CN113471151B - 晶片封装用底部填充材料、倒装晶片封装结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种晶片封装用底部填充材料包括50wt％‑65wt％二氧化硅、18wt％‑26wt％环氧树脂、14wt％‑25wt％固化剂、0.5wt％‑2wt％稀释剂、0.1wt％‑1wt％润湿剂及0.5wt％‑0.8wt％促进剂，所述稀释剂选自腰果酚缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚及苯基缩水甘油醚中的至少一种。所述底部填充材料的稀释剂参与环氧树脂的固化反应，成为环氧树脂固化后的交联网络的一部分，从而对环氧树脂改性。因所述稀释剂具有较强的柔性，在环氧树脂与其反应后，可增强环氧树脂的柔性，从而提高底部填充材料的流动性，使底部填充材料的流速变大。本申请还公开一种倒装晶片封装结构及制备方法。
Description
技术领域
本申请涉及晶片封装技术领域，尤其涉及一种晶片封装用底部填充材料、使用所述晶片封装用底部填充材料的倒装晶片封装结构、及所述倒装晶片封装结构的制备方法。
背景技术
随着电子产业的飞速发展，各种电子产品的体积越来越小，电子器件集成度越来越高，晶片面积不断扩大，与此同时，要求晶片封装尺寸越来越小，晶片与封装基板之间的间隙越来越小，因此对晶片封装的要求也越来越高。
倒装晶片是一种无引脚结构，一般含有电路单元，其原理是在I/Opad上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷板相结合。倒装芯片封装技术与传统的引线键合工艺相比具有许多明显的优点，如消除了对引线键合连接的要求，增加了输入/输出(I/O)的连接密度，封装尺寸较小以及优越的电学热学性能等，因此，该技术已取代常规的打线接合，成为了封装技术的主流。
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。而底部填充材料是晶片封装的关键性材料之一，其主要是填充在晶片与基板之间的焊球节点之间缝隙中，对晶片及焊球节点进行保护，以提高晶片的机械性能、可靠性及寿命。
底部填充材料主要是依靠毛细力的作用流动填充在基板与晶片之间的间隙中的，间隙越小，底部填充材料的毛细力就越小，流动性就越差，不能完全填充基板与晶片之间的间隙。因此，对于大尺寸、小间距(封装基板与晶片之间的间隙小)的晶片封装时，就需使用具有高流动的底部填充材料。然而现有的底部填充材料的流动性还不能满足大尺寸、小间距的晶片封装。
发明内容
本申请提供一种晶片封装用底部填充材料，目的为改善现有的底部填充材料的流动性差不能满足大尺寸、小间距的晶片封装的问题。
本申请实施例是这样实现的，一种晶片封装用底部填充材料，包括50wt％-65wt％的二氧化硅、18wt％-26wt％的环氧树脂、14wt％-25wt％的固化剂、0.5wt％-2wt％的稀释剂、0.1wt％-1wt％的润湿剂及0.5wt％-0.8wt％的促进剂，所述稀释剂选自腰果酚缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚及苯基缩水甘油醚中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述润湿剂选自聚羧酸钠盐水溶液、辛基酚类聚氧乙烯醚及脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述二氧化硅的平均粒径为0.1-1μm。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、二聚酸环氧树脂及双酚F型环氧树脂中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述固化剂选自酚醛类固化剂、胺类固化剂及酸酐类固化剂中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述促进剂选自(1H,3H,5H)-三酮的化合物、2-苯基-4-甲基咪唑及二苯基咪唑中的至少一种。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述底部填充材料还包括0.1wt％-0.2wt％的炭黑。
相应的，本申请实施例还提供一种倒装晶片封装结构，包括基底、设置在基底一表面的晶片、及设置在基底与晶片之间并与基底及晶片电连接的多个间隔设置的焊球节点，所述基底与所述晶片之间填充有上述底部填充材料。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述晶片的尺寸大于20mm×20mm，且所述晶片与所述基底之间的间距小于30μm。
相应的，本申请实施例还提供一种倒装晶片封装结构的制备方法，包括如下步骤：
提供倒装晶片，包括基底、设置在基底一表面的晶片、及设置在所述基底与晶片之间并与基底及晶片电连接的多个间隔设置的焊球节点；
提供上述底部填充材料，并将所述底部填充材料设置在所述倒装晶片的边缘，使所述底部填充材料通过毛细作用流过晶片底部完成填充过程；以及
加热，使填充在基底与晶片之间的底部填充材料固化，得到倒装晶片封装结构。
本申请的晶片封装用底部填充材料通过选用特定的稀释剂腰果酚缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚及苯基缩水甘油醚，使稀释剂参与环氧树脂的固化反应，成为环氧树脂固化后形成的交联网络的一部分，从而对环氧树脂进行改性。因所述活性稀释剂自身具有较强的柔性，在环氧树脂与其反应后，可以增强环氧树脂的柔性，从而提高底部填充材料的流动性，使底部填充材料的流速变大，可适用于大尺寸、小间距的晶片排布结构封装。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例提供一种倒装晶片封装结构的示意图；
图2是本申请实施例提供的倒装晶片封装结构的制备方法流程图。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
本申请实施例提供一种高流动性晶片封装用底部填充材料，主要用于大尺寸的晶片的封装。所述底部填充材料包括50wt％-65wt％的二氧化硅、18wt％-26wt％的环氧树脂、14wt％-25wt％的固化剂、0.5wt％-2wt％的稀释剂、0.1wt％-1wt％的润湿剂、0.1wt％-0.2wt％的炭黑及0.5wt％-0.8wt％的促进剂。
所述二氧化硅的平均粒径为0.1-1μm。所述粒径范围内的二氧化硅可以使得所述底部填充材料良好在间隙低至6μm的芯片与封装基板之间仍具有较高的流动性。此外，所述粒径范围及含量范围的二氧化硅可以保证底部填充材料同时具有较高的流动性进和较低的热膨胀系数。
所述环氧树脂可以选自但不限于双酚A型环氧树脂、二聚酸环氧树脂及双酚F型环氧树脂中的至少一种。
在至少一优选的实施例中，所述双酚A型环氧树脂选自韩国SHIN-A的SE-4125P。所述韩国SHIN-A的SE-4125P具有纯度高、氯杂质少、不含二聚体或三聚体、粘度低且流动性好的特性，可以使得使用其的底部填充材料具有同样优异的性能。
在至少一优选的实施例中，所述二聚酸环氧树脂选自圣泉SQE-171。所述圣泉SQE-171具有柔性好、粘度低且流动性好的特性，可以使得使用其的底部填充材料具有同样优异的性能。
在至少一优选的实施例中，所述双酚F型环氧树脂选自日铁化学8170。所述日铁化学8170具有纯度高、氯杂质少、不含二聚体或三聚体、粘度低且流动性好的特性，可以使得使用其的底部填充材料具有同样优异的性能。
所述固化剂可以选自但不限于酚醛类固化剂、胺类固化剂及酸酐类固化剂中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述酚醛类固化剂选自明和化成MEH-8000H，所述胺类固化剂选自高新DETDA，所述酸酐类固化剂选自日立化成HN-7000A。所述种类的固化剂粘度较低，可以降低底部填充材料的整体粘度，从而有利于提高底部填充材料流动性，还可以有效地降低底部填充材料固化温度。
所述稀释剂选自腰果酚缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚及苯基缩水甘油醚中的至少一种。所述稀释剂均为活性稀释剂，可以参与环氧树脂的固化反应，在所述固化剂的协同作用下可以与所述环氧树脂发生固化反应，成为环氧树脂固化后形成的交联网络的一部分，从而对环氧树脂进行改性。因所述活性稀释剂自身具有较强的柔性，在环氧树脂与其反应后，可以增强环氧树脂的柔性，从而提高底部填充材料的流动性，使底部填充材料的流速变大。
所述润湿剂选自聚羧酸钠盐水溶液、辛基酚类聚氧乙烯醚及脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述聚羧酸钠盐水溶液选自博高BG100，所述辛基酚类聚氧乙烯醚选自陶氏X405，所述脂肪醇聚氧乙烯醚选自三江AEO-9。所述种类的润湿剂对所述二氧化硅的表面具有优良的润湿性，可以有效地增大二氧化硅的表面性能，提高二氧化硅与环氧树脂之间的相容性，并降低底部填充材料的表面张力，使底部填充材料与基底之间的浸润效果增强，宏观表现为底部填充材料的流动性增强。
所述促进剂可以选自但不限于咪唑类促进剂。所述咪唑类促进剂可以选自但不限于(1H,3H,5H)-三酮的化合物、2-苯基-4-甲基咪唑及二苯基咪唑中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述(1H,3H,5H)-三酮的化合物选自日本四国化成2MA-OK，所述2-苯基-4-甲基咪唑选自日本四国化成2P4MZ，所述二苯基咪唑选自日本四国化成2PZ。所述种类的促进剂潜伏性好，可以延长材料的存储期限，可以保证底部填充材料的粘度在低温下也不会升高。
所述(1H,3H,5H)-三酮的化合物2MA-OK的结构式如下：
所述2-苯基-4-甲基咪唑的结构式如下：
所述二苯基咪唑的结构式如下：
本申请的底部填充材料包括50wt％-65wt％的二氧化硅、18wt％-26wt％的环氧树脂、14wt％-25wt％的固化剂、0.5wt％-2wt％的稀释剂、0.1wt％-1wt％的润湿剂、0.1wt％-0.2wt％的炭黑及0.5wt％-0.8wt％的促进剂。在所述组份及所述配比的协同作用下，具有高流动性。
在至少一实施例中，所述底部填充材料的制备方法为：按照一定的配比将二氧化硅、环氧树脂、固化剂、稀释剂、润湿剂、炭黑及促进剂加入搅拌杯中；采用离心搅拌机，得到混合物；将所述混合物加入三辊研磨机中，辊磨，得到分散均匀的底部填充胶，其中，三辊研磨机的三辊筒的入料间隙为30-60μm，出料间隙为10-30μm；使用离心搅拌机对所述分散均匀的底部填充胶进行真空脱泡，得到所述底部填充材料。
请参阅图1，本申请实施例还提供一种使用所述底部填充材料的倒装晶片封装结构100，包括基底10、设置在基底10一表面的晶片20、及设置在基底10与晶片20之间并与基底10及晶片20电连接的多个间隔设置的焊球节点30。所述基底10与所述晶片20之间填充有底部填充物质40，换言之，所述多个间隔设置的焊球节点30之间的间隙中填充有底部填充物质40。所述底部填充物质40由所述底部填充材料固化后形成。
在至少一实施例中，所述晶片20的尺寸大于20mm×20mm，所述晶片20与所述基底10之间的间距小于30μm。
请参阅图2，本申请实施例还提供一种倒装晶片封装结构100的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：提供倒装晶片，包括基底10、设置在基底10一表面的晶片20、及设置在所述基底10与晶片20之间并与基底10及晶片20电连接的多个间隔设置的焊球节点30；
步骤S2：提供所述底部填充材料，并将所述底部填充材料设置在所述倒装晶片的边缘，所述底部填充材料会通过毛细作用快速流过晶片底部完成填充过程；
步骤S3：130℃-180℃下加热，使填充在基底10与晶片20之间的高流动性底部填充材料固化，即得到倒装晶片封装结构100。
所述步骤S1，在至少一是实施例中，所述晶片20的尺寸大于20mm×20mm，所述晶片20与所述基底10之间的间距小于30μm。
所述步骤S2，在至少一实施例中，所述将所述底部填充材料设置在所述倒装晶片的边缘的方法为点涂。可以理解的，在其它实施例中，可以通过其它任意常规使用的方式将所述底部填充材料设置在所述倒装晶片的边缘，在此不做限制。
本申请的底部填充材料的流动性好，因此可以快速将基底10与晶片20之间的间隙完全填充，从而加快倒装晶片封装结构100的制程。
下面通过具体实施例来对本申请进行具体说明，以下实施例仅是本申请的部分实施例，不是对本申请的限定。
实施例1
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例2
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例3
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例4
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例5
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例6
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例7
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例8
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例9
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
实施例10
本实施例的高流动性底部填充材料包括：
对比例1
本对比例的底部填充材料包括：
对比例2
本对比例的底部填充材料包括：
对比例3
本对比例的底部填充材料包括：
对比例4
本对比例的底部填充材料包括：
对比例5
本对比例的底部填充材料包括：
对比例6
本对比例的底部填充材料包括：
对比例7
本对比例的底部填充材料包括：
对比例8
本对比例的底部填充材料包括：
对比例9
本对比例的底部填充材料包括：
对所述实施例1-10的底部填充材料及对比例1-9的底部填充材料进行流动性测试、DMA储能模量测试及TMA膨胀系数测试。流动性测试方法为：将宽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，然后放在温度为90℃的电热板上，预热3min，采用细钢针将待测底部填充材料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材料会在玻璃片底部延流，记录底部填充材料流到玻璃片边长一半(10mm)的时间以及流满(20mm)的时间。储能模量分别取温度为25℃-250℃的值，膨胀系数CTE1/2分别取温度为30℃-50℃和150℃-200℃的值。测试结果参下表一：
表一：
由上表可知，相较于对比例1-9的底部填充材料，实施例1-10的高流动性底部填充材料具有明显较高的高流动性。
以上对本申请实施例所提供的高流动性底部填充材料进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (7)
1.一种晶片封装用底部填充材料，其特征在于：所述晶片封装用底部填充材料用于尺寸大于20mm×20mm的晶片，所述底部填充材料由50wt％-65wt％的二氧化硅、18wt％-26wt％的环氧树脂、14wt％-25wt％的固化剂、0.5wt％-2wt％的稀释剂、0.1wt％-1wt％的润湿剂、0.5wt％-0.8wt％的促进剂及0.1wt％-0.2wt％的炭黑组成，所述稀释剂选自腰果酚缩水甘油醚，所述润湿剂选自博高BG100，所述二氧化硅的平均粒径为0.1-1μm。
2.如权利要求1所述的底部填充材料，其特征在于：所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、二聚酸环氧树脂及双酚F型环氧树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的底部填充材料，其特征在于：所述固化剂选自酚醛类固化剂、胺类固化剂及酸酐类固化剂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的底部填充材料，其特征在于：所述促进剂选自(1H,3H,5H)-三酮的化合物、2-苯基-4-甲基咪唑及二苯基咪唑中的至少一种。
5.一种倒装晶片封装结构，包括基底、设置在基底一表面的晶片、及设置在基底与晶片之间并与基底及晶片电连接的多个间隔设置的焊球节点，所述基底与所述晶片之间填充有底部填充物质，其特征在于：所述晶片的尺寸大于20mm×20mm，所述底部填充物质由权利要求1-4任意一项所述的底部填充材料固化后形成。
6.如权利要求5所述的倒装晶片封装结构，其特征在于：所述晶片与所述基底之间的间距小于30μm。
7.一种倒装晶片封装结构的制备方法，包括如下步骤：
提供倒装晶片，包括基底、设置在基底一表面的晶片、及设置在所述基底与晶片之间并与基底及晶片电连接的多个间隔设置的焊球节点；
提供权利要求1-4任意一项所述的底部填充材料，并将所述底部填充材料设置在所述倒装晶片的边缘，使所述底部填充材料通过毛细作用流过晶片底部完成填充过程；以及
加热，使填充在基底与晶片之间的底部填充材料固化，得到倒装晶片封装结构。
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