一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及固态填充胶领域，具体涉及一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶及其制备方法。

背景技术

倒装芯片封装技术由于具有较高的单位面积内I/O数量、短的信号路径、高的散热性、良好的电学和热力学性能，在电子封装中被广泛关注。倒装芯片封装技术是把裸芯片通过焊球直接连接在基板上，底部填充胶被填充在芯片与基板之间的间隙，来降低芯片与基板热膨胀系数不匹配产生的应力，提高封装的稳定性。

但目前市面上使用的大部分固态填充胶都存在固化温度高、流动速度慢、可填充面积小、内应力大、柔韧性差的问题，远远满足不了现如今芯片封装技术发展的要求。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶，解决目前的填充胶固化温度高、流动速度慢、可填充面积小、内应力大、柔韧性差，无法较好的应用于大尺寸芯片底部填充的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶，按质量份计，包括：

环氧基改性聚氨酯树脂 15～50份；

聚醚改性环氧树脂 15～30份；

炭黑 1～6份；

磁性材料 1～3份；

填料 20～40份；

分散剂 1～6份；

固化剂 1～6份。

优选的，一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶，按质量份计，包括：

环氧基改性聚氨酯树脂 25～40份；

聚醚改性环氧树脂 20～30份；

炭黑 1～6份；

磁性材料 1～3份；

填料 20～40份；

分散剂 1～6份；

固化剂 1～6份。

优选的，所述填料为球型硅微粉，所述球型硅微粉的粒径为0.5～20μm。

优选的，所述分散剂为TEG0900、TEGO-B1481、TEGO-410中的至少一种。

优选的，所述固化剂为日本明和化成株式会社生产的MEH-8000H。

本发明的目的之二在于，提供一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照上述任一项所述的固态填充胶所含组分及含量分别称取各原料；

S2、将称取的所述环氧基改性聚氨酯树脂、聚醚改性环氧树脂进行混料处理，混料时间为10～20min，得到初混合物料；

S3、将所述炭黑、磁性材料、填料、分散剂和固化剂加入到所述初混合物料中并进行混料处理，混料时间为10～20min，得到用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶。

优选的，所述环氧基改性聚氨酯树脂的制备方法为：先以聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯合成异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，然后将所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物与环氧树脂反应，得到环氧基改性聚氨酯树脂；其中，所述聚醚二元醇与芳香族二异氰酸酯的物质的量之比为1:2；所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物与环氧树脂的物质的量之比为1:1。

优选的，在所述聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯反应时，采用二月桂酸二丁基锡为催化剂，二月桂酸二丁基锡的加入量为所述聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯总质量的0.5wt％。

优选的，所述聚醚改性环氧树脂由双酚A与烯丙基聚醚缩水甘油醚聚合制备得到。

优选的，在填充过程中，外加磁场带动所述磁性材料在预填充区域运动，进而完成大尺寸芯片的底部填充。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的固态填充胶，将环氧基改性聚氨酯树脂和聚醚改性环氧树脂两种树脂混合，更有效的发挥了两个树脂的优点，两种树脂中带有的环氧基团可以进一步有助于两种树脂的固化交联，而其中的醚键对于两种树脂具有良好的增韧效果和柔顺性，与炭黑、填料、分散剂和固化剂均匀混合，可以制备得到在80～150℃下流动性好、低介电、高玻璃转化温度(Tg)、耐冷热冲击性能的填充胶；同时还添加了磁性材料，借助外部的磁场带动磁性材料的运动，与本发明填充胶的流动性能相配合，可有效解决大尺寸芯片不完全填充的问题，缩短填充时间和增加填充率。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶，按质量份计，包括：

环氧基改性聚氨酯树脂 50份；

聚醚改性环氧树脂 20份；

炭黑 2份；

磁性材料 2份；

填料 22份；

分散剂 2份；

固化剂 2份。

其中，填料为球型硅微粉，球型硅微粉的粒径为0.5～20μm；分散剂为TEG0900、TEGO-B1481、TEGO-410中的至少一种，本实施例的分散剂为TEGO-B1481；固化剂为日本明和化成株式会社生产的MEH-8000H。

该用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照上述所述的固态填充胶所含组分及含量分别称取各原料；

S2、将称取的所述环氧基改性聚氨酯树脂、聚醚改性环氧树脂进行混料处理，混料时间为10～20min，得到初混合物料；

S3、将所述炭黑、磁性材料、填料、分散剂和固化剂加入到所述初混合物料中并进行混料处理，混料时间为10～20min，得到用于大尺寸芯片底部填充的固态填充胶。

进一步地，环氧基改性聚氨酯树脂的制备方法为：先以聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯合成异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，然后将异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物与环氧树脂反应，得到环氧基改性聚氨酯树脂；其中，聚醚二元醇与芳香族二异氰酸酯的物质的量之比为1:2；异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物与环氧树脂的物质的量之比为1:1。

进一步地，在聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯反应时，采用二月桂酸二丁基锡为催化剂，二月桂酸二丁基锡的加入量为所述聚醚二元醇和芳香族二异氰酸酯总质量的0.5wt％。

进一步地，聚醚改性环氧树脂由双酚A与烯丙基聚醚缩水甘油醚聚合制备得到。

进一步地，在填充过程中，外加磁场带动磁性材料在预填充区域运动，进而完成大尺寸芯片的底部填充。该外加磁场由设置于待填充器件至少一侧的磁铁提供，磁铁在待填充器件的预填充区域对应的范围内作圆周运动、离心运动、向心运动和循环往复运动中的至少一种。在具体的填充过程中，该磁铁的运动速率可为1μm/s～1m/s。

按实施例1中所述的制备方法制备实施例2～9对比例1～10的固态填充胶，具体的物质配比见表1。

表1

对上述实施例1～9对比例1～11得到的固态填充胶进行性能测试，测试结果如表2。其中，上述得到的固态填充胶是应用于100mm*100mm的测试样件中，以模拟大尺寸芯片的封装。而本发明所述的大尺寸芯片是指尺寸在80mm*80mm以上的芯片。

表2

从实施例1～9和对比例1～11的测试结果中可以看出，本发明采用环氧基改性聚氨酯树脂、聚醚改性环氧树脂、炭黑、磁性材料、填料、分散剂和固化剂配置的固态填充胶不仅流动性好，可以有效填充大尺寸芯片的底部，且还具有低介电、高玻璃转化温度(Tg)、耐冷热冲击等性能，更加适应大尺寸芯片的应用。

其中，从实施例2～3和对比例1～2中可以看出，去除了聚醚改性环氧树脂的使用后，固态填充胶的流动性和空洞率均有较大的影响，而与对比例9相比，常规填充胶中减少聚醚改性环氧树脂使用，对流动性、空洞率、固化速度、热膨胀系数等有更大的影响。这主要是因为，本发明的两种树脂混合使用可以更有效的发挥了两个树脂的优点，两种树脂中带有的环氧基团可以进一步有助于两种树脂的固化交联，进而促进固态填充胶各项性能的改善。

此外，从实施例2～4和对比例3～10的对比中还可以看出，本发明的固态填充胶各物质之间因是存在相互协同作用的，各物质之间的作用是1+1大于2的，通过对各个物质含量的调控，可以更好保证本发明固态填充胶在大尺寸芯片底部中的领域。其中，本发明引入的磁性材料，利用外部的磁场可以增加填充胶的流动性能，使其可以更好的填充芯片底部的各个位置，降低固态填充胶的空洞率；但同时也应控制填充胶中其他物质的含量，如实施例5中，如果各物质的配比不合适，对于填充胶空洞率的改善效果就会有所欠缺。

综合来看，本发明固态填充胶在大尺寸芯片底部应用所具有的优异效果，离不开各物质之间的相互作用，由此解决了目前的填充胶固化温度高、流动速度慢、可填充面积小、内应力大、柔韧性差，无法较好的应用于大尺寸芯片底部填充的问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。