TW201910474A - 底部塡充膠組成物及使用其之底部塡充方法與電子組裝元件 - Google Patents

底部塡充膠組成物及使用其之底部塡充方法與電子組裝元件 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種底部填充膠組成物，其包含環氧樹脂、改質胺硬化劑及無機填充劑。本發明之底部填充膠組成物無需額外添加應力釋放劑及增強劑，在硬化後不會產生脆化問題，具有彈性及強韌性，能提高被封裝之電子組件的可靠性。

Description

底部填充膠組成物及使用其之底部填充方法與電子組裝元件
本發明係關於一種底部填充膠組成物，特別係半導體晶片及封裝基板間之底部填充膠組成物。
電子產品日益精細及小型化，使得積體電路也隨之微型化，而如何能有效封裝晶片於微型化的電子組件中，則為現在封裝技術的重要發展之一。晶片封裝時，晶片及基板的熱膨脹係數不同，連接晶片的晶粒會在基板間承受不均勻的應力，形成封裝的成體中間薄及周邊厚的情況，致使封裝晶片於熱循環測試時(即冷熱衝擊轉換下)，周邊的晶粒會發生容易脫落，封裝可靠性降低。為解決此問題，一般會在晶片及基材之間加入底部填充膠，藉由底部填充膠分散及吸收晶片表面所承受的應力，從而達到提高產品可靠性之目的。
底部填充膠通常以具有高流動性、高玻璃轉化溫及低熱膨脹係數的性能為佳。填充填充膠的填充方式包含有毛細流動、非流動型底膠填充、模鑄型底膠填充及晶片級底膠填充等。
在特殊情況下，例如發生封裝晶片測試不合格時，須將晶片從基板上取下時，會需要將底部填充膠移除，重新進行封裝。為了符合此 需求，一般底部填充膠也需要有離形性，在需要被移除時，能夠從晶片及基板之間完整被剝離。
現有的底部填充膠組成物，主要成分為環氧樹脂搭配二氧化矽。然而，環氧樹脂在硬化後的彈性不佳，往往會有過硬並脆化的問題發生，降低了底部填充膠的可靠性，導致封裝後晶片在熱循環測試時，會有底部填充膠沒有微略剝離及不服貼在晶片及基板之間，甚至裂開及分層。為解決此問題，一般會另添加應力釋放劑(stress release agent)或增強劑等輔助劑在環氧樹脂中，但須耗費大量的時間心力試驗材料成本才可找到合適的輔助劑及配方比例進行添加。據此，本發明者研發出一種底部填充膠組成物，其具有改質胺硬化劑，且無需另添加應力釋放劑或增強劑等輔助劑，即可增加硬化後底部填充膠的彈性及強韌性。
是以，本發明提供一種底部填充膠組成物，其包含環氧樹脂、改質胺硬化劑及無機填充劑。
於較佳實施例中，該改質胺硬化劑為二縮水甘油醚及聚氧代丙烯以莫耳比1：1~1：3反應所得。
於較佳實施例中，該聚氧代丙烯二胺具有下式(1)結構： ，n為5~33。
於較佳實施例中，該聚氧代丙烯二胺之分子量為400~2000。
於較佳實施例中，該二縮水甘油醚可選自由雙酚A二縮水甘油醚、雙酚F二縮水甘油醚、雙酚S二縮水甘油醚所構成之群組。
於較佳實施例中，中該二縮水甘油醚為雙酚A二縮水甘油醚。
於較佳實施例中，該環氧樹脂、該改質胺硬化劑及該無機填充劑之質量比為5~15：10~50：40~60。
本發明另提供一種底部填充膠之填充方法，其包含以下步驟：(1)使用一模具固定器固定一晶片及一基板，使該晶片及基板之間形成一填充穴；(2)將該填充穴真空抽氣，並使用如上述之填充膠組成物均勻地佈滿該填充穴，加熱固化後完成填充。
於較佳實施例中，該硬化之條件為溫度140~180℃，時間40~80分鐘。
本發明另提供一種電子組裝元件，其包含一晶片及一基板，該晶片及基板之間有填充如上述之填充膠組成物。
1‧‧‧底部填充膠組成物
3‧‧‧改質胺硬化劑
5‧‧‧二氧化矽
7‧‧‧碳黑
9‧‧‧環氧樹脂
11‧‧‧底部填充膠
13‧‧‧晶片
14‧‧‧填充穴
15‧‧‧晶粒
17‧‧‧基板
圖1為本發明之底部填充膠及其添充方法之示例。
在下文中，將利用具體實施例特別描寫本發明所揭示之內容。然而，本發明所揭示之內容不限制於下列範例。
本發明提供一種底部填充膠組成物，其包含環氧樹脂、改質胺硬化劑及無機填充劑。其中，該環氧樹脂、該改質胺硬化劑及該無機填充劑之質量比為5~15：10~50：40~60。
上述之環氧樹脂可為通用於底部填充膠組成物之環氧樹脂，其包含雙酚A型環氧樹脂、溴化雙酚A型環氧樹脂、氫化雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂、脂環族環氧樹脂、松香改性環 氧樹脂脂、酚醛清漆型環氧樹脂、醚系列或多醚系列環氧樹脂、含環氧乙烷環之聚丁二烯、聚矽氧烷環氧基共聚物樹脂等，其中以雙酚A型環氧樹脂為佳。
上述之無機填充劑可為通用於底部填充膠組成物之無機填充劑，其包含熔融二氧化矽或結晶二氧化矽等二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、鋯石、氮化矽、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂、矽酸鎂、碳酸鈣、碳化矽、鈦酸鉀、鋁、矽酸鎂石、塊滑石、尖晶石、玻璃纖維或富鋁紅柱石等。
上述之改質胺硬化劑為二縮水甘油醚及聚氧代丙烯以莫耳比1：1~1：5反應所得，較佳為1：1~1：3，更佳為1：1~1：2。其中，該聚氧代丙烯具有下式(1)結構： ，n為5~33；實例包含聚醚 二胺D系列(JEFFAMINE D-series)的POA400(n為5~6，分子量400)及POA2000(n為33，分子量2000)。其中，該二縮水甘油醚醚可選自由雙酚A二縮水甘油醚、雙酚F二縮水甘油醚、雙酚S二縮水甘油醚所構成之群，且以雙酚A二縮水甘油醚為佳。
上述之底部填充膠組成物亦可添加碳黑等著色劑、消泡劑、抗氧化劑或其他添加劑等。
本發明之底部填充膠之填充方法，其包含以下步驟：(1)使用一模具固定器固定一晶片及一基板，使該晶片及基板之間形成一填充穴；(2)將該填充穴真空抽氣，並使用如上述之底部填充膠組成物均勻地佈 滿該填充穴，加熱固化後完成填充。其中，該晶片上有晶粒；該硬化之條件為溫度140~180℃，時間40~80分鐘，例如140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃，及40分鐘、45分鐘、50分鐘、55分鐘、60分鐘、65分鐘、70分鐘、75分鐘或80分鐘。
本發明之底部填充膠及其添充方法之實例如圖1所示，該底部填充膠組成物1係包含改質胺硬化劑3、二氧化矽5、碳黑7及環氧樹脂9配製成底部填充膠11；隨後，使用模具固定器將一晶片13及一基板15固定，使該晶片13及基板15之間形成一填充穴14，該晶片13上附有晶粒15；將該填充穴14真空抽氣，並使用如底部填充膠11均勻地佈滿該填充穴14，加熱固化後完成填充。
本發明之電子組裝元件，其包含一晶片及一基板，該晶片及基板之間有填充如上述之底部填充膠。
[具體實施例]
以下實施方式不應視為過度地限制本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本發明之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本發明之範圍。
製備例1. 製備改質胺硬化劑(聚醚二胺POA400-雙酚A二縮水甘油醚(POA400-DGEBA))
將50g雙酚A二縮水甘油醚(DGEBA epoxy，147mmol)及88.2g聚醚二胺POA400(JEFFAMINE D-series POA400，220mmol)置入反應器中，於反應器中在25℃下旋轉混合24小時，得到改質胺硬化劑聚醚二胺POA400-雙酚A二縮水甘油醚(POA400-DGEBA)，該反應之反應式如式(3) 所示。
製備例2. 製備改質胺硬化劑(聚醚二胺POA2000-雙酚A二縮水甘油醚(POA2000-DGEBA))
將50g雙酚A二縮水甘油醚(DGEBA epoxy，147mmol)及392g聚醚二胺POA2000(JEFFAMINE D-series POA2000，196mmol)置入反應器中，於反應器中在25℃下旋轉混合24小時，得到改質胺硬化劑聚醚二胺POA2000-雙酚A二縮水甘油醚(POA2000-DGEBA)，該反應之反應式如式(3)所示。
實施例1. 本發明之底部填充膠組成物1及使用其底部填充
取10g雙酚A環氧樹脂(南亞塑膠，NPEL-128)、40g製備例1之改質胺硬化劑、50g二氧化矽(日本Admatechs，SE2050)及0.1g碳黑(德國Orion，NEROX505)在25℃下均勻混合3分鐘後，即得到底部填充 膠組成物1。隨後，使用模具固定器將晶片及基板固定，使該晶片及基板之間形成填充穴，在25℃於3分鐘內將該填充穴真空抽氣並將該底部填充膠組成物1均勻地佈滿該填充穴後，在165℃加熱固化1小時後即完成填充。
實施例2. 本發明之底部填充膠組成物2及使用其底部填充
取10g雙酚A環氧樹脂(南亞塑膠，NPEL-128)、40g製備例2之改質胺硬化劑、50g二氧化矽(日本Admatechs，SE2050)及0.1g碳黑(德國Orion，NEROX505)在25℃下均勻混合3分鐘，即得到底部填充膠組成物2。隨後，使用模具固定器將晶片及基板固定，使該晶片及基板之間形成填充穴，在25℃於3分鐘內將該填充穴真空抽氣並將該底部填充膠組成物2均勻地佈滿該填充穴後，165℃加熱固化1小時後即完成底部填充。
比較例. 其他底部填充膠組成物及使用其封裝
取50g雙酚A環氧樹脂(南亞塑膠，NPEL-128)、50g二氧化矽(日本Admatechs，SE2050)、5g胺硬化劑(德國Degussa，100S雙氰胺)、5g增強劑(日本大日本油墨化學DIC，H360)及0.1g碳黑(德國Orion，NEROX505)在25℃下均勻混合3分鐘，即得到底部填充膠組成物。隨後，使用模具固定器將晶片及基板固定，使該晶片及基板之間形成填充穴，在25℃於3分鐘內將該填充穴真空抽氣並將該底部填充膠均勻地佈滿該填充穴後，165℃加熱固化1小時後即完成填充。
[熱循環測試]
將實施例1及2以及比較例所完成之底部填充後的晶片及基板，於濕敏等級(Moisture sensitive level,MSL)為3的情況下，進行熱循環TCB1000及TCC200的測試，觀察其等硬化後之底部填充膠組合物的可靠 性，其結果如表1所示：
由表1比較可知，在熱循環測試條件為MSL3及TCC200時，比較例之底部填充膠硬化物會從基板上分離且龜裂，相較之下，實施例1及2使用本發明之底部填充膠組成物，其等硬化物在二種熱循環測試條件下，都能維持原狀，並無沒有從基板上分離。由此可知，以往使用環氧樹脂搭配一般胺硬化劑之底部填充膠，縱使在有另添加增強劑，其強韌性仍不佳，然而，本發明之底部填充膠組成物，使用改質後的胺硬化劑，無須另外添加應力釋放劑及增強劑，在硬化後不會產生脆化問題，具有彈性及強韌性。是以，本發明之底部填充膠組成物具有較高的可靠性，不易變質。

Claims (10)

  1. 一種底部填充膠組成物，其包含環氧樹脂、改質胺硬化劑及無機填充劑。
  2. 如請求項1所述之底部填充膠組成物，其中該改質胺硬化劑為二縮水甘油醚及聚氧代丙烯以莫耳比1：1~1：3反應所得。
  3. 如請求項2所述之底部填充膠組成物，其中該聚氧代丙烯二胺具有下式(1)結構： ，n為5~33。
  4. 如請求項3所述之底部填充膠組成物，其中該聚氧代丙烯二胺之分子量為400~2000。
  5. 如請求項1至4任一項所述之底部填充膠組成物，其中該二縮水甘油醚可選自由雙酚A二縮水甘油醚、雙酚F二縮水甘油醚、雙酚S二縮水甘油醚所構成之群組。
  6. 如請求項5所述之底部填充膠組成物，其中該二縮水甘油醚為雙酚A二縮水甘油醚。
  7. 如請求項1所述之底部填充膠組成物，其中該環氧樹脂、該改質胺硬化劑及該無機填充劑之質量比為5~15：10~50：40~60。
  8. 一種底部填充膠之填充方法，其包含以下步驟：(1)使用一模具固定器固定一晶片及一基板，使該晶片及基板之間形成一填充穴；(2)將該填充穴真空抽氣，並使用如請求項1至7任一項所述之底部填充膠組成物均勻地佈滿該填充穴，加熱固化後完成填充。
  9. 如請求項8所述之底部填充方法，其中該硬化之條件為溫度140~180℃，時間40~80分鐘。
  10. 一種電子組裝元件，其包含一晶片及一基板，該晶片及基板之間有填充如請求項1至7任一項所述之底部填充膠。
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