CN117701211A - 一种高导热性的底部填充胶,其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热性的底部填充胶,其制备方法及应用,该底部填充胶包括:无机填料78~80质量份,环氧树脂11~12质量份;胺类固化剂8.3~9.3质量份;液态潜伏性促进剂0.4~0.8质量份;其中:无机填料包括氧化铝粉和氮化铝粉,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为(5~6):1;环氧树脂选择N,N,N',N'‑四缩水甘油基‑4,4'‑二氨基二苯基甲烷。本发明底部填充胶兼具优异的常温流动性和导热性,尤其适用于对BGA和CSP芯片进行底部填充。
Description
技术领域
本申请涉及半导体芯片底部填充胶技术领域,具体涉及一种高导热性的底部填充胶,其制备方法及应用。
背景技术
底部填充胶主要包括环氧树脂和无机填料,用来对BGA和CSP封装模式的芯片进行底部填充,经加热固化后形成填充层,以填满芯片底部空隙,故底部填充胶应具有优异的流动性。但随着芯片的微小型化,导致电阻提高,则还需同时兼具高导热性,以实现更好的散热。
发明内容
本申请的目的是提供一种高导热性的底部填充胶,其制备方法及应用,该底部填充胶兼具优异的常温流动性和导热性。
为达到上述目的,本申请一方面提供一种高导热性的底部填充胶,其原料包括:无机填料78~80质量份,环氧树脂11~12质量份;胺类固化剂8.3~9.3质量份;液态潜伏性促进剂0.4~0.8质量份;其中:无机填料包括氧化铝粉和氮化铝粉,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为(5~6):1;环氧树脂选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷。
上述环氧树脂选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷,结构式如下:
(Ⅰ)。
在一些具体实施方式中,上述无机填料中,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为5-5.5。
在一些具体实施方式中,上述氧化铝粉优选球形氧化铝粉。
在一些具体实施方式中,上述氮化铝粉优选球形氮化铝粉。
在一些具体实施方式中,上述氧化铝粉的D90粒径为63um~68um。
在一些具体实施方式中,上述氮化铝粉的D50粒径为7um~8um。
在一些具体实施方式中,上述胺类固化剂为二甲硫基甲苯二胺。
在一些具体实施方式中,上述底部填充胶还包括炭黑0.2~0.4质量份。
本申请另一方面还提供上述底部填充胶的制备方法,包括:
按质量份取各原料,将除液态潜伏性促进剂外的原料进行搅拌,得到胶状物;利用三辊筒对胶状物进行分散处理;向分散处理后的胶状物加入液态潜伏性促进剂,之后进行搅拌混合以及真空脱泡,得到底部填充胶产品。
本申请再一方面提供上述底部填充胶在用于对半导体芯片进行底部填充中的应用。
在一些具体实施方式中,半导体芯片为BGA芯片或CSP芯片。
底部填充胶是利用毛细作用,使胶液迅速流入芯片和基底之间的间隙,对间隙进行填充,经加热后固化,即在芯片和基底间形成填充层。
与现有技术相比,本申请还具有如下特点和有益效果:
本申请底部填充胶兼具优异的常温流动性和导热性,尤其适用于BGA和CSP芯片的底部填充胶。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本申请进行进一步详细说明。
本申请提供的高导热性的底部填充胶,其原料包括:无机填料78~80质量份,环氧树脂11~12质量份;胺类固化剂8.3-9.3质量份;液态潜伏性促进剂,0.4~0.8质量份;其中:无机填料包括氧化铝粉和氮化铝粉,且氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为(5~6):1;环氧树脂选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷。
本申请中,无机填料由氧化铝粉和氮化铝粉复配得到,当氧化铝粉和氮化铝粉的质量比在特定范围时,对胶液体系的导热性有显著提升。具体的,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比可为(5~6):1,(5~5.7):1,(5~5.5):1,(5.5~6):1或(5.5~5.7):1。
作为优选,氧化铝粉和氮化铝粉均选择球形氧化铝粉和球形氮化铝粉,进一步的,球形氧化铝粉和球形氮化铝粉的球形度不低于90。
作为优选,氧化铝粉的D90粒径为63um~68um,氮化铝粉的D50粒径为7um~8um。选择上述粒径的氧化铝粉和氮化铝粉,可进一步改善胶液体系的流动性。
本申请中,环氧树脂选择四官能团环氧树脂,具体的,环氧树脂选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷,其结构式参见下方式(Ⅰ)。该环氧树脂常温黏度低。再通过与特定类型的固化剂,以及按特定质量比复配所得的无机填料配合,可赋予胶液体系优异的常温流动性和导热率。
(Ⅰ)
固化剂用来在一定温度下,在促进剂的催化作用下,与环氧树脂发生交联反应,使胶液体系由液态变为固态。本申请中固化剂选择胺类固化剂,按常规用量添加。胺类固化剂优选二甲硫基甲苯二胺。本申请所用环氧树脂和胺类固化剂均包含苯环结构,两者配合使用,有利于电子传导,从而对导热性有显著改善。
液态潜伏性促进剂主要用作交联反应的催化剂,主要用来调节固化时间,按常规用量添加即可。本申请中液态潜伏性促进剂可选自但不限于改性胺类促进剂,例如日本富士化成7000、7002、7004。
在一些具体实施方式中,本申请高导热性的底部填充胶的原料,还包括炭黑0.2~0.4质量份,炭黑用作颜料。
本申请提供的上述底部填充胶的制备方法,包括:
(1)按质量份取各原料,将除液态潜伏性促进剂外的原料进行搅拌,以使各原料初步混合均匀,得到胶状物;在一些具体实施方式中,将原料加入搅拌杯,并采用离心搅拌机进行搅拌;离心搅拌机的自转和公转转速分别设置为1000r/min和1400 r/min时,搅拌时间60s~120s;
(2)利用三辊筒对胶状物进行分散处理;在一些具体实施方式中,三辊筒的入料间隙为70um~100um,出料间隙为40um~60um;
(3)向分散处理后的胶状物加入液态潜伏性促进剂,之后进行搅拌混合以及真空脱泡,得到底部填充胶产品。在一些具体实施方式中,将分散处理后的胶状物加入搅拌杯,采用离心搅拌机进行搅拌以及真空脱泡;离心搅拌机的自转和公转转速分别设置为200r/min和1400 r/min时,搅拌时间60s~120s。
实施例和对比例中所用原材料具体如下:
氧化铝粉:氧化铝粉1的D90粒径为25微米,氧化铝粉2的D90为65微米;氧化铝粉1和氧化铝粉2均选择球形氧化铝粉;
氮化铝粉:为球形氮化铝粉,D50粒径为7.6微米;
环氧树脂:广州太吉新材料有限公司的my720环氧树脂,其为四缩水甘油胺型环氧树脂,其环氧值7.5Eq/kg-8.5Eq/kg,环氧当量117g/Eq-134g/Eq,50℃粘度3000Pa·s~6000Pa·s;
固化剂:胺类固化剂选择二甲硫基甲苯二胺(DMTDA),CAS号:68479-98-1,25℃粘度300cP;酸酐类固化剂选择4-甲基六氢苯二甲酸酐,本实施例中4-甲基六氢苯二甲酸酐选择MH-700型号产品,CAS号:19438-60-9/85-42-7;厂家濮阳惠成电子材料有限公司。
液态潜伏性促进剂:日本富士化成7002。
炭黑:市购炭黑N330;
对比例和实施例的组分,用量及性能参数分别见表1-2。
实施例和对比例产品的各项性能参数检测方法如下:
一、黏度:
调节粘度计循环冷凝水温度为25℃,将胶液置于粘度计套筒内,套筒安装到粘度计的检测位置,插上测温热电偶,调节粘度计转速为20rpm,4分钟后读取黏度数值,得到胶液的室温黏度。
二、触变系数:
采用前述方法分别测试转速为0.5rpm和5rpm时的室温黏度,转速0.5rpm下的室温黏度与转速5rpm下的室温黏度之比即触变系数。
三、流动性:
取大小10mm×20mm的方形洁净玻片,在距离一端处选大小10mm×10mm的框,框四角用200um厚的膜垫高,25℃下使用气动点胶机将胶液点在一端,毛细作用下胶液流进间隙,分别记录流半满(即胶液覆盖10mm×5mm面积)和全满(胶液覆盖10mm×10mm面积)所用的时间。
四、导热系数:
胶液均匀滴在洁净铝盒模具中,模具底面大小5cm×4cm;将胶液和模具放入烘箱,于165℃下烘烤2小时进行固化。将固化后的胶块切割两半,经打磨表面至平齐,使用热线法导热系数仪测试导热系数。
五、热机械分析仪测试:
胶液均匀滴在大小10cm×1cm×2mm的聚四氟乙烯模具中,于165℃下烘烤2h固化,冷却后取出。截取长宽均约1cm的样块,用砂纸打磨使其厚度一致,随后置于热机械分析仪测试台上,按照预设的升温程序进行测量,读取高低温两个阶段的热膨胀系数以及TMA玻璃化转变温度,其中,低温阶段指低于玻璃化转变温度的温度阶段,高温阶段指高于玻璃化转变温度的温度阶段。
六、动态热机械分析仪测试:
同前述的热机械分析仪测试的制样过程,截取长度约5cm的样条用砂纸打磨,使其厚度和宽度分别一致。随后将样条置于动态热机械分析仪的测试台上,按照预设的升温程序进行测量,读取高低温两个温度点的模量,即高温模量和低温模量,其中,高温模量在245℃~250℃间读取,低温模量在25℃~30℃间读取。
参见表1-4,表1所示为实施例1-3的原料及用量,表2所示为实施例1-3产品的性能参数,表3所示为对比例的原料及用量,表4所示为对比例产品的性能参数。表1和表3中“用量比”指无机填料中氧化铝和氮化铝的质量比。
本申请中环氧树脂单体选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷,其低黏度的特点可赋予胶液良好的常温流动性。该环氧树脂单体和胺类固化剂均包含苯环结构,将胺类固化剂与该环氧树脂单体匹配,有利于电子传导,从而对导热性有显著改善。本申请所用低黏度的环氧树脂,可提供更大的无机填料填充空间,既能确保无机填料均匀分散,又使无机填料粉之间能彼此接触和相互作用,有利于提高导热效率。无机填料优选球形粉末,有助于无机填料与环氧树脂地高密度填充,又可进一步提高胶液的导热性。
表1 实施例1-3的原料及用量
表2 实施例1-3产品的性能参数
表3 对比例的原料及用量
表4 对比例产品的性能参数
结合表1-4来看,相对小粒径的氧化铝粉,大粒径的氧化铝粉可降低胶液的室温黏度,改善胶体的室温流动性。相对采用单一种类的无机填料,由氧化铝和氮化铝按特定质量比复配所得无机填料,对导热性提升有显著促进作用。
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 (10)
1.一种高导热性的底部填充胶,其特征是,其原料包括:
无机填料78~80质量份,环氧树脂11~12质量份;胺类固化剂8.3~9.3质量份;液态潜伏性促进剂0.4~0.8质量份;其中:无机填料包括氧化铝粉和氮化铝粉,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为(5~6):1;环氧树脂选择N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷。
2.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述无机填料中,氧化铝粉和氮化铝粉的质量比为5-5.5。
3.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述氧化铝粉为球形氧化铝粉。
4.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述氮化铝粉为球形氮化铝粉。
5.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述氧化铝粉的D90粒径为63um~68um。
6.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述氮化铝粉的D50粒径为7um~8um。
7.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
所述胺类固化剂为二甲硫基甲苯二胺。
8.如权利要求1所述的高导热性的底部填充胶,其特征是:
还包括炭黑0.2~0.4质量份。
9.权利要求1-8中任一项所述的高导热性的底部填充胶的制备方法,其特征是,包括:
按质量份取各原料,将除液态潜伏性促进剂外的原料进行搅拌,得到胶状物;利用三辊筒对胶状物进行分散处理;向分散处理后的胶状物加入液态潜伏性促进剂,之后进行搅拌混合以及真空脱泡,得到底部填充胶产品。
10.权利要求1-8中任一项所述的底部填充胶在用于对BGA芯片或CSP芯片进行底部填充中的应用。
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