CN108641645A - 一种半导体密封用封装胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体密封用封装胶及其制备方法。所述半导体密封用封装胶包括以下质量份数的原料：环氧树脂组合物80～150份；固化剂70～170份；消泡剂1～5份；硅烷偶联剂1～5份；无机填料1800～2900份；其中，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～8︰0.5～8组成；所述无机填料由球形二氧化硅和炭黑组成；所述球形二氧化硅的最大粒径为25μm，平均粒径为7～15μm。本发明所述半导体密封用封装胶在常温下具有流动性，粘度小于4×105 cPs（25℃）、Tg为140～180℃、CTEα1为8～15ppm/℃，且Al‑Al剪切强度可达5MPa，适用于更小尺寸的封装、粘接性良好，封装后的材料不易剥离或者缺损。

Description

一种半导体密封用封装胶及其制备方法
技术领域
本发明属于封装胶领域，更具体地，涉及一种半导体密封用封装胶及其制备方法。
背景技术
圆片级扇出型封装（FOWLP，Fan Out Wafer Level Package）是近年来出现的先进半导体封装技术。FOWLP集半导体制造技术、电子封装技术、三维集成技术一身，以形成一个先进的、低成本、大尺度晶圆级集成封装技术。
封测业者指出，FOWLP封装与现有WLP的Fan In有着较大的差异性，其在晶圆的制程中，从半导体裸晶的端点上，拉出所需的电路到重分布层（Redistribution Layer），进而形成封装。由于从顺序上逆向（从后道到前道），决定了在精度、平坦度、表面污染等控制上对该项工艺要求也是一逆向（从低到高），这对该工艺步骤的实施造成较大困难。为解决此难题，人们不得不在该步骤的实施，或该步骤的前部或后部工艺（即芯片的贴片和绝缘层的沉积和图形），甚至芯片贴片在FOWLP工艺制程上的先后顺序、芯片主动面的空间取向（朝上，或朝下）、芯片主动面上焊盘的延展而给出不同的解决方案。这样不仅造成芯片之间介电质填充、包覆工艺实施方法的不一，而且导致了半导体器件 FOWLP 封装结构上的不同；但是在此基础上就不需要封装载板，更不用打线（Wire）以及凸块（Bump），进而得以降低30%的生产成本，以及减少芯片的厚度。
现有的FOWLP解决方案是在芯片贴片的顺序、介电质填充和包覆材料、介电质填充和包覆方法、芯片主动面的空间取向等的搭配上而各异，形成不同的FOWLP技术。但其实质都是在围绕如何解决芯片之间介电质填充、包覆难题。此时就对用于芯片之间介电质填充、包覆的封装胶提出了更高的要求，需要更低的粘度、高Tg和更低的线性膨胀系数，而现有的封装胶难以满足这类封装要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半导体密封用封装胶。本发明通过选择多种环氧树脂，调整各环氧树脂之间的比例以及采用特定的粒径大小的填料，多方面同时改善密封胶的性能，使得所制备得到的封装胶在常温下具有流动性、粘度较小并具有良好的粘结强度，不仅适用于更小尺寸材半导体的封装，而且封装胶的线性膨胀系数较低，封装胶热固后更稳定、封装过程更方便。
本发明的另一目的在于提供上述半导体密封用封装胶的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：
一种半导体密封用封装胶，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 80～150份；
固化剂 70～170份；
消泡剂 1～5份；
硅烷偶联剂 1～5份；
无机填料 1800～2900份；
其中，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～8︰0.5～8组成；所述无机填料由球形二氧化硅和炭黑组成；所述球形二氧化硅的最大粒径为25μm，平均粒径为7～15μm。
上述环氧树脂组合物通过采用特定比例的多种环氧树脂，降低了环氧树脂组合物的粘度，一方面是为了保证封装胶的流动性，另一方面是为了提高封装胶的Tg。同时，通过添加特定平均粒径的二氧化硅，降低了封装胶的粘度和CTEα1，这样有利于保证封装胶处于不同温度时具有较小的形变；而二氧化硅平均粒径选择为7～15μm，这样能够使得二氧化硅微粒之间的间隙处于合适的范围内而有利于环氧树脂组合物的流通并限制其体积变化。即采用上述特定的原料及比例，使得制备的密封胶兼具在常温下的流动性、低粘度和良好的粘结强度。
优选地，所述半导体密封用封装胶，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 90～140份；
固化剂 75～160份；
消泡剂 1～3份；
硅烷偶联剂 1～3份；
无机填料 2000～2900份。
更优选地，所述半导体密封用封装胶，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 90～120份；
固化剂 80～130份；
消泡剂 1～3份；
硅烷偶联剂 1～3份；
无机填料 2000～2300份。
优选地，所述球形二氧化硅的平均粒径为8～12μm。
优选地，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～8︰0.5～8组成；所述无机填料为球形 二氧化硅和炭黑以质量比为1︰0.003～0.03组成。
更优选地，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～3︰0.5～3组成；所述无机填料为球形二氧化硅和炭黑以质量比为1︰0.008～0.02组成。
更优选地，所述无机填料为球形二氧化硅和炭黑以质量比为1︰0.008～0.02组成。
优选地，所述双酚A型液体环氧树脂为低粘度双酚A环氧树脂，如牌号为E44、E51、E128、E828或其他类似环氧树脂。更优选地，所述双酚A型液体环氧树脂为E828。
优选地，所述脂环族环氧树脂为牌号TTA3150、2021p、2081、8010或GT401中的一种或多种组。更优选地，脂环族环氧树脂为TTA3150或2021p中的一种或两种。
优选地，所述多芳环结构环氧树脂为联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂或蒽型环氧树脂中的一种或多种组成。更优选地，脂环族环氧树脂为NC-7300L或HP-4032D中的一种或两种。
优化地，所述固化剂为酸酐固化剂和潜伏型固化剂以质量比为27～40：1组成，这样有利于延长半导体密封用封装胶的储存时间而保证其质量。
优化地，所述酸酐固化剂为甲基六氢苯酐、六氢苯酐、邻苯二甲酸酐、四氢苯酐、甘油三酯（如偏苯三甲酸酐）或桐油酸酐中的一种或多种。更优选地，所述酸酐固化剂为甲基六氢苯酐。
优选地，所述潜伏型固化剂为PN-40、2E4MZ、MY-25、BDMA或DMP-30中的一种或多种。更优选地，所述潜伏型固化剂为2E4MZ或PN-40中的一种或两种。
优选地，所述消泡剂为BYK-019、BYK-A535、BYK-A530、KSZ-66和KS-604中的一种或多种。更优选地，所述消泡剂为BYK-A530。
优选地，所述硅烷偶联剂为KBM-303、KBM-403、KBM-503、KBE-903和KBM-603中的一种或多种。更优选地，所述硅烷偶联剂为KBM-403。
本发明同时还保护所述半导体密封用封装胶的制备方法，主要包括以下步骤：
S1. 按上述配方量将双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂进行融合，得到环氧树脂组合物，冷却备用；
S2. 在温度≤30℃的条件下，向步骤S1中加入上述配方量的固化剂、消泡剂和硅烷偶联剂并混匀，再加入上述配方量的无机填料均匀，冷冻条件下存放即得所述半导体密封用封装胶。
本发明的具有以下优点和有益效果：
本发明所述半导体密封用封装胶，通过采用特定的环氧树脂组合物、固化剂以及无机填料，并通过控制各原料的用量比例，多方面同时改善半导体密封用封装胶的性能；本发明制备的半导体密封用封装胶在常温下具有流动性，粘度小于1.8×105 cPs（25℃），可适用于更小尺寸的封装以及封装过程更方便；Tg为140～180℃，CTE（线性热膨胀系数）α1值（<Tg）为8～15ppm/℃，CTEα2值（>Tg）为30～50ppm/℃，并具有良好的粘结强度，Al-Al剪切强度可达5MPa，使得半导体材料间粘接的更牢固、更稳定。
具体实施例
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
1、一种半导体密封用封装胶，由以下重量份数的原料组成：
环氧树脂组合物80份，由双酚A型液体环氧树脂E828 20份，脂环族环氧树脂TTA-315020份，多芳香环树脂NC-7300L 40份混合组成；
固化剂70份，由酸酐固化剂甲基六氢苯酐67.5份，潜伏型固化剂2E4MZ 2.5份组成；
消泡剂1份，选用BKY-A530；
硅烷偶联剂5份，选用KBM-403；
无机填料1800份，由二氧化硅1794.6份和炭黑4A 5.4份组成；其中，二氧化硅的粒径为5～20μm，其平均粒径为8μm。
2、将上述原料按照以下方法进行制备：
（a）将上述20份E828、20份TTA-3150和40份C-7300L溶解并混合均匀，得到环氧树脂组合物；
（b）在温度≤30℃的条件下，向步骤（a）中的环氧树脂组合物中加入67.5份甲基六氢苯酐和2.5份2E4MZ、1份BKY-A530和5份KBM-403，并搅拌混匀；然后再加入1794.6份二氧化硅和5.4份炭黑4A，搅拌混匀；最后将上述混合物进行真空装填，置于冰冻条件下存放即可得到所述半导体密封用封装胶。
实施例2～实施例8
实施例2～8提供的半导体密封用封装胶的配方如下表1，制备方法同实施例1。
表1实施例2～8提供的半导体密封用封装胶的配方（g）
对比例1～7
对比例1～7提供的半导体密封用封装胶的配方如下表2，制备方法同实施例1。
表2 对比例1～7提供的半导体密封用封装胶的配方（g）
性能测试
（1）粘度
采用BROOKFIELD公司的DV-E型粘度计，使用针型转子在25℃下进行测试。粘度表征半导体密封胶的流动性能，粘度越小，密封胶的流动性能越好，可适用于小尺寸半导体材料的封装。
（2）Tg和线性膨胀系数
在120℃、10分钟前固化+150℃、60分钟的后固化而制得固化物。以TMA法测定所得到的固化物的玻璃化转变温度和线性膨胀系数。在升温速度为3℃/分钟测定条件下所测定的值。其中Tg表征半导体密封胶使用后的稳定性，Tg越大，表示半导体密封胶使用后稳定性能越好，越能耐受高温条件。线性膨胀系数（GTE α1和GTE α2）表征半导体密封胶的温度每改变1℃时，其长度的变化和它在0℃时长度之比。
（3）Al-Al的剪切强度
根据《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法 GB 7124-86》进行测试。Al-Al的剪切强度表征半导体密封胶使用后的粘接性能，Al-Al的剪切强度越大，表示半导体密封胶使用后的粘接性越好，封装的材料不容易剥离或者缺损。
检测实施例1～8和对比例1～8中制备的半导体密封用封装胶的性能，测试结果见表3。
表3 实施例1～8和对比例1～7的半导体密封用封装胶的性能参数
从表3中可知，实施例1～8制备的半导体密封用封装胶的粘度较低，均小于1.8×105cPs，其中实施例5和6制备的半导体密封用封装胶的粘度最低，为1.4×105 cPs，表明其具有很好的流动性能；另外，线性膨胀系数CTEα1为8～15ppm/℃，其中实施例5制备的半导体密封用封装胶的CTEα1最优，为8 ppm/℃；且Al-Al剪切强度均可达5MPa以上，表明本发明所述半导体密封用封装胶具有良好的粘结强度。
而对比例1～3中所用的环氧树脂中粘度较高的双酚A环氧树脂使用量较多，且各环氧树脂的比例不在本发明范围内，特别是对比例3仅用了双酚A环氧树脂，导致制备的半导体密封用封装胶粘度较高，流动性低，Al-Al剪切强度不高，粘结力弱，影响封装后的信赖性测试；对比例4中环氧树脂的用量太少，导致半导体密封用封装胶的粘接力不够；对比例5中环氧树脂的用量过多时，导致半导体密封用封装胶的粘度过高，流动性降低，线性膨胀系数过大；对比例6中因采用的二氧化硅的平均粒径过小，虽然对封装胶的粘度影响不大，但是其Al-Al的剪切强度较小；对比例7因采用的二氧化硅的平均粒径过大而导致半导体密封用封装胶的粘度过小，影响封装胶的粘度效果。
可见，为保证半导体密封用封装胶在各方面性能均具有很好的表现，需要同时保证所用环氧树脂的种类和用量比例、固化剂的种类和用量比例以及无机填料的种类的用量比例均在本发明所述范围内。当某一原料种类不同或用量比例不在本发明所述范围内，则易导致半导体密封用封装胶的某一性能或多种性能的降低，无法满足半导体密封用封装胶在实际生产应用过程中的要求。

Claims (10)

1.一种半导体密封用封装胶，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 80～150份；
固化剂 70～170份；
消泡剂 1～5份；
硅烷偶联剂 1～5份；
无机填料 1800～2900份；
其中，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～8︰0.5～8组成；所述无机填料由球形二氧化硅和炭黑组成；所述球形二氧化硅的最大粒径为25μm，平均粒径为7～15μm。
2.根据权利要求1所述半导体密封用封装胶，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 90～140份；
固化剂 75～160份；
消泡剂 1～3份；
硅烷偶联剂 1～3份；
无机填料 2000～2900份。
3.根据权利要求2所述半导体密封用封装胶，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
环氧树脂组合物 90～120份；
固化剂 80～130份；
消泡剂 1～3份；
硅烷偶联剂 1～3份；
无机填料 2000～2300份。
4.根据权利要求1所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述球形二氧化硅的平均粒径为8～12μm。
5.根据权利要求1所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～5︰0.5～5组成；所述无机填料为球形二氧化硅和炭黑以质量比为1︰0.003～0.03组成。
6.根据权利要求5所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述环氧树脂组合物由双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂以质量比为1︰0.5～3︰0.5～3组成；所述无机填料为球形二氧化硅和炭黑以质量比为1︰0.003～0.02组成。
7.根据权利要求1～6任一所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述双酚A型液体环氧树脂为E44、E51、E128或E828；所述脂环族环氧树脂为TTA3150、2021p、2081、8010或GT401中的一种或多种组成；所述多芳环结构环氧树脂为联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂或蒽型环氧树脂中的一种或多种组成。
8.根据权利要求1～6任一所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述固化剂为酸酐固化剂和潜伏型固化剂以质量比为27～40：1组成。
9.根据权利要求8所述半导体密封用封装胶，其特征在于，所述酸酐固化剂为甲基六氢苯酐、六氢苯酐、邻苯二甲酸酐、四氢苯酐、甘油三酯（如偏苯三甲酸酐）或桐油酸酐中的一种或多种；所述潜伏型固化剂为PN-40、2E4MZ、MY-25、BDMA或DMP-30中的一种或多种。
10.权利要求1～6任一所述半导体密封用封装胶的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1.将双酚A型液体环氧树脂、脂环族环氧树脂和多芳环结构环氧树脂进行融合，得到环氧树脂组合物，冷却备用；
S2. 在温度≤30℃的条件下，向步骤S1中加入所选配方量的固化剂、消泡剂和硅烷偶联剂并混匀，再加入配方量的无机填料混匀，冷冻条件下存放即得所述半导体密封用封装胶。
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