CN117143550B - 用于消除流痕的底部填充胶、其制备方法及倒装芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于消除流痕的底部填充胶、其制备方法及倒装芯片，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%‑24%，填充剂52%‑64%，固化剂19%‑23%，促进剂0.2%‑0.6%和着色剂0.1%‑0.2%。本申请的用于消除流痕的底部填充胶采用聚氨酯改性环氧树脂、填充剂、固化剂、促进剂和着色剂按照特定比例制备而成，利用聚氨酯环氧树脂和填充剂之间良好的相容性，添加固化剂是反应体系由流动状态变为固态，并通过促进剂加快反应速率，提高底部填充胶的固化速率，进而提高倒装芯片的制作效率。
Description
技术领域
本发明属于芯片底部填充胶技术领域，特别涉及一种用于消除流痕的底部填充胶、其制备方法及倒装芯片。
背景技术
为了能够满足电子器件可靠性的要求，倒装芯片一般采用底部填充技术。底部填充胶是一种适用于倒装芯片底部填充技术的材料，通常是利用毛细作用原理渗透到芯片与基板之间的间隙中，再通过热固化逐渐凝固并填充在芯片与基板之间的间隙中，保护芯片与基板之间的高密度焊接凸点及芯片，如图1所示，在基底1的上端间隔设置若干个接触垫3，在芯片2的下端对应设置与接触垫数量相匹配的底部触碰金属4，在每一个接触垫和对应的底部触碰金属之间设置焊接凸点5，两个相邻的接触垫之间设置有焊接掩模6，两个相邻的底部触碰金属之间设置有钝化7，在芯片、基底、焊接凸点三者之间形成的间隙采用底部填充材料8进行填充，从而对芯片、基底和焊接凸点进行保护，可分散芯片表面承载的应力，同时缓解芯片、基底和焊接凸点三者热膨胀系数不匹配产生的内应力，保护芯片免收物理、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。
然而，现有的底部填充胶固化后形成的底部填充材料经常会产生龟裂而不能继续对芯片进行保护；同时底部填充胶在芯片、基底、焊接凸点三者之间形成的间隙中流动时，也会产生流痕，不利于对芯片的保护。
因此，如何提供一种底部填充胶，以抑制流痕产生，增强对芯片的保护效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于消除流痕的底部填充胶、其制备方法及倒装芯片，以至少解决上述一种技术问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于消除流痕的底部填充胶，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%。
在第一方面中，所述填充剂包括二氧化硅，所述二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm。
在第一方面中，所述固化剂包括胺类固化剂。
在第一方面中，所述促进剂包括咪唑类促进剂。
在第一方面中，所述着色剂包括炭黑。
本发明第二方面提供了一种底部填充胶，所述底部填充胶由环氧树脂，填充剂，固化剂，促进剂和着色剂组成；其中，所述环氧树脂包括聚氨酯改性环氧树脂。
在第二方面中，所述填充剂包括二氧化硅；所述二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm；和/或，所述固化剂包括胺类固化剂；和/或，所述促进剂包括咪唑类促进剂；和/或，所述着色剂包括炭黑。
本发明第三方面提供了一种如第一方面所述的用于消除底部流痕的底部填充胶的制备方法，所述制备方法包括：将各组分按照一定配比进行搅拌混合，得到初步混合浆料，所述各组分按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%；将所述初步混合浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的浆料；将所述分散均匀的浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶。
本发明第四方面提供了一种倒装芯片，包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间的间隙填充有底部填充材料，所述底部填充材料由第一方面所述的用于消除底部流痕的底部填充胶固化后形成，所述芯片的尺寸大于10mm×25mm，所述芯片与所述基底之间的间隙小于30μm。
本发明第五方面提供了一种倒装芯片的制备方法所述制备方法包括：得到倒装芯片本体，所述倒装芯片本体包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底与所述芯片形成间隙；将第一方面所述的用于消除底部流痕的底部填充胶设置在所述倒装芯片的边缘，使所述底部填充胶通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；加热，使所述底部填充胶在所述间隙内固化，得到倒装芯片。
有益效果：
本发明提供的用于消除流痕的底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%，聚氨酯改性环氧树脂中具有互穿网络结构，并且含有大量的羰基、醇基、氨基，使得环氧树脂的极性增强，从而对填充剂有更强的作用力，有效增大了填充剂的表面性能，提高了聚氨酯改性环氧树脂与填充剂之间的相容性，使得底部填充胶具有一定的流动性，且在底部填充胶胶液流延填充间隙时，不易产生团聚物，进而抑制流痕产生；同时本申请的底部填充胶采用聚氨酯改性环氧树脂、填充剂、固化剂、促进剂和着色剂按照特定比例制备而成，利用聚氨酯环氧树脂和填充剂之间良好的相容性，添加固化剂是反应体系由流动状态变为固态，并通过促进剂加快反应速率，提高底部填充胶的固化速率，进而提高倒装芯片的制作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中倒装芯片的结构示意图；
图2为本申请一种用于消除底部流痕的底部填充胶的制备方法的流程图。附图标记：
1、基底；2、芯片；3、接触垫；4、底部触碰金属；5、焊接凸点；6焊接掩模；7、钝化；8底部填充材料。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
本申请提供的一种用于消除流痕的底部填充胶，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%。
本发明提供的用于消除流痕的底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%，聚氨酯改性环氧树脂中具有互穿网络结构，并且含有大量的羰基、醇基、氨基，使得环氧树脂的极性增强，从而对填充剂有更强的作用力，有效增大了填充剂的表面性能，提高了聚氨酯改性环氧树脂与填充剂之间的相容性，使得底部填充胶具有一定的流动性，且在底部填充胶胶液流延填充间隙时，不易产生团聚物，进而抑制流痕产生；同时本申请的底部填充胶采用聚氨酯改性环氧树脂、填充剂、固化剂、促进剂和着色剂按照特定比例制备而成，利用聚氨酯环氧树脂和填充剂之间良好的相容性，添加固化剂是反应体系由流动状态变为固态，并通过促进剂加快反应速率，提高底部填充胶的固化速率，进而提高倒装芯片的制作效率。
在一些可能的实施例中，所述填充剂包括二氧化硅，所述二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm。
填充剂包括二氧化硅，用来降低底部填充胶的热膨胀系数，并且二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm，通过控制二氧化硅的平均粒径，可以控制底部填充胶在间隙中流延时的速率及抑制团聚物的产生。
在一些可能的实施例中，所述固化剂包括胺类固化剂。优选地，胺类固化剂可以是二乙基甲苯二胺，乙二胺等，可以在一定温度和促进剂的作用下与环氧树脂反应，体系由流动状态变为固态。
在一些可能的实施例中，所述促进剂包括咪唑类促进剂。优选地，咪唑类促进剂可以是1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、N-甲基咪唑等，在室温下不起作用，在一定温度下能够促进反应的的进行，换句话说，咪唑类促进剂可以延长底部填充胶的存储期限。
在一些可能的实施例中，所述着色剂包括炭黑。所述着色剂用于对底部填充胶进行染色，方便识别。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种底部填充胶，所述底部填充胶由环氧树脂，填充剂，固化剂，促进剂和着色剂组成；其中，所述环氧树脂包括聚氨酯改性环氧树脂，所述填充剂包括二氧化硅；所述二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm。
作为另一种可选的实施例，固化剂可以选自胺类固化剂；作为另一种可选的实施例，促进剂可以选自咪唑类促进剂；作为另一种可选的实施例，着色剂可以选自炭黑。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种如上述所述的用于消除底部流痕的底部填充胶的制备方法，所述制备方法包括：
S1:将各组分按照一定配比进行搅拌混合，得到初步混合浆料，所述各组分按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%；其中，搅拌混合的时间为85-255s，自转950r/min，公转1050r/min；
S2:将所述初步混合浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的浆料；其中，三辊研磨机中的入料间隙为15-50μm，出料间隙为5-25μm；
S3:将所述分散均匀的浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶；其中，在离心搅拌机中进行真空脱泡，真空脱泡的时间为30-60s，自转950r/min，公转1050r/min。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种倒装芯片，包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间的间隙填充有底部填充材料，所述底部填充材料由第一方面所述的用于消除底部流痕的底部填充胶固化后形成，所述芯片的尺寸大于10mm×25mm，所述芯片与所述基底之间的间隙小于30μm。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种倒装芯片的制备方法所述制备方法包括：得到倒装芯片本体，所述倒装芯片本体包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底与所述芯片形成间隙；将第一方面所述的用于消除底部流痕的底部填充胶设置在所述倒装芯片的边缘，使所述底部填充胶通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；加热，使所述底部填充胶在所述间隙内固化，得到倒装芯片。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1-3和对照例1-6中底部填充胶各组分按照质量百分比计如下表所示：
对实施例1-3和对比例1-6提供的底部填充胶进行流动性测试、储存模量、玻璃化转变温度、热膨胀系数和黏着力测试进行测试，具体测试过程如下：
1、流动性测试方法：将20mm×20mm，厚0.5mm的正方形玻璃片用30um厚的双面胶粘住四个角贴在载玻片上，将其放在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，同时开始计时，在毛细力的作用下，底部填充胶会在玻璃片底部延流，记下流到边长一半的时间，以及流满时的时间，并肉眼观察是否有流痕产生。
2、储能模量：参考标准：ASTM E2254-2018，取150℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为55mm×10mm×2mm，采用DMA进行测量，测量模式：dual cantilever mode，振动频率：1Hz，振幅：10μm，升温速率：3℃/min；储能模量取25℃-260℃的值。
3、玻璃化转变温度Tg：取150℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为5mm×5mm×2mm。用TMA(compression mode)测试样品玻璃化转变温度。TMA的参数设置：预加载力：0.05N；第一次扫描：室温—250℃（升温速率10℃/min）；第二次扫描：室温—250℃（升温速率10℃/min），取第二次升温段曲线数据。
4、热膨胀系数：参考标准:ASTM E831-2019，取150℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为5mm×5mm×2mm。用TMA(compression mode)测试样品的热膨胀系数。TMA的参数设置：预加载力：0.05N，第一次扫描：室温—250℃（升温速率10℃/min）；第二次扫描：室温—250℃（升温速率10℃/min），取第二次升温段曲线数据；膨胀系数CTE1/2分别取温度为40℃-100℃和150℃-200℃的值。
5、黏着力测试方法：将样品浇筑在直径为3mm，高度为2mm的布丁模具中，浇筑的样品的一端与铜或硅片接触，将铜或硅片与布丁模具固定好，150℃/2h固化后脱去布丁模具，取出样品，使用推力机进行测试，推力速度50μm/s，接触高度20μm，记录测试过程中硅片黏着力和铜片黏着力。
6、高温高压蒸煮（PCT）试验：将样品在150℃、2h条件下进行固化，固化结束后，将样品放置120℃、20h条件进行PCT试验，然后按照上述测试方法对样品进行测量，记录储能模量、玻璃化转变温度Tg、热膨胀系数CTE1/2、硅片黏着力和铜片黏着力。
流动性测试结果如下表所示：
由上表可知，对比例1和对比例2所使用的环氧树脂分别为未改性的双酚A型和双酚F型环氧树脂，当间隙60μm时未出现流痕，间隙减小到40μm和30μm时出现流痕，然而实施例1中使用的聚氨酯改性的环氧树脂40μm和30μm均未出现流痕，说明聚氨酯改性环氧树脂与二氧化硅的相容性更好；对比例3和对比例4虽然也使用了聚氨酯改性环氧树脂，但当间隙减少到40μm和30μm时，也出现了流痕，说明聚氨酯改性环氧树脂只有在特定的配比下才能控制流痕的产生；对比例5中固含率较低，所以粘度较小，流动性好，使得流动时压差变大，虽然在40μm和60um间隙流动时未出现流痕，但是继续减小间隙至30μm时出现流痕；对比例6中固含率较高，所以粘度较大，流动性差，使得流动时压差较小，因此在30μm、40μm、60μm均出现流痕；因此，只有当底部填充胶中的组分在特定的配比下才能抑制流痕的产生，由此可知，其可能的作用机理为：
胶体在芯片间隙中流动时的动力主要来自于压差，在芯片底部间隙中，由于有压差，胶体会从间隙的一端流向另一端，当间隙过小则摩擦增大，摩擦对胶体流动动能的损耗，使得流动速度会越来越慢，当间隙过大则增加了泄漏，胶体会从另一端溢出，在实际应用，芯片的间隙一般在30-60um之间，长宽为10-25mm的正方形，所选用的填料为二氧化硅，平均粒径为0.6-5um，在流动过程中，胶液越接近另一端流动动能越小，一小部分二氧化硅会出现团聚而停止流动，团聚物阻碍了胶体的继续流动，多个团聚物的形成，从而产生树枝状的流痕，产生流痕的胶材属于不合格产品。
团聚物的产生是由于二氧化硅与树脂之间的相容性差，结合力小导致的，若使用与二氧化硅相容性好的树脂，则可以有效的消除流痕。本申请所选用的是聚氨酯改性环氧树脂，聚氨酯改性后的环氧树脂中含有大量的羰基、醇基、胺基，使得树脂的极性增强，从而对二氧化硅有更强的作用力，两者之间作用力更大，相容性更好，不易产生团聚物，进而无流痕产生。
本申请的底部填充胶在150℃、2h条件下固化后的DMA和TMA测试结果如下表所示：
本申请的底部填充胶在150℃、2h条件下固化后，然后进行PCT高温高压蒸煮试验（试验条件：试验温度为120℃和试验时间为20h）后的DMA和TMA测试结果如下表所示：
由上述表格可知：通过对比例1、对比例2与实施例1的对比可知，填充剂相同的情况下，聚氨酯改性环氧树脂的储能模量大于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂的储能模量，聚氨酯改性环氧树脂的膨胀系数小于双酚A、F型环氧树脂的膨胀系数；通过实施例与对比例的对比可知，实施例中底部填充胶中添加适量的聚氨酯改性环氧树脂可以提高硅片、铜片黏着力，但同时硅片、铜片黏着力也与体系的固含率有关；
经过高温高压蒸煮120℃/20h后，在本申请提供的各组成成分的配比范围内，底部填充胶经过固化、PCT试验后，仍然具有较高的储能模量，且硅片、铜片黏着力下降较小，而不在本申请提供的配比范围之内或使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂时黏着力均显著下降。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种用于消除流痕的底部填充胶，其特征在于，所述底部填充胶按质量百分比计由以下组分组成：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%；
所述填充剂为二氧化硅，所述二氧化硅的平均粒径为0.6-5μm；
所述聚氨酯改性环氧树脂为EPU300A。
2.根据权利要求1所述的用于消除流痕的底部填充胶，其特征在于，所述固化剂包括胺类固化剂。
3.根据权利要求2所述的用于消除流痕的底部填充胶，其特征在于，所述促进剂包括咪唑类促进剂。
4.根据权利要求3所述的用于消除流痕的底部填充胶，其特征在于，所述着色剂包括炭黑。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的用于消除底部流痕的底部填充胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将各组分按照一定配比进行搅拌混合，得到初步混合浆料，所述各组分按质量百分比计包括以下组分：聚氨酯改性环氧树脂16%-24%，填充剂52%-64%，固化剂19%-23%，促进剂0.2%-0.6%和着色剂0.1%-0.2%；
将所述初步混合浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的浆料；
将所述分散均匀的浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶。
6.一种倒装芯片，包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间的间隙填充有底部填充材料，其特征在于：
所述底部填充材料由权利要求1-4任意一项所述的用于消除底部流痕的底部填充胶固化后形成，所述芯片的尺寸大于10mm×25mm，所述芯片与所述基底之间的间隙小于30μm。
7.一种倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
得到倒装芯片本体，所述倒装芯片本体包括基底、设置在基底一表面的芯片、及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底与所述芯片形成间隙；
将权利要求1-4任意一项所述的用于消除底部流痕的底部填充胶设置在所述倒装芯片的边缘，使所述底部填充胶通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；
加热，使所述底部填充胶在所述间隙内固化，得到倒装芯片。
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