CN117487489A - 一种高拉伸率的底部填充胶，其制备方法及芯片封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高拉伸率的底部填充胶，其制备方法及芯片封装结构，属于底部填充胶封装技术领域，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％‑36％，填充剂52％‑59％，固化剂9％‑18％，促进剂0.3％‑0.5％，炭黑0.1％‑0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂；通过调节四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂之间的配比，来改变环氧树脂的拉伸率和玻璃化转变温度，本发明的底部填充胶同时具有高拉伸率、高玻璃化转变温度和优异的流动性，有效地保证了封装芯片的可靠性及使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于底部填充胶封装技术领域，特别涉及一种高拉伸率的底部填充胶，其制备方法及芯片封装结构。
背景技术
底部填充胶是底部填充用的胶水，其被要求具有快速流动的性能，能够在适用温度条件下很好充满芯片与基底之间的狭小间隙，达到封装保护芯片的效果。而由于芯片在工作时会产生大量的热，致使电子元件温度升高，加之外力作用下易引起电路失控，影响电子产品的使用寿命，这就要求底部填充胶具有较高的玻璃转化温度，确保封装元件的可靠性；底部填充胶在进行高低温循环测试时易开裂影响封装效果，使得底部填充胶需要具有较高的拉伸率和较好的流动性。
因此，如何提供一种高拉伸率的底部填充胶，具有较高的玻璃化转变温度和较好的流动性，以增强对芯片的保护效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高拉伸率的底部填充胶，其制备方法及芯片封装结构，以至少解决上述一种技术问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高拉伸率的底部填充胶，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂。
在第一方面中，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
在第一方面中，所述四官能团环氧树脂包括 中的至少一种。
在第一方面中，所述聚醚改性环氧树脂的结构式为：
在第一方面中，所述填充剂包括二氧化硅。
在第一方面中，所述固化剂包括胺类固化剂；所述胺类固化剂包括4,4-二氨基二苯砜和3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷中的至少一种。
在第一方面中，所述促进剂包括胺类促进剂；所述胺类促进剂包括2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和邻羟基苄基二甲胺中的至少一种。
本发明第二方面提供了一种如第一方面所述的高拉伸率的底部填充胶的制备方法，所述制备方法包括：S1:将各组分按照各自的质量百分比进行搅拌混合，得到第一浆料，所述各组分的质量百分比具体包括：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；S2：将所述第一浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的第二浆料；S3：将所述第二浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶。
在第二方面中，所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
本发明第三方面提供了一种芯片封装结构，包括基底、设置在基底上的芯片，及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间形成间隙，将如第一方面所述的高拉伸率的底部填充胶的胶液设置在所述基底的边缘，使所述底部填充胶的胶液通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；对所述底部填充胶的胶液进行固化，固化温度为165℃，固化时间为2h；固化结束后，得到芯片封装结构。
有益效果：
本发明提供的一种高拉伸率的底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂；四官能团环氧树脂分子结构中含有脂环及多个环氧基团，在固化时可提供更多的交联点，具有较高的反应活性，易形成较高交联密度的三维网络结构，分子链之间的运动受到更强的限制，因而其固化物的耐热性好、机械强度高，玻璃化转变温度高；聚醚改性环氧树脂分子结构中具有较多的亚甲基和醚键等柔性基团，其柔性链段能键合到致密的环氧树脂交联网络中，在固化过程中产生了微观相分离形成了致密相和疏松相间的两相网络结构，提高环氧树脂固化物的韧性，且该结构分子链长，分支结构少，有利于增加材料的拉伸率，本发明通过调节四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂之间的配比，获得了一种高拉伸率、高玻璃化转变温度的底部填充胶，有利于提高对芯片的保护效果。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请一种高拉伸率的底部填充胶的制备方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
本申请提供的一种高拉伸率的底部填充胶，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂。
本发明提供的一种高拉伸率的底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂；四官能团环氧树脂分子结构中含有脂环及多个环氧基团，在固化时可提供更多的交联点，具有较高的反应活性，易形成较高交联密度的三维网络结构，分子链之间的运动受到更强的限制，因而其固化物的耐热性好、机械强度高，玻璃化转变温度高；聚醚改性环氧树脂分子结构中具有较多的亚甲基和醚键等柔性基团，其柔性链段能键合到致密的环氧树脂交联网络中，在固化过程中产生了微观相分离形成了致密相和疏松相间的两相网络结构，提高环氧树脂固化物的韧性，且该结构分子链长，分支结构少，有利于增加材料的拉伸率，本发明通过调节四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂之间的配比，获得了一种高拉伸率、高玻璃化转变温度的底部填充胶，有利于提高对芯片的保护效果。
在一些可能的实施例中，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
在一些可能的实施例中，所述四官能团环氧树脂包括 中的至少一种。
四官能团作为材料基体，可以为底部填充胶提供粘接性能和力学性能。四官能团环氧树脂可以通过市场购买方式获得，例如：日本三菱瓦斯生产的TETRAD-X和TETRAD-C，其中，TETRAD-X的结构式为：TETRAD-C的结构式为：
在一些可能的实施例中，所述聚醚改性环氧树脂的结构式为：
聚醚改性环氧树脂作为材料基体，可以为底部填充胶提供粘接性能和力学性能。聚醚改性环氧树脂可以通过市场购买方式获得，例如：南京悦莱新材料YLSE-2000。
在一些可能的实施例中，所述填充剂包括二氧化硅。
二氧化硅作为无机填充剂，可以降低固化物的热膨胀系数，改变材料模量。
在一些可能的实施例中，所述固化剂包括胺类固化剂；所述胺类固化剂包括4,4-二氨基二苯砜和3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷中的至少一种。
固化剂在一定温度和促进剂的作用下与三官能团环氧树脂反应，固化反应生成立体网状结构的热固性化合物。固化剂可以是胺类固化剂，胺类固化剂可以通过市场购买方式获得，例如：山东新动能化学的4,4-二氨基二苯砜，湖北特斯科化工的3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷，南京悦莱新材料的SH-3710F。
在一些可能的实施例中，所述促进剂包括胺类促进剂；所述胺类促进剂包括2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和邻羟基苄基二甲胺中的至少一种。
促进剂可以加快交联反应速率，减少固化时间，提高生产效率；优选地，促进剂为胺类促进剂。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种如第一方面所述的高拉伸率的底部填充胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1:将各组分按照各自的质量百分比进行搅拌混合，得到第一浆料，所述各组分的质量百分比具体包括：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；其中，搅拌混合的时间为95-185s，自转1150r/min，公转1420r/min；
S2：将所述第一浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的第二浆料；其中，三辊研磨机中的入料间隙为15-45μm，出料间隙为5-20μm；
S3：将所述第二浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶，其中，在离心搅拌机中进行真空脱泡，真空脱泡的时间为60-90s，自转1150r/min，公转1420r/min。
作为另一种可选的实施例，所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
基于一个总的发明构思，本申请还提供了一种芯片封装结构，包括基底、设置在基底上的芯片，及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间形成间隙：
将如第一方面所述的高拉伸率的底部填充胶的胶液设置在所述基底的边缘，使所述底部填充胶的胶液通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；
对所述底部填充胶的胶液进行固化，固化温度为165℃，固化时间为2h；
固化结束后，得到芯片封装结构。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
对比例1-4和实施例1-3中底部填充胶各组分按照质量百分比计如下表1所示：
表1原料组分质量百分比
对实施例1-3和对比例1-4提供的底部填充胶进行储存模量、玻璃化转变温度、热膨胀系数、拉伸率/拉伸强度和流动性测试，具体测试过程如下：
1、储能模量：参考标准：ASTM E2254-2018，取165℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为55mm×10mm×2mm，采用DMA进行测量，测量模式：dual cantilever mode，振动频率：1Hz，振幅：10μm，升温速率：5℃/min；储能模量取25℃-245℃的值。
2、玻璃化转变温度Tg：参考标准：ASTM E2254-2018，取165℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为55mm×10mm×2mm，采用DMA进行测量，测量模式：dual cantilevermode，振动频率：1Hz，振幅：10μm，升温速率：5℃/min。
3、热膨胀系数：参考标准:ASTM E831-2019，取165℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为5mm×5mm×2mm。用TMA(compression mode)测试样品的热膨胀系数。TMA的参数设置：预加载力：0.05N，第一次扫描：室温-220℃(升温速率10℃/min)；第二次扫描：室温-220℃(升温速率10℃/min)，取第二次升温段曲线数据；膨胀系数CTE1/2分别取温度为50℃-90℃和160℃-200℃的值。
4、拉伸率/拉伸强度：采用DMA测量，取165℃，2h固化完全的样品，制备测试样品的尺寸为12mm×3mm×(0.1-0.3)mm，测量模式：DMAControlled Force，力5N/min升至18N。
5、流动性测试方法：将20mm×20mm，厚0.5mm的正方形玻璃片用50um厚的双面胶粘住四个角贴在载玻片上，将其放在90℃的电热板上，预热三分钟，采用细钢针将待测底部填充胶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，底部填充胶会在玻璃片底部延流，记下流到边长一半的时间，以及流满时的时间。
测试结果如下表2所示：
表2测试结果
由上述表格可知：
(1)对比例1中只加TETRAD-C，其脂肪环结构导致链段运动能力较差，增加材料脆性，拉伸率低；四官能团环氧树脂的环氧值高，在固化时可提供更多的交联点，形成致密的三维网络结构，底部填充胶的耐热性好、玻璃化转变温度高；将配置的底部填充胶的胶液沿着正方形玻璃片的一条边横向涂抹，在毛细力作用下，胶液在玻璃片底部延流，当延流至10mm时，用时86s，当延流至20mm时，用时387s，可见，此胶液的流动性较差；
(2)对比例2中只加YLSE-2000，其分子结构中的醚键、亚甲基等增加分子链柔性，底部填充胶拉伸率高，玻璃化转变温度低，流动性也较差；
(3)对比例3-4同时添加了TETRAD-C和YLSE-2000，但环氧树脂的添加量不在指定百分比范围之内，获得的底部填充胶性能一般；
(4)实施例1-3添加TETRAD-C和YLSE-2000，环氧树脂的用量均在最佳范围内，与对比例1-4相比，其具有高拉伸率、高玻璃化转变温度和优异的流动性。
综上所述，原料组分采用本申请指定范围内配置的底部填充胶，在固定范围内调整四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂的配比，以调整底部填充胶的玻璃化转变温度和拉伸率，并且可同步提高底部填充胶的流动性，防止底部填充胶在固化后产生龟裂而不能对芯片进行保护，也即本申请提供了一种高拉伸率、高玻璃化转变温度和流动性优异的底部填充胶，有利于提高对芯片的保护效果。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述底部填充胶按质量百分比计包括以下组分：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
3.根据权利要求2所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述四官能团环氧树脂包括中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述聚醚改性环氧树脂的结构式为：
5.根据权利要求4所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述填充剂包括二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述固化剂包括胺类固化剂；所述胺类固化剂包括4,4-二氨基二苯砜和3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的高拉伸率的底部填充胶，其特征在于，所述促进剂包括胺类促进剂；所述胺类促进剂包括2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和邻羟基苄基二甲胺中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的高拉伸率的底部填充胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1:将各组分按照各自的质量百分比进行搅拌混合，得到第一浆料，所述各组分的质量百分比具体包括：环氧树脂26％-36％，填充剂52％-59％，固化剂9％-18％，促进剂0.3％-0.5％，炭黑0.1％-0.3％；
S2：将所述第一浆料转移至三辊研磨机进行分散处理，得到分散均匀的第二浆料；
S3：将所述第二浆料进行真空脱泡，得到底部填充胶。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂包括四官能团环氧树脂和聚醚改性环氧树脂，所述四官能团树脂环氧树脂的质量百分比为15％-20％，所述聚醚改性环氧树脂的质量百分比为10％-16％，所述炭黑的质量百分比为0.2％-0.3％。
10.一种芯片封装结构，包括基底、设置在基底上的芯片，及设置在基底与芯片之间并与基底及芯片电连接的多个间隔设置的焊接凸点，所述基底和所述芯片之间形成间隙，其特征在于，
将权利要求1-7任意一项所述的高拉伸率的底部填充胶的胶液设置在所述基底的边缘，使所述底部填充胶的胶液通过毛细作用从所述间隙的一端流向所述间隙的另一端，以填充所述间隙；
对所述底部填充胶的胶液进行固化，固化温度为165℃，固化时间为2h；
固化结束后，得到芯片封装结构。
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