一种半导体封装用环氧树脂组合物及其制备方法.pdf

本发明是一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特征在于，它包括以下各组分及重量百分比含量，环氧树脂4－20％、固化剂2－15％、硅微粉60－90％、阻燃剂0.01－3％、脱模剂、0.01－2％、偶联剂0.01－1％、催化剂、0.01－1％、着色剂0.01－1％。本发明还涉及该组合物的制备方法，其特征在于，其步骤如下：按所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间15－20分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在60－160度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。本发明产品具有超低粘度、超低应力、超低热膨胀、高粘结性能、高耐热性能、良好的电性能及工艺成型性能等特点。

1、  一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特征在于，它包括以下
各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  4-20％      固化剂  2-15％
硅微粉    60-90％     阻燃剂  0.01-3％
脱模剂    0.01-2％    偶联剂  0.01-1％
催化剂    0.01-1％    着色剂  0.01-1％。

2、  根据权利要求1所述的一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述的环氧树脂为联苯型、多官能团型环氧树脂，或与线型邻甲酚树脂、双酚A树脂、脂肪族环氧树脂结合使用；所述的固化剂为多官能型固化剂，或与苯酚酚醛树脂，甲酚酚醛树脂结合使用；所述的硅微粉为结晶型或熔融型硅微粉，其形状为角形或球形或两者的混合物；所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂中的一种或几种混合使用；所述的催化剂为叔胺型DBU系列、三苯基膦系列催化剂；所述的脱模剂为有机硅油类、脂蜡、硬脂酸盐等有机脱模剂的一种或几种的混合使用；所述的着色剂为炭黑。

3、  根据权利要求1所述的一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特征在于，它还含有应力吸收剂、粘接剂和离子吸收剂中的一种或多种，所述的应力吸收剂为有机硅橡胶应力吸收剂。

4、  一种如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，其步骤如下：按所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间15-20分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在60-160度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。

一种半导体封装用环氧树脂组合物及其制备方法
                    技术领域
本发明涉及一种环氧树脂的组合物，特别是一种半导体封装用环氧树脂组合物。本发明还涉及该组合物的制备方法。
                    背景技术
环氧复合材料作为非气密性封装材料，与气密性金属、陶瓷封装相比，便于自动化，提高封装效率，降低成本，体积小、重量轻，而且结构简单，工艺方便，耐化学腐蚀性较好，电绝缘性能好，机械强度高等优点。但是，随着集成电路向高超大规模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向的迅速发展及电子封装技术由通孔插装(PHT)向表面贴装技术发展，封装形式由双列直插(DIP)向(薄型)四边引线扁平封装(TQFP/QFP)和球栅阵列塑装(PBGA)以及芯片尺寸封装(CSP)方向发展，现有的环氧模塑料在应力、粘度、粘接强度、耐热性能、机械性能等方面无法满足超大规模(ULSI)电路的封装。由于ULSI电路的芯片面积大、金丝引线细、节距小、引脚数量多、封装尺寸小、薄，故在封装过程中容易出现金丝变形、封装体翘曲、开裂、分层等技术问题，从而降低了封装器件的可靠性和成品率。
                     发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种具有超低应力、超低粘度、高粘接强度、高耐湿性、耐焊性的半导体封装用环氧树脂组合物；本发明还提出了该组合物的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特点是，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  4-20％            固化剂    2-15％
硅微粉    60-90％           阻燃剂    0.01-3％
脱模剂    0.01-2％          偶联剂    0.01-1％
催化剂    0.01-1％          着色剂    0.01-1％。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步来实现。以上所述的一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特点是，所述的环氧树脂为联苯型、多官能团型环氧树脂，或与线型邻甲酚树脂、双酚A树脂、脂肪族环氧树脂结合使用；所述的固化剂为多官能型固化剂，或与苯酚酚醛树脂，甲酚酚醛树脂结合使用；所述的硅微粉为结晶型或熔融型硅微粉，其形状为角形或球形或两者的混合物；所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂中的一种或几种混合使用；所述的催化剂为叔胺型DBU系列、三苯基膦系列催化剂；所述的脱模剂为有机硅油类、脂蜡、硬脂酸盐等有机脱模剂的一种或几种的混合使用；所述的着色剂为炭黑。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步来实现。以上所述的一种半导体封装用环氧树脂组合物，其特点是，它还含有应力吸收剂、粘接剂和离子吸收剂中的一种或多种，所述的应力吸收剂为有机硅橡胶应力吸收剂。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步来实现。本发明是一种半导体封装用环氧树脂组合物的制备方法，其特点是，其步骤如下：按所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间15-20分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在60-160度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。
本发明在通过对0.25-0.18μm及0.13-0.10μm技术集成电路后道封装过程中可能产生的工艺性问题进行系统研究，从原材料的分子结构设计、研究化学合成技术开始，寻求新型环氧树脂、固化促进剂、各种功能性添加剂等，通过科学合理的配方试验，研制出具有超低应力、超低粘度、高粘接强度、高耐湿性、耐焊性的环氧塑封料，满足ULSI电路QFP/TQFP和PBGA及其它高档电路封装的技术要求。例如：本发明通过采用联苯型环氧树脂及球形硅粉为原料，达到了大幅度降低环氧封装料的热膨胀系数，降低熔体粘度的目的；采用通过添加一种新型偶联剂提高塑封料的粘结性能和耐潮性能；采用改性树脂及应力吸收剂降低塑封料的内应力；采用合成球形硅微粉以降低塑封料的铀含量，使环氧塑封料具有低粘度、低线膨胀系数、高粘结强度、高耐潮性、低铀含量等性能，这主要是满足0.25-0.18μm QFP/TQFP用封装形式的要求。再如：本发明采用多官能团环氧树脂—酚醛树脂体系，利用多官能团环氧树脂作为基质树脂，线性酚醛树脂为固化剂，有机叔胺为促进剂，熔融球形二氧化硅为填料，再加改性剂、阻燃剂、脱模剂、着色剂等，得到的环氧塑封料其具有低膨胀、高粘接强度、低翘曲率等性能特点。这主要是满足0.10-0.13μm PBGA用环氧塑封料的封装形式要求。
与现有技术相比，本发明产品具有超低粘度、超低应力、超低热膨胀、高粘结性能、高耐热性能、良好的电性能及工艺成型性能等特点。具体阐述如下：
一、低膨胀、低应力；应力是影响环氧模塑料封装的主要因素，随着线宽的缩小要求应力越来越低，环氧模塑料是一种热固性材料，在成型过程中受热后首先软化，粘度降到最低时充填型腔。在温度与催化剂的作用下，树脂与固化剂快速发生交联固化反应形成网状结构。在这个固化过程中封装体内形成了内应力。对于大规模集成电路封装，特别是封装体薄、引线脚数多的表面贴装电路由于内应力的存在，封装体就会产生变形，发生翘曲、爆米花现象，其后果严重的会导致电路失效。本发明选用球型填料，调整填料的粒度及用量达到降低线膨胀系数目的。填料(SiO₂)根据结构不同分为结晶型、熔融型及球型三种，其中球形SiO₂线膨胀系数最小，而且通过大量的试验数据分析，由球形SiO₂制得的环氧塑封料粘度低，流动性好，且可消除角形二氧化硅对芯片产生的局部应力，可提高耐开裂性。达到降低线膨胀系数、降低应力的目的。同时，如果添加应力吸收剂及应力改性树脂可提高材料韧性，同时达到降低材料应力的目的。应力吸收剂加入到环氧塑封料混合体中，由于小颗粒橡胶分散相作用弹性模量得到了降低，同时消散了对芯片的应力。
二、高填料含量，低粘度，高流动性；粘度一直是影响环氧模塑料封装性能的一个重要因素，在塑封过程中环氧模塑料对金丝冲击力的大小，直接影响到集成电路的性能，环氧模塑料粘度大时，对金丝的冲击也较大，金丝变形引起短路的可能性就会大大增加，降低成本率。本发明是通过以下的途径来降低环氧模塑料粘度的：采用加入低粘度的特种环氧树脂；球形填料比角形填料有更低的粘度及好地流动性；调整填料堆积密度(粒度分布)也是降低粘度的一个有效方法。
三、高粘接强度，高可靠性；影响环氧塑封料可靠性的因素很多，有一致性问题、离子杂质(Cl-、Na+)等因素，它们的存在严重影响封装电路的可靠性。只有减少离子杂质以及提高产品的耐湿性能才能显著提高环氧塑封料的可靠性。本发明通过加入几种离子吸附剂，捕获阴离子与阳离子，以减少离子杂质，提高产品的纯度。同时增强环氧模塑料与引线框架、芯片、引线、载片台区等部位的浸润性和粘接力，以减少分层现象，提高封装体的耐湿性能。本发明通过加入特种粘接剂，使模塑料与引线框架、芯片等部位形成化学键合，增强框架、芯片-塑封料界面之间的粘结强度，阻止界面脱层与剥离。另外通过加入改性剂及使用特种低粘度树脂，降低模塑料粘度，以提高塑封料-框架、芯片界面之间的浸润性，提高模塑料与引线框架的粘接能力。
四、高耐热性，低放射性技术；通过使用含多官能团的环氧树脂与酚醛树脂以提高塑封料的交联密度，提高其耐热性能。塑封料中放射性元素如铀主要来源于硅微粉，通过使用高纯度低α含量或人工合成的低α含量的硅微粉达到了降低放射性的目的。
                   具体实施方式
下面进一步描述本发明的具体技术实施方式。
实施例1。一种半导体封装用环氧树脂组合物，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  10％        固化剂    8％
硅微粉    75％        阻燃剂    3％
脱模剂    1％         偶联剂    1％
催化剂    1％         着色剂    1％。
其中，所述的环氧树脂为联苯型环氧树脂，所述的固化剂为多官能型固化剂，所述的硅微粉为熔融型，其形状为球形，所述的偶联剂为使用有机硅烷偶联剂中的一种；所述的催化剂为叔胺型DBU系列，所述的脱模剂为有机硅油类，所述的着色剂为炭黑。
实施例2。一种半导体封装用环氧树脂组合物，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  20％        固化剂    14％
硅微粉    60％        阻燃剂    2.5％
脱模剂    2％         偶联剂    0.5％
催化剂    0.5％       着色剂    0.5％。
其中，所述的环氧树脂为多官能团型环氧树脂，所述的固化剂为多官能型固化剂与苯酚酚醛树脂结合使用；所述的硅微粉为熔融型硅微粉，其形状为角形，所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂中的几种混合使用，所述的催化剂为三苯基膦系列催化剂，所述的脱模剂为脂蜡；所述的着色剂为炭黑。
实施例3。一种半导体封装用环氧树脂组合物，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  4％         固化剂      2％
硅微粉    90％        阻燃剂      0.5％
脱模剂    1.5％       偶联剂      0.2％
催化剂    1％         着色剂      0.8％。
其中，所述的环氧树脂为联苯型型环氧树脂与线型邻甲酚树脂结合使用；所述的固化剂为多官能型固化剂与甲酚酚醛树脂结合使用；所述的硅微粉为熔融型硅微粉，其形状为角形与球形两者的混合物；所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂中的一种；所述的催化剂为叔胺型DBU系列；所述的脱模剂为硬脂酸盐；所述的着色剂为炭黑。
实施例4。一种半导体封装用环氧树脂组合物，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂  15％          固化剂    10％
硅微粉    70％          阻燃剂    3％
脱模剂    0.3％         偶联剂    0.3％
催化剂    0.3％         着色剂    0.4％
应力吸收剂         1％。
实施例5。一种半导体封装用环氧树脂组合物，它包括以下各组分及重量百分比含量，
环氧树脂    8％         固化剂    6％
硅微粉      80％        阻燃剂    1％
脱模剂      1％         偶联剂    0.5％
催化剂      0.5％       着色剂    0.5％
应力吸收剂  1％         粘接剂    0.5％
离子吸收剂  1％
实施例6。一种半导体封装用环氧树脂组合物的制备方法，其步骤如下：按实施例1所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间15分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在60度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。
实施例7。一种半导体封装用环氧树脂组合物的制备方法，其步骤如下：按实施例2所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间20分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在160度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。
实施例8。一种半导体封装用环氧树脂组合物的制备方法，其步骤如下：按实施例5所述的组分及重量百分比含量称量原料，依次加入预混合器中进行混合均匀，混合时间18分钟，再将混合后的混合料通过挤出机加热挤炼，挤出机出料口温度控制在100度，再经冷却输送、粗碎后再进行粉碎，其粒径小于4.3mm，再经磁选、后混合，形成粉料产品，粉料经预成形为饼料产品。