一种阳离子环保型半导体底部填充胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及填充胶技术领域，具体涉及一种阳离子环保型半导体底部填充胶及其制备方法。

背景技术

随着5G技术的普及以及芯片5纳米制程的商业化，3纳米的制程也在研发当中，并且很快也会进入批产阶段。进一步的推动了集成电路(IC)集成度的提高，随之相继出现了ULSIC特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circuits)和GSIC巨大规模集成电路(Giga Scale Integration)。

FC(Flip-chip)倒装芯片，即裸芯片封装技术之一，在LSI芯片的电极区制作好金属凸点(Bump，锡球焊点)，然后把锡球焊点与印刷基板上的电极区进行回流焊接。封装的占有面积基本上与芯片尺寸相同，是封装技术中体积较小、较薄的一种。LSI芯片的电极区上的焊点呈球栅阵列排列，以满足引脚数飞速的增多，又具有寄生参数减小、信号传输延迟小、使用频率大大提高等优点。

由于在芯片封装时，芯片与PCB板之间的间隙只有30～50μm甚至更小，PCB板上涂有助焊剂，要求底部填充胶与助焊剂有具良好的兼容性。以便在毛细填充时，流动速度快，固化后能形成充分均一、无空洞的胶层，粘结性能强，以确保封装半导体芯片器件的可靠性。然而，现有的填充胶与助焊剂兼容性较差，较难满足实际生产加工需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子环保型半导体底部填充胶及其制备方法，采用该方法制得的阳离子环保型半导体底部填充胶，环保安全、与助焊剂具有良好的兼容性，流动速度快，固化后粘结性能强，确保了封装半导体芯片器件的可靠性，适用于FC-BGA/CSP封装制程。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种阳离子环保型半导体底部填充胶，包括有如下重量百分比的组分：环氧树脂20～50％、阳离子引发剂0.1～5％、填料50～75％、硅烷偶联剂0.1～3％、增韧剂0.5～3％。

优选地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或任意几种混合物。

优选地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂和脂环族环氧树脂的混合物，所述双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂和脂环族环氧树脂添加的重量比为0.5:4:2。

优选地，所述脂环族环氧树脂为3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、2-(3,4-环氧环己基)-5,5-螺(3,4-环氧环己基)-1,3-二氧六环中的一种或任意几种混合物；

其中，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯的结构式为：

双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯的结构式为：

2-(3,4-环氧环己基)-5,5-螺(3,4-环氧环己基)-1,3-二氧六环的结构式为：

优选地，所述阳离子引发剂为元素周期表中VIIA主族元素二苯基鎓盐和元素周期表中VIA主族元素三苯基鎓盐中的一种或任意几种混合物。

优选地，所述二苯基鎓盐为二苯基碘鎓盐，所述二苯基碘鎓盐为4-辛氧基二苯碘鎓六氟锑酸盐和4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐中的一种或它们的混合物；所述三苯基鎓盐为三苯基硫鎓盐。

优选地，所述二苯基碘鎓盐阳离子的结构式为：

所述三苯基硫鎓盐阳离子的结构式为：

与鎓盐阳离子配对的阴离子为：BF

优选地，所述填料为熔融球形二氧化硅粉体；所述增韧剂为核壳橡胶CSR增韧剂。

优选地，所述硅烷偶联剂为KH-560、A-186、KH-570、KH-580、KH-590中的一种或任意几种混合物。

一种阳离子环保型半导体底部填充胶的制备方法，具体包括以下步骤：

S1：称取环氧树脂25～50份，其中双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂和脂环族环氧树脂添加的重量比为0.5:4:2，将环氧树脂投入反应釜中并搅拌均匀后，加入UV阳离子引发剂0.1～5份，搅拌溶解，形成均匀的溶液；

S2：在反应釜中再投入填料50～75份、硅烷偶联剂0.1～3份和增韧剂0.5～3份，真空搅拌1～3小时；

S3：将温度控制在室温，真空静置脱泡1-3小时，制得阳离子环保型半导体底部填充胶。

路易斯酸碱理论：凡能接受电子对的物质(分子、离子或原子团)都称为酸。凡能给出电子对的物质(分子、离子或原子团)都称为碱。酸是电子对的受体，碱是电子对的给体，它们也称为路易斯酸和路易斯碱。酸碱反应的实质是碱提供电子对与酸形成配位键，反应产物称为酸碱配合物。

例如，氢离子H

阳离子固化的反应机理：

1、鎓盐阳离子在UV(紫外)光的辐射诱导下，光解产生路易斯酸氢离子H

2、碘鎓盐光解产生的路易斯酸H

所以，该固化过程称为为环氧树脂UV(紫外)光阳离子固化。

3、助焊剂的主要活性成分主是松香或有机酸。松香的主要成分是树脂酸，它们的分子结构如下：

由分子结构可知，松香或有机酸均是羧酸类。助焊剂中的活性成分有机酸，主要有脂肪族二元酸、芳香酸和氨基酸等。它们均是酸类，在焊接过程中的作用是除去焊料与被焊表面的氧化物，提供干净的焊接表面，使焊锡在焊接表面具有良好的润湿性，从而焊接可靠，不产生虚焊。

松香与有机酸的共同点是均能产生氢阳离子H

此外，阳离子固化反应速度快，不需要加热，低碳节能环保，不会损伤芯片及其它的热感微电子元器件。固化后形成的胶层收缩率小，减少应力，UV光源移走后还会继续固化，确保胶层固化完全。

采用上述技术方案后，本发明具有如下有益效果：

1、本发明使用阳离子固化方案，在阳离子的进攻下，引发环氧基团开环聚合。环氧基团开环聚合，一旦被UV鎓盐盐离子引发后，助焊剂也参与了阳离子固化反应。从而解决了底部填充胶与助焊剂兼容性的问题，使得底部填充胶在助焊剂污染的表面上有良好的润湿性，流动速度快，形成充分均一、无空洞的胶层，粘结力强。、

2、本发明的填料采用熔融球形二氧化硅粉体，能够降低底部填充胶的线性热膨胀系数CTE，使之与芯片、焊点及PCB板的CTE匹配，消除应力，确保芯片封装器件在受到热冲击和高低温循环时的可靠性。

3、本发明硅烷偶联剂的加入，有利于环氧树脂对填料的润湿作用，使环氧树脂与填料形成均一的底部填充胶体系，降低粘度，提高底部填充胶的流动性。同时，也有利于提高底部填充胶对半导体芯片表面、焊点表面等基材表面的润湿性，增强底部填充胶对基材的附着力，从而增强粘结力。

4、本发明的增韧剂采用核壳橡胶CSR增韧剂，有利于提高底部填充胶的弹性，能够瞬间吸收来自外界的物理冲击力，增强半导体芯片封装器件的抗冲击力、耐跌落、耐摔。

5、本发明选材严格，均要求满足欧盟RoHS法令，除满足半导体行业的严苛要求之外，还满足环保安全的要求，例如碘鎓盐优选4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐，确保本发明产品成为环保型的底部填充胶产品。

6、本发明配方简单，降低产品的质量风险，确保批次的质量稳定性，便于大批量产业化、商业化。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

称取环氧树脂46.8份，其中双酚A环氧树脂3.6份，双酚F环氧树脂28.8份，2-(3,4-环氧环己基)-5,5-螺(3,4-环氧环己基)-1,3-二氧六环14.4份，投入反应釜中。搅拌均匀后，加入UV阳离子引发剂4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐0.1份，搅拌溶解，形成均匀的溶液。在反应釜中再投入熔融球形二氧化硅粉体50份、硅KH-570烷偶联剂0.1份、CSR增韧剂3份，真空搅拌1小时。然后，将温度控制在室温，真空静置脱泡2小时，即制得阳离子环保型半导体底部填充胶。

实施例2

称取环氧树脂20.5份，其中双酚A环氧树脂1.6份，双酚F环氧树脂12.6份，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯6.3份，投入反应釜中。搅拌均匀后，加入UV阳离子引发剂4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐2份，搅拌溶解，形成均匀的溶液。在反应釜中再投入熔融球形二氧化硅粉体75份、A-186硅烷偶联剂1.5份、CSR增韧剂1份，真空搅拌3小时。然后，将温度控制在室温，真空静置脱泡2小时，即制得阳离子环保型半导体底部填充胶。

实施例3

称取环氧树脂30份，其中双酚A环氧树脂2.3份，双酚F环氧树脂18.5份，双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯9.2份，投入反应釜中。搅拌均匀后，加入UV阳离子引发剂4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐5份，搅拌溶解，形成均匀的溶液。在反应釜中再投入熔融球形二氧化硅粉体60份、A-186硅烷偶联剂3份、CSR增韧剂2份，真空搅拌1小时。然后，将温度控制在室温，真空静置脱泡3小时，即制得阳离子环保型半导体底部填充胶。

实施例4

称取环氧树脂22.7份，其中双酚A环氧树脂1.8份，双酚F环氧树脂14份，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯6.9份，投入反应釜中。搅拌均匀后，加入UV阳离子引发剂4-((2-羟基十四烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐1.8份，搅拌溶解，形成均匀的溶液。在反应釜中再投入熔融球形二氧化硅粉体73份、KH-560硅烷偶联剂1份、CSR增韧剂1.5份，真空搅拌1小时。然后，将温度控制在室温，真空静置脱泡3小时，即制得阳离子环保型半导体底部填充胶。

对比实施例

称取双酚A环氧树脂2份，双酚F环氧树脂36份，KH-560硅烷偶联剂2份，CSR增韧剂2份投入反应釜搅拌均匀。再投入熔融球形二氧化硅粉体49份，真空搅拌2小时。然后，投入改性胺固化剂5份，咪唑类催化剂4份，温度控制在室温，真空搅拌3小时。真空静置脱泡2小时，即制得普通底部填充胶。

实验实施例1固化速度测试：

参考标准ASTM C881，模拟生产实际机台的环境温度，在30℃的条件下测试。

实施实验例2流动速度测试：

使用的半导体装置的元件是由FR5级的回路基板和0.4mm厚的BGA芯片，以及10mm角的CMOS元件组成的。并通过回路基板上的电极和芯片周围的25μm高的半角连接起来，事先在回路基板和芯片的表面涂上助焊剂。在上述芯片的一端，把本发明的阳离子环保型半导体底部填充胶用点胶机点下，模拟生产实际机台的环境温度，测试在30℃时，观察胶水涂布面到达对面充满所需的时间秒数。

实验实施例3空洞率测试：

取实验实施例2测试完流动速度的样品，固化后，做切片，在显微镜下观察空洞数，计算空洞率，以表征本发明产品与助焊剂的兼容性。

实验实施例4线性膨胀系数CTE测试：

参考标准ASTM E831。

实施实验例5剪切强度测试：

参考标准ASTM D1002。

测试结果如下表所示：

由上表中的数据显示，本发明的阳离子环保型半导体底部填充胶与助焊剂具有良好的兼容性、流动速度快、固化快速、低的线性膨胀系数CTE、粘结力强，确保了半导体芯片封装器件的可靠性，并且环保安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。