專利名稱：一種低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠的制作方法
技術領域：
本發明涉及芯片封裝的底部填充膠，尤其涉及一種主要用于半導體設備的高集成 化、倒裝芯片半導體裝置的微小間隙，能在短時間內封裝，對于封裝可靠性和高流動性的需 要增強的低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠。
背景技術：
隨著IC芯片的高集積化和高密度化，以及IC組件的小型化發展，倒裝芯片安裝方 式的應用越來越廣泛。這種安裝方式，不是通過焊線來連接的，而是通過又小又薄的焊料凸 點連接IC芯片和印刷配線基板的。但是由于芯片、印刷配線基板、焊料的熱膨脹系數不同， 在冷熱沖擊試驗的時候容易發生熱應力。特別是在離芯片中央較遠的焊料凸點的局部熱應 力容易集中，這時錫球容易發生裂紋，且回路的性能信賴性大大降低。因此，為了緩和熱應 力，通過液態熱固性樹脂組成物而形成了底部填充膠，它能夠起到保護芯片回路面和錫球 的作用。具體的方法是，在芯片和印刷配線基本之間的間隙(間距30-150um)中注入熱固 化性樹脂組成物，固化密封之后形成底部填充膠。底部填充膠在常溫下未固化前是種單組 份液態的封裝材料，成分主要是環氧樹脂并通常會添加二氧化硅來增加其強度。底部填充 膠的主要功能之一是將整個晶粒與基板粘附在一起，或至少沿著整個晶粒邊緣，以降低實 際上施加于接點的熱應力，將整個晶粒與基板粘附在一起，其整體復合系統的線膨脹系數 將介于晶粒與基板的線膨脹系數之間，因此可靠性得以提升。底部填充膠是否有效，與晶粒 及基板的線膨脹系數差距有關，這種底部填充膠就是前面所述的能夠吸收和緩和錫球的熱 應力，它物理化學特性是(1)底部填充膠的熱膨脹系數降低后，隨之調合錫球的熱膨脹系數。(2)底部填充膠或是底部填充配線基板表面的密封性良好時又必要的。形成底部填充膠的熱固性樹脂組成物滿足了這些條件的，對于外部的溫度變化， 間隙中的底部填充膠就能夠和焊料一樣膨脹收縮，并且強固各個界面的結合，分散組件的 熱應力，從而保持連接信賴性。隨著今年倒裝芯片安裝方式的快速普及，對信賴性更高的底部填充膠的需求更 大。也就是說，隨著底部填充膠的熱膨脹系數的進一步降低，對于底部填充膠-芯片或是底 部填充膠配線基板界面的粘結性就要求更高。為了降低線膨脹系數，就要加大增韌劑和無機填料的填充量。但是提高底部填充 膠的增韌劑和無機填料的填充量，會使得體系的粘度上升，并損害其流動性能，不能滿足倒 裝芯片安裝所需密封材料低粘度、高流動性的要求。而且，提高增韌劑的填充量，底部填充 膠的耐沖擊性能也會降低，從而較難維持底部填充膠和芯片以及運輸時和基板等的粘結 性。因此，必須找到一種既不增加填充材料的填充量又能降低底部填充材料熱膨脹系數的 方法。

發明內容
本發明為了解決的現有填充膠低粘度與低線膨脹系數綜合性能不夠理想的技術 問題，提供一種低粘度、低線膨脹系數、高粘結能力、高可靠性的倒裝芯片安裝用的底部填 充膠。為解決上述技術問題，本發明提出的低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠，由下列 重量百分含量的原料配置而成雙酚型環氧樹脂-0 28. 6%、有機硅改性環氧樹脂-0 28. 6%、增韌劑-0. 57 15. 4%、脂環族環氧樹脂-16. 3 84. 2%、潛伏性固化劑-0. 57 15. 4%、促進劑-0. 55 5. 56%、表面活性劑-0. 55 5. 56%、偶聯劑-0. 57 27%、無機 填料-7. 4 66. 7%、顏料-0 7. 9%。
所述底部填充膠中的有機硅改性環氧樹脂的制備方法的步驟如下以100克硅膠系環氧樹脂和27克的雙酚F型環氧樹脂作為溶劑，再添加1克的1， 8- 二氮雜二環5. 4. 0十一碳-7-烯，在氮氣流下以180攝氏度條件下，反應3個小時合成制得。本發明提供的底部填充膠主要用作為倒裝芯片(Flip chip)電路的封裝材料，它 是將液體樹脂填充在IC芯片與有機基板之間的狹縫中，并且將連接焊點密封保護起來。降 低硅芯片和有機基板之間的熱膨脹系數(CTE)的不匹配；保護器件免受濕氣、離子污染物、 輻射和諸如機械拉伸、剪切、扭曲、振動等有害的操作環境的影響；增強Flip chip封裝的
可靠性。由于采用了上述組分配比，本發明具有以下優點①儲存期穩定，在40°C時貯存1 個月后，粘度變化率為20%，室溫下的貯存期為3個月，在2-10°C下的貯存期為6個月；② 粘度低，流動性好，粘度為1000-2000厘泊；③線膨脹系數低，20-40ppm/°C ；④固化速度快， 130度5分鐘固化⑤剪切強度為15MPa。
具體實施例方式本發明提出低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠，可以由下列重量百分含量的 原料配置而成雙酚型環氧樹脂-0 28.6%、有機硅改性環氧樹脂-0 28.6%、增韌 劑-0. 57 15. 4%、脂環族環氧樹脂-16. 3 84. 2%,潛伏性固化劑-0. 57 15. 4 %、促進劑-0. 55 5. 56%、表面活性劑-0. 55 5. 56%、偶聯劑-0. 57 27%、無機填料-7. 4 66. 7%、顏料-0 7. 9%。其中，雙酚型環氧樹脂可選用雙酚A型環氧樹脂，如殼牌公司的828環氧樹脂，陶 氏公司的331環氧樹脂；也可以選用雙酚F型環氧樹脂，如殼牌公司的862環氧樹脂，環 氧值為0.45-0。8，其分子量為1000到5000。為了達到低粘度的要求，選擇的粘度范圈為 3000-8000厘泊，以滿足在狹小的IC和基板的間隙中能夠保持良好的流動性。有機硅改性環氧樹脂可以由以IOOg硅膠系環氧樹脂(SL9906、東芝硅膠社制)和 27g雙酚F型環氧樹脂(羥基當量100)作為溶劑，再添加lgl，8-二氮雜二環(5. 4. 0)十一 碳-7-烯，在氮氣流下以攝氏溫度180度條件，反應3個小時而合成制得。增韌劑可以選用丁二烯·丙烯腈橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯· 丁二烯橡膠等彈性體 材料。即可以從中任選一種材料，也可以選用兩種或兩種以上的材料混合使用。增韌劑的 配合量在0. 57-15. 4%之間較為合適。如果用量較低，線膨脹系數則會增大，用量較高，機械強度則會降低。脂環族環氧樹脂為4221脂環族環氧樹脂，其粘度范圍為300-1000厘泊，環氧當量 為 130g/eqo潛伏性固化劑可選用潛伏性固化劑，也可以選擇芳香族胺系固化劑或是酸酐系固 化劑等。芳香族胺系固化劑具體是指，二乙基甲苯二胺、二甲基硫甲苯二胺、二甲基甲苯二 胺等。芳香族胺系固化劑或是酸酐系固化劑低粘度下活化期長，固化物的機械特性、電氣特 性、耐熱特性、耐藥品特性優良。促進劑可選用含咪唑結構的化合物，胺類化合物，重氮雙環烯烴類等。這些固化促 進劑可以一種單獨使用，也可以選用兩種或兩種以上混合使用。配合量可適時調整，但最好 是總量的0. 55-5. 56%重量。 表面活性劑可選用3-氨丙基乙基二甲氧基硅烷、2-3，4-環氧環乙基乙基三乙氧 基硅烷、對苯乙烯三甲氧基硅烷、3-異氰酸酯丙酯三乙氧基硅烷等。表面處理劑是用來進行 無機填料表面處理的，比如通過在無機氧化物的表面噴霧等，然后進行涂布和加熱處理。這 時對無機氧化物表面處理的程度進行適當調整。偶聯劑可以選用選擇3-縮水甘油丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油丙基甲基二甲 氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、N-b-N-乙烯基芐基氨乙基-r-氨丙基甲氧基硅烷·鹽酸鹽、 氨基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧酰硅烷、r-巰基丙基三甲氧基硅烷、r-氯丙基 三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、十八烷基二甲基3-三甲氧基丙基氯化銨、甲基三氯硅烷、 二甲基二氯硅烷等。用硅烷偶聯劑進行表面處理的時候，是為了提高無機填料和環氧樹脂 的親和性，提高無機填料的分散性和耐濕耐熱性，以及樹脂的流動性。無無機填料包括滑石粉、燒結粘土、未燒結粘土、云母、玻璃硅酸鹽、氧化鈦、氧化 鋁、球狀硅微粉、熔融硅微粉、結晶硅微粉、碳酸鈣、碳酸鎂、水滑石等碳酸鹽、氫氧化鋁、氫 氧化鎂、氫氧化鈣等氫氧化物、硫酸鋇、硫酸鈣、亞硫酸鈣等硫酸鹽或是亞硫酸鹽、硼酸鋅、 偏硼酸鋇、硼酸鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化硅等氮化物。這些材料可單獨使用也可多種混合使 用。其中低粘度化低線膨脹系數的球狀石英能有效降低體系的粘度及線膨脹系數。底部填充膠的流動性非常依賴于填料的粒徑分布。一般分布越大，粒徑越大的填 料，組成物的粘度較低流動性也好。但是為了低粘度化而使用大粒徑的填料，固化時粒徑大 的填料就會沉淀，間隙中的線膨脹系數變得不均勻，影響到連接信賴性。且對于基材和芯片 間的間隙需要底部填充膠具有非常好的流動性，所以填料的粒徑要比間隙小才適合，最大 粒徑在間隙的50%以下較佳。相反，粒徑過小的話，比表面積會增大，線膨脹系數就越小，但 會造成高粘度從而影響流動性。所以無機填料平均粒徑在0. 5-1. 5um,且最大粒徑在50um 以下的填料時最佳選擇。從接續信賴性和流動性來看，平均粒徑2-lOum，最大粒徑在25um 以下的粒度分布，是填料的最佳選擇。無機填料的含量占到7. 4-66. 67%較好，若含量較少，線膨脹系數會變大，冷熱試 驗時容易發生裂縫；含量較高，粘度會增高，會降低流動性。無機填料含量的選擇使得底部 填充膠的線膨脹系數保持在20-40ppm/°C。顏料可選用無機顏料炭黑。下面結合具體實施倒對本發明做進一步說明。根據本發明的配方，按重量百分含 量配置下列不同比例的制備織本發明底部填充膠的原料
實施例1雙酚型F環氧樹脂0%、有機硅改性環氧樹脂0%、低粘度丁二烯橡膠0. 57%, 脂環族環氧樹脂84. 2 %、二乙基甲苯二胺0. 57 %、PN-23胺類化合物促進劑0. 55 %、 3_氨丙基乙基二甲氧基硅烷0. 55%、3_縮水甘油丙基三甲氧基硅烷0. 57%、粒徑為5um 的球形硅微粉12.9%、炭黑0. 09%。實施例2雙酚型F環氧樹脂28.6%、有機硅改性環氧樹脂28. 6 %、低粘度丁二烯橡膠 2%、脂環族環氧樹脂16. 3%、酸酐固化劑2%、PN-23胺類化合物促進劑1. 5%,3-氨丙 基乙基二甲氧基硅烷1. 25%、3_縮水甘油丙基三甲氧基硅烷1. 25%、粒徑為5um的球形 硅微粉18%、炭黑0. 5%。
實施例3雙酚型F環氧樹脂10. 3%、有機硅改性環氧樹脂10. 3%、低粘度丁二烯橡膠 15. 4%、脂環族環氧樹脂20%、酸酐固化劑15.4%、HX3722胺類化合物促進劑5. 56%、 3_氨丙基乙基二甲氧基硅烷5. 56%、3_縮水甘油丙基三甲氧基硅烷0. 68%、粒徑為5um 的球形硅微粉16%、炭黑0.8%。實施例4雙酚型F環氧樹脂2%、有機硅改性環氧樹脂6. 3%、低粘度丁二烯橡膠8%、 脂環族環氧樹脂40. 5%、酸酐固化劑8%、PN-23胺類化合物促進劑0. 8%、對苯乙烯三 甲氧基硅烷0. 7%、3_縮水甘油丙基甲基二甲氧基硅烷27%、粒徑為2um的球形硅微粉 7.4%、炭黑0%0實施例5雙酚型F環氧樹脂0%、有機硅改性環氧樹脂0%、低粘度丁二烯橡膠0. 9%、月旨 環族環氧樹脂30%、酸酐固化劑0. 6%、PN-23胺類化合物促進劑0. 6%、對苯乙烯三甲 氧基硅烷0. 6%、3_縮水甘油丙基甲基二甲氧基硅烷0. 6%、粒徑為2um的球形硅微粉 66. 7%、炭黑:0%o實施例6雙酚型F環氧樹脂6%、有機硅改性環氧樹脂2. 5%、低粘度丁二烯橡膠8. 5%、 脂環族環氧樹脂18%、酸酐固化劑3%、PN-23胺類化合物促進劑3%、對苯乙烯三甲 氧基硅烷3%、3_縮水甘油丙基甲基二甲氧基硅烷13. 1%、粒徑為2um的球形硅微粉 35%、炭黑-J. 9%0按上述實施例的重量百分比配方來配制底部填充膠，先進行加熱處理，并同時攪 拌、溶解、混合、分散，從而得到本底部填充膠，再用高速分散機將混合料分散均勻后，經40 目以上的篩分過濾后進行真空脫泡處理，最后由灌裝機灌裝。對本發明的底部填充膠進行性能測試用DSC測試130攝氏度的固化速度，剪切強 度按GB/T7124-1986標準進行測試，TMA測試線膨脹系數和玻璃化轉變溫度，BR00KFIELD粘 度計測試粘度。測試本發明的性能結果如下固化時間130°C 5分鐘玻璃化轉變溫度 60°C粘接強度15MPa
粘度1500cps線膨脹系數20-40ppm/°C耐冷熱沖擊性 -40°C _130°C可承受1000個循環返修性易返修由于采用了上述組分配比，本發明具有以下優點①儲存期穩定，在40°C時貯存1個月后，粘度變化率為20%，室溫下的貯存期為3個月，在2-10°C下的貯存期為6個月；② 粘度低，流動性好，粘度為1000-2000厘泊；③線膨脹系數低，20-40ppm/°C ；④固化速度快， 130度5分鐘固化⑤剪切強度為15MPa。
權利要求
一種低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠，其特征在于，由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚型環氧樹脂-0～28.6％、有機硅改性環氧樹脂-0～28.6％、增韌劑-0.57～15.4％、脂環族環氧樹脂-16.3～84.2％、潛伏性固化劑-0.57～15.4％、促進劑-0.55～5.56％、表面活性劑-0.55～5.56％、偶聯劑-0.57～27％、無機填料-7.4～66.7％、顏料-0～7.9％。
2.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的雙酚型環氧樹脂為雙酚A 型、雙酚AD型、雙酚F型、酚醛樹脂、有機羧酸類縮水甘油醚中的至少一種，環氧值為0. 45 一 0. 8，其分子量范圍為1000到5000，粘度范圍為3000-8000厘泊。
3.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述增韌劑是丁二烯 丙烯腈橡 膠、丁二烯橡膠、苯乙烯 丁二烯橡膠的任一種彈性體。
4.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的脂環族環氧樹脂為4221脂 環族環氧樹脂，其粘度范圍為300-1000厘泊。
5.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的潛伏性固化劑為芳香族胺 系固化劑或酸酐系固化劑。
6.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的促進劑是含咪唑結構的化 合物，胺類化合物，重氮雙環烯烴類中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的表面活性劑是3-氨丙基乙 基二甲氧基硅烷、對苯乙烯三甲氧基硅烷、3-異氰酸酯丙酯三乙氧基硅烷的任一種。
8.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述偶聯劑為3-縮水甘油丙基三 甲氧基硅烷、3-縮水甘油丙基甲基二甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、N-b-N-乙烯基芐基 氨乙基-r-氨丙基甲氧基硅烷 鹽酸鹽、氨基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧酰硅 烷、r-巰基丙基三甲氧基硅烷、r-氯丙基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、乙烯基三b-甲氧 基乙氧基硅烷、十八烷基二甲基3-三甲氧基丙基氯化銨、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷 的任一種。
9.根據權利要求1所述的底部填充膠，其特征在于，所述的無機填料包括滑石粉、燒結 粘土、未燒結粘土、云母、玻璃硅酸鹽、氧化鈦、氧化鋁、球狀硅微粉、熔融硅微粉、結晶硅微 粉、碳酸鈣、碳酸鎂、水滑石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣等氫氧化物、硫酸鋇、硫酸鈣、亞 硫酸鈣、亞硫酸鹽、硼酸鋅、偏硼酸鋇、硼酸鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化硅中的至少一種。
10.一種如權利要求1所述底部填充膠中的有機硅改性環氧樹脂的制備方法，步驟如下以100克硅膠系環氧樹脂和27克的雙酚F型環氧樹脂作為溶劑，再添加1克的1，8_ 二 氮雜二環5. 4. 0十一碳-7-烯，在氮氣流下以180攝氏度條件下，反應3個小時合成制得。
全文摘要
本發明公開了一種用于倒裝芯片封裝的低粘度、低線膨脹系數的底部填充膠，其由下列重量百分含量的原料配置而成雙酚型環氧樹脂0～28.6％、有機硅改性環氧樹脂0～28.6％、增韌劑0.57～15.4％、脂環族環氧樹脂16.3～84.2％、潛伏性固化劑0.57～15.4％、促進劑0.55～5.56％、表面活性劑0.55～5.56％、偶聯劑0.57～27％、無機填料7.4～66.7％、顏料0～7.9％。由于采用了上述組分配比，本發明克服了現有底部填充膠的缺陷并具有①儲存期穩定；②粘度低，流動性好，粘度為1000-2000厘泊；③線膨脹系數低，20-40ppm/℃；④固化速度快，130度5分鐘固化⑤剪切強度為15MPa等優點。
文檔編號C08K5/5425GK101864147SQ201010212810
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者葉婷, 黃偉進 申請人:深圳市庫泰克電子材料技術有限公司