CN110172230A - 用于制造半导体元件的托盘的复合材料 - Google Patents

Abstract

提供一种用于制造半导体元件的托盘的复合材料，所述复合材料包括液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维。该复合材料适于半导体组装过程，能够降低制造托盘的成本、同时保证托盘具有较好的机械和热特性，适于制造半导体元件的托盘。

Description

用于制造半导体元件的托盘的复合材料

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及半导体元件的托盘。

背景技术

在半导体组装过程中，通常通过回流焊将各种半导体元件焊接到线路板上。在回流焊过程中，用于盛放半导体元件的托盘与半导体元件一同进入回流焊设备，在回流焊设备中经受高达270℃的高温。这就需要托盘的材料具有足够的热阻参数能够承受回流焊设备中的高温。

当前，采用例如商业可获得的LCP S135的液晶聚合物制造托盘来满足托盘的耐高温需求。由于此类液晶聚合物的价格昂贵，由此制造的托盘成本较高。另外，这样制造的托盘容易破损，例如开裂，这需要停机再装，因此导致停机时间增加，影响组装的产量。

发明内容

期望提供一种用于制造半导体元件的托盘的复合材料，其适用于半导体组装过程，能够降低制造托盘的成本、同时保证托盘具有较好的机械和热特性。

根据一个实施例，提供一种用于制造半导体元件的托盘的复合材料，所述复合材料包括液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维。

根据另一个实施例，提供一种由根据本发明的各个实施例的复合材料制造的半导体元件的托盘。

根据本发明的各个实施例，在通常用于制造半导体元件托盘的液晶聚合物中加入玻璃纤维和碳纤维两者。通过在制造半导体元件托盘的液晶聚合物中加入玻璃纤维和碳纤维两者，形成了一种适合于半导体组装应用的托盘材料，这种材料在保证其耐高温特性和机械特性的同时，能够满足半导体领域中的静电需求，适合于半导体领域的应用，并且，由于玻璃纤维和碳纤维的成本低于液晶聚合物，降低了制造托盘的成本。

附图说明

在附图中，实施例仅通过示例的方式而不是限制的方式进行说明，在附图中相似的附图标记指代相似的元件。

图1示出了对现有的液晶聚合物所制成的托盘和根据本发明的一个实施例的复合材料A所制成的托盘进行的对比实验的结果。

参照上述附图来描述本发明各个实施例的各个方面和特征。上述附图仅仅是示意性的，而非限制性的。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。本发明的实施例包括但不限于下面的实施例。在下面的说明中，阐述了若干具体的细节。然而，如本文所描述的实施例可以在没有某些具体细节的情况下实现。

根据本发明的各个实施例提供一种用于制造半导体元件的托盘的复合材料，该复合材料包括液晶聚合物、玻璃纤维和碳纤维，其通过将碳纤维和玻璃纤维加入现有的用于制造半导体元件托盘的液晶聚合物来获得。

液晶聚合物(LCP)是基于对羟基苯甲酸及相关单体的一类部分结晶芳香族聚酯，其基本结构是一种全芳香族聚酯。液晶聚合物具有自增强效果、阻燃特性、耐热性优良、成型收缩率小，因此，通常能够被用于制造半导体元件的托盘，从而满足在回流焊过程中托盘的热特性(尤其是耐高温需求)和机械特性。例如，能够采用商业上可获得的LCP S135来制造托盘，但是这种材料相对昂贵，并且易破损。本发明的各个实施例对上述现有的液晶聚合物没有特别限制，优选是芳香族聚酯或芳香族聚酯酰胺。除了商业上可获得的LCP S135之外，还可以预期采用商业上可获得的其他类型液晶聚合物，例如商业上可获得的LCP A130。相对于LCP S135，LCP A130更加便宜。

玻璃纤维是一种包含许多非常细的纤维状玻璃的材料，其具有耐高温、机械强度高的特性，在现有的液晶聚合物中加入玻璃纤维能够保证托盘的耐高温特性和机械强度。再者，玻璃纤维是一种非常便宜的材料，能够降低整个托盘的成本。但是玻璃纤维还具有高绝缘性，这使得静电荷长时间保留在材料内。静电会增加在半导体元件组装过程中电子元件损坏的机会，导致组装的停机时间增加。因此，加入玻璃纤维可能劣化托盘材料的静电特性。

碳纤维是一种含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，其耐高温特性尤其突出。另外其机械强度和刚性均优于玻璃纤维，但是价格较高，会增加托盘的成本。除了玻璃纤维，还在托盘材料中加入适量碳纤维。由于碳纤维具有耐高温、耐磨、导电等特性，一方面，加入适量碳纤维能够进一步增强托盘的耐高温特性和机械特性，满足回流焊的需求；另一方面，加入适量碳纤维能够降低在组装过程中托盘中产生的静电，使得由此制造的托盘满足半导体元件的静电需求，这在半导体元件组装的应用中尤其重要。

在液晶聚合物中加入玻璃纤维和碳纤维两者，不仅考虑了托盘材料的热和机械特性方面的需求，还考虑了托盘材料的成本和静电需求，尤其适合于制造用于半导体组装过程的半导体元件的托盘。

在具体的应用中，考虑到应用场景的需要，能够在液晶聚合物中加入不同量的玻璃纤维和碳纤维，以在热特性、机械特性、静电特性、和成本之间折中，适应特定的应用场景。例如针对不同类型的液晶聚合物，考虑到液晶聚合物本身的特性，能够调整加入的玻璃纤维和碳纤维的量。

在一个实施例中，考虑到碳纤维含量过高会对制造托盘的注塑过程产生不利的影响，碳纤维重量白分比不应超过20％，优选地，玻璃纤维和碳纤维总体的重量百分比不超过20％。例如，采用20重量份的玻璃纤维和碳纤维和80重量份的液晶聚合物进行组合得到用于制造托盘的复合材料。

在进一步的实施例中，考虑到托盘的静电需求，碳纤维的重量百分比应不小于5％。因此考虑成本、静电特性和制造托盘的注塑过程，碳纤维的重量百分比优选在5％-15％之间。更优选地，碳纤维的重量百分比在10％-15％之间。相应地，玻璃纤维的重量百分比在5％-10％之间。

在本发明的各个实施例中，不对碳纤维和玻璃纤维的直径和长度做限制。通常使用纤维直径在5微米-15微米之间、纤维长度在50微米-700微米之间的玻璃纤维，纤维直径在5微米-8微米之间、纤维长度在10-500微米之间的碳纤维。优选地，采用纤维直径较小的碳纤维和玻璃纤维，这是因为直径较小的纤维流动性高，在生成复合材料过程中便于处理。因此，优选地，预期碳纤维和玻璃纤维的直径均小于8微米。

在一个具体的实施例中，使用纤维直径为7微米、长度为48微米、重量百分比为15％的碳纤维；纤维直径为9微米、长度为150微米、重量百分比为5％的玻璃纤维加入现有的液晶聚合物。

下表示出了根据该实施例获得的用于制造托盘的复合材料A与当前使用的液晶聚合物S135的热和机械特性的对比。其中，所有强度和模量参数的单位都是Mpa。

由上表不难看出，根据本发明的该实施例的复合材料A具有更好的抗张强度/模量和挠曲模量/强度，因此具有更好的机械特性；该复合材料A还具有更好的热变形温度和熔点，因此具有更好的热特性。另外，其表面电阻率在10^{^5}～10^{^9}之间，在10^{^4}～10^{^12}的范围内，满足制造半导体元件托盘的静电需求。

在一个实施例中，上述根据各个实施例的复合材料能够被用于制造半导体元件的托盘。这样得到的托盘不仅具有符合回流焊要求的高机械特性、耐热性，还满足半导体组装过程中的静电需求，易于注塑。

图1示出了对使用现有的液晶聚合物制成的托盘T1和使用上述实施例的复合材料A制成的托盘T2进行的对比实验的结果。模拟托盘在回流焊过程中实际经受的高温，对本发明的该实施例的托盘和现有的液晶聚合物托盘进行烘烤实验。这两种托盘分别在270℃下被烘烤5个周期，每个周期持续10分钟，以模拟真实的回流焊场景，这样进行多次实验、持续对两种托盘分别烘烤一共长达21个小时。在每次烘烤实验之前和之后收集表示各个托盘的翘曲的数据，例如平直度相关数据。

图1中最左侧部分示出了在没有进行烘烤之前的两种托盘的翘曲，中间部分示出了在进行了5个周期的烘烤之后两种托盘的翘曲，最右侧示出了在进行了总共21个小时的烘烤之后两种托盘的翘曲。其中，纵坐标是表示翘曲的数据，单位是微米。

从图1可见，在进行了5个周期的烘烤之后，由根据本发明的实施例的复合材料A制成的托盘的翘曲显著低于现有托盘(近50％)，即使在21个小时的烘烤实验之后，根据本发明的实施例的托盘也还保持了与现有技术托盘相似的翘曲。由此可见，根据本发明的实施例的复合材料所制成的托盘与现有托盘相比，具有相同甚至更好的特性。

虽然参照上述具体实施例描述了该复合材料以及由该复合材料制造的半导体元件托盘，本领域技术人员能够设想根据所采用的液晶聚合物的特性，调整碳纤维和玻璃纤维的分量、以及直径和长度，以适应特定的半导体元件托盘的需要。

Claims (8)

1.一种用于制造半导体元件的托盘的复合材料，所述复合材料包括液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述碳纤维的重量百分比不超过20％。

3.根据权利要求2所述的复合材料，其中，所述碳纤维和所述玻璃纤维的总体重量百分比不超过20％。

4.根据权利要求2或3所述的复合材料，其中，所述碳纤维的重量百分比在5％-15％之间。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其中，所述玻璃纤维的重量百分比在5％-10％之间。

6.根据权利要求3所述的复合材料，其中，所述碳纤维的重量百分比是15％，并且所述玻璃纤维的重量百分比是5％。

7.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述碳纤维的纤维直径和长度分别是7微米和48微米，所述玻璃纤维的纤维直径和长度分别是9微米和150微米。

8.一种半导体元件的托盘，其由根据权利要求1-7中任一项所述的复合材料制造。