的各项性能，汇总于表1。
表1
“/”表示未添加该物质。
实施例8～14
参见表2和实施例1的QFN封装材料及其制备方法，制备实施例8～14的QFN封装材料。
采用与实施例1相同的方法测试所得QFN封装材料的各项性能，汇总于表2。
表2
其中，均苯四甲酸与2-甲基咪唑的1:2混合物是指均苯四甲酸与2-甲基咪唑的质量比为1:2。均苯四甲酸与2-甲基咪唑的1:1混合物是指均苯四甲酸与2-甲基咪唑的质量比为1:1。
对比例1～对比例7
参见表3和实施例1的QFN封装材料及其制备方法，制备对比例1～对比例7的QFN封装材料。
采用与实施例1相同的方法测试所得QFN封装材料的各项性能，汇总于表3。
表3
由表1～表3可知，通过适当比例加入双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂作为主树脂，再调整萘型环氧树脂和四官能团环氧树脂的功能型树脂，再通过环氧树脂固化剂、固化促进剂、无机填料和功能助剂的联合作用下，所得QFN封装材料的储能模量高，具有较好的耐热、耐形变能力，避免产生翘曲，并且所得QFN封装材料热膨胀系数小，可靠性高。
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 (11)
1.一种QFN封装材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的QFN封装材料，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)选自E44型环氧树脂、E51型环氧树脂、E52型环氧树脂或其组合；
2)环氧当量为182g/eq～192g/eq；
3)30℃下的粘度为5000cp～7000cp。
3.根据权利要求1所述的QFN封装材料，其特征在于，所述脂环族环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)环氧当量为132g/eq～142g/eq；
2)30℃下的粘度为200cp～500cp。
4.根据权利要求1所述的QFN封装材料，其特征在于，所述萘型环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)环氧当量为135g/eq～150g/eq；
2)30℃下的粘度为15000cp～30000cp。
5.根据权利要求1所述的QFN封装材料，其特征在于，所述四官能团环氧树脂满足以下条件中的至少一个：
1)为四缩水甘油胺型环氧树脂；
2)环氧当量为108g/eq～120g/eq；
3)30℃下的粘度为35000cp～50000cp。
6.根据权利要求1-5任一项所述的QFN封装材料，其特征在于，所述环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂；可选地，所述酸酐类固化剂选自甲基六氢化邻苯二甲酸酐、甲基四氢化邻苯二甲酸酐或其组合。
7.根据权利要求1-5任一项所述的QFN封装材料，其特征在于，所述固化促进剂为咪唑类促进剂；可选地，所述咪唑类促进剂选自PN50、PN23、均苯四甲酸与2-甲基咪唑的混合物或其组合。
8.根据权利要求1-5任一项所述的QFN封装材料，其特征在于，所述无机填料为球形SiO2；可选地，所述球形SiO2包括粒径D50为18μm的球形SiO2、粒径D50为1.5μm的球形SiO2、粒径D50为0.5μm的球形SiO2或其组合。
9.根据权利要求1-5任一项所述的QFN封装材料，其特征在于，所述功能助剂包括硅烷偶联剂。
10.一种QFN封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
混合权利要求1-9任一项所述的双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂、四官能团环氧树脂和环氧树脂固化剂，搅拌，加入固化促进剂，搅拌，加入无机填料和功能助剂，搅拌。
11.一种权利要求1-9任一项所述QFN封装材料在芯片封装领域的应用。
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