1.本發(fā)明屬于半導體封裝材料技術領域，具體涉及一種半導體封裝用低應力、低吸水率環(huán)氧塑封料及其制備方法。

背景技術：

2.半導體封裝是金屬、塑料、玻璃或陶瓷含有一個或多個離散的殼體的半導體器件或集成電路。半導體封裝方式一般分為氣密性(陶瓷或金屬)封裝和非氣密性(塑料)封裝兩大類。氣密性封裝主要用于航空、航天等高性能要求技術領域，整個封裝的成本較高；而塑料封裝器件在尺寸、重量、性能、成本以及實用性方面均優(yōu)于氣密性封裝器件，隨著材料成型工藝技術的進步和新材料的不斷開發(fā)和研究，塑封器件的可靠性也已得到顯著地提高，塑料封裝因其顯著優(yōu)勢已成為當前半導體封裝市場采用的主流封裝形式。其中塑料封裝中的主流材料為環(huán)氧塑封料(emc)，幾乎占據塑封材料的97％以上市場份額。

3.近年來，半導體正朝著高集成化發(fā)展，芯片更大，布線更細，器件越來越輕薄化、微型化，對emc材料的綜合性能及可靠性要求也越來越高，其中內應力和吸水率是影響emc材料封裝可靠性的重要因素。一方面，內應力過大易引起焊線斷裂、焊線與芯片金屬布線之間脫焊；對大規(guī)模集成電路來說，內應力過大還可能導致金屬布線的錯位及硅芯片裂紋；此外，內應力過大還可能引起芯片鈍化膜破裂，嚴重時甚至可使emc破裂以及其與框架脫層，進一步增加吸濕腐蝕失效的概率。另一方面，emc吸水率過高易引起封裝器件在回流焊后產生分層失效等系列問題。綜上，低應力化和低吸水率化是emc產品是將來的發(fā)展趨勢，也是必須攻克的技術難關。

技術實現要素：

4.針對背景技術的不足，申請人經過長期研究，發(fā)明出了一種兼具低應力、低吸水率且綜合性能優(yōu)異的半導體封裝用emc材料及其制備方法，所采用的技術方案如下：

5.一種半導體封裝用低應力和低吸水率emc，其特征在于所述emc組分及含量如下：

6.填料70-90wt％；環(huán)氧樹脂5-15wt％；酚醛樹脂3-10wt％；催化劑0.2-0.8wt％；應力吸收劑1-5wt％；偶聯劑0.2-2.0wt％；脫模劑0.1-1.2wt％；著色劑0.1-0.5wt％；添加劑0.5-3.8wt％。

7.進一步地，所述填料獨立選自sio2微粉、al2o3微粉、aln微粉、sic微粉和bn微粉中的任意一種或幾種；其中所述sio2包括結晶型sio2微粉、熔融型sio2微粉或表面改性sio2微粉。

8.進一步地，所述環(huán)氧樹脂選自結構式(ⅰ)中的任意一種或幾種：

[0009][0010]

進一步地，所述酚醛樹脂選自結構式(ⅱ)中的任意一種或幾種：

[0011][0012]

進一步地，所述催化劑選自咪唑及其衍生物、有機胺類化合物、三苯基磷及其衍生物、磷鎓鹽化合物中的任意一種或幾種。

[0013]

進一步地，根據權利要求1所述的emc，其特征在于所述應力吸收劑選自端羧基液體丁腈橡膠(ctbn)、有機硅改性環(huán)氧樹脂、核殼結構橡膠(csr)、有機硅類嵌段共聚物中的任意一種或幾種。

[0014]

進一步地，所述偶聯劑選自硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑中的任意一種或兩者混合物：

[0015]

其中，所述硅烷類偶聯劑選自3-巰丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、雙-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的任意一種或幾種；所述鈦酸酯類偶聯劑選自異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯和異丙基二油酸酯氧基(二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯)中的任意一種或其混合物。

[0016]

進一步地，所述脫模劑選自常規(guī)的聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、蒙旦e蠟、費托合成蠟、植物蠟、脂肪酸甘油酯蠟、馬來酸酐接枝改性蠟中的任意一種或幾種。

[0017]

進一步地，所述著色劑選自鐵黃、炭黑、鈦白粉、zno、鋅鋇白中的任意一種或幾種。

[0018]

進一步地，所述添加劑包括阻燃劑和離子捕捉劑；其中阻燃劑選自al(oh)3、硼酸鋅、三聚氰胺尿酸鹽、氧化三苯基磷中的任意一種或幾種；離子捕捉劑選自陰離子捕捉劑、鎂鋁水滑石、陽離子捕捉劑中的任意一種或幾種。

[0019]

進一步地，所述的環(huán)氧基與羥基摩爾比值為1.1-2.0，優(yōu)選比值為1.3-1.7。

[0020]

進一步地，本發(fā)明中制備的emc主要包括下述生產步驟：

[0021]

a)首先將制備emc所需組分做研磨等預處理，將其通過高攪混合均勻以得到預混合物；

[0022]

b)然后將上述預混合物進料至擠出機中進一步混煉，對混煉后的擠出物進行冷

卻、粉碎，獲得emc粉料；

[0023]

c)最后將制備的emc粉料保存在低溫環(huán)境，優(yōu)選0-5℃；

[0024]

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

[0025]

(1)制備的emc具有非常低的內應力，兼具低儲能模量、低彎曲模量和低吸水率特性；此外還具備熱膨脹系數低、粘接性強等良好的綜合性能。

[0026]

(2)通過組分篩選/組合，調控環(huán)氧基與羥基摩爾比等方法相結合，克服了模量和吸水率之間的矛盾；提供了一種有效提高半導體封裝器件可靠性的方法。

具體實施方式

[0027]

為了加深對本發(fā)明的理解，下面結合具體實施案例來作進一步闡明，有必要在此指出：以下實施案例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據本發(fā)明內容或方法對本發(fā)明做出的一些非本質的改進和調整仍屬于本發(fā)明的保護范圍。

[0028]

本發(fā)明中制備emc的所用原材料均為商購的工業(yè)化產品。

[0029]

相關測試方法說明：

[0030]

螺旋流動長度(spiral flow：sf)：在sf測試中，通過測量emc沿螺旋腔路徑流動的長度與重量，來表征emc的流動特性。sf測試樣品為粉末狀，無需打餅。sf測試方法參照emi-1-66進行，測試條件設定：溫度175℃、壓力70km/cm2和固化時間90s。

[0031]

膠化時間(gel time：gt)：通過gt測試表征emc的凝膠點。測試中，將加熱板加熱至175℃，emc粉末樣品置于加熱板上直至樣品凝膠化，用計時器測量gt(從樣品置于加熱板上開始計時，直至凝膠化完成時停止計時)。

[0032]

熱硬度(hh)：hh測試參照astm d2240硬度計測試方法，邵氏d硬度計表盤上的指針通過標準彈簧與一個規(guī)定形狀的壓針相連，把壓針壓入試樣的深度轉換為硬度值。

[0033]

玻璃化轉變溫度(tg)、儲能模量(storage modulus)：本發(fā)明中emc的tg可通過動態(tài)機械分析(dma)或熱機械分析(tma)來測定，儲能模量通過dma測定。先在制模機180℃模溫下固化150s使emc粉料制成樣條/片，然后置于180℃的烘箱中后固化6h。tma測試用樣塊尺寸為5mm*5mm(直徑*厚度)；dma測試用樣條尺寸為60mm*13mm*3.2mm(長度*寬度*厚度)。

[0034]

吸水率：吸水率測試根據“pct24”方法進行，其中樣片尺寸為50mm*3mm(直徑*厚度)，測試條件為121℃、100rh％、2atm、24h；吸水率計算方法如下：pct24后樣片的重量增加量/樣片初始重量*100％。

[0035]

彎曲強度(fs)和模量(fm)：采用三點加載法進行彎曲強度測試。將后固化的長方形樣條放置在萬能試驗機的兩支座上，然后在兩支座的中點施加一集中載荷,使樣條產生彎曲應力和變形。樣條尺寸：120mm*15mm*10mm(長度*寬度*厚度)，載荷速度：5mm/min，測試溫度為室溫。

[0036]

熱膨脹系數(cte1/cte2)：采用上述tma進行測定。

[0037]

粘接強度：粘合強度根據semi測試標準semi g69-0996進行。測試在拉力測試儀中進行，框架一端為與emc固定的無法拉動端，一端為梯形的可拉動端，采用拉伸法測試，計算使框架松動的最大拉力?？蚣転槁沣~，載荷速度：3mm/min。

[0038]

下述實施例1-6和比較例中的emc詳細制備過程包括：將原料通過粉碎機、球磨以

及做成中間體等方式進行預處理，以確保后續(xù)分散效果；然后將填料、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂固化劑、催化劑、應力吸收劑、偶聯劑、脫模劑、著色劑和離子捕捉劑按特定次序投入至高速攪拌機中獲得預混粉料(攪速設為300rpm；溫度為室溫；攪拌時間為15min)；將預混粉料通過矢量加料漏斗進料至雙螺桿擠出機中充分混煉(螺桿轉速約120rpm；各溫區(qū)溫度在70-110℃)；擠出料經冷卻帶冷卻、粉碎后獲得emc粉料，測試前儲存在5℃環(huán)境下。

[0039]

實施例1-6的組成情況分別見表一至表六，比較例組成情況見表七；根據以上所述的詳細生產過程來生產實施例和比較例對應的半導體封裝材料。

[0040]

表一(實施例1)

[0041][0042]

表二(實施例2)

[0043]

[0044][0045]

表三(實施例3)

[0046][0047]

表四(實施例4)

[0048]

[0049][0050]

表五(實施例5)

[0051][0052]

表六(實施例6)

[0053]

[0054][0055]

表七(比較例)

[0056][0057]

接下來對實施例1-6和比較例所制備的emc進行測試評估，對應的測試結果如下表八所示：

[0058]

表八

[0059]

[0060][0061]

從上述表中實施例和比較例數據對比可以發(fā)現，本發(fā)明所采用的技術方案不僅能顯著降低emc模量和吸水率，顯示出低應力和低吸水率特性，且還具備熱膨脹系數低、粘接性強等良好的綜合性能；進一步表明本發(fā)明所制備的emc在降半導體器件應力方面有效，適于全面推廣和應用。技術特征：

1.半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的組分及含量如下：2.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述填料為：sio2微粉、al2o3微粉、aln微粉、sic微粉和bn微粉中的任意一種或幾種；其中所述sio2包括結晶型sio2微粉、熔融型sio2微粉或表面改性sio2微粉。3.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂選自結構式(ⅰ)中的任意一種或幾種：4.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述酚醛樹脂選自結構式(ⅱ)中的任意一種或幾種：5.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的催化劑為：咪唑及其衍生物、有機胺類化合物、三苯基磷及其衍生物、磷鎓鹽化合物中

的任意一種或幾種。6.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的應力吸收劑為：端羧基液體丁腈橡膠(ctbn)、有機硅改性環(huán)氧樹脂、核殼結構橡膠(csr)、有機硅類嵌段共聚物中的任意一種或幾種。7.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的偶聯劑為：硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑中的任意一種或兩者混合物；其中，所述的硅烷類偶聯劑選自3-巰丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、雙-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的任意一種或幾種；所述的鈦酸酯類偶聯劑選自異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯和異丙基二油酸酯氧基(二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯)中的任意一種或其混合物。8.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的脫模劑選自常規(guī)的聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、蒙旦e蠟、費托合成蠟、植物蠟、脂肪酸甘油酯蠟、馬來酸酐接枝改性蠟中的任意一種或幾種。9.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的著色劑選自鐵黃、炭黑、鈦白粉、zno、鋅鋇白中的任意一種或幾種。10.根據權利要求1所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的添加劑包括阻燃劑和離子捕捉劑；其中阻燃劑選自al(oh)3、硼酸鋅、三聚氰胺尿酸鹽、氧化三苯基磷中的任意一種或幾種；離子捕捉劑選自陰離子捕捉劑、鎂鋁水滑石、陽離子捕捉劑中的任意一種或幾種。11.根據權利要求3或4所述的半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基與羥基摩爾比值為1.1-2.0，優(yōu)選比值為1.3-1.7。12.半導體封裝用低應力和低吸水率環(huán)氧塑封料的生產方法，其特征在于，主要生產步驟如下：a)首先將制備環(huán)氧塑封料所需組分做研磨等預處理，將其通過高攪混合均勻以得到預混合物；b)然后將上述預混合物進料至擠出機中進一步混煉，對混煉后的擠出物進行冷卻、粉碎，獲得環(huán)氧塑封料粉料；c)最后將制備的環(huán)氧塑封料粉料保存在低溫環(huán)境，低溫環(huán)境的溫度控制在0-5℃。

技術總結

本發(fā)明公開了一種半導體封裝用低應力、低吸水率環(huán)氧塑封料及其制備方法，屬于半導體封裝材料技術領域，主要包含：70-90wt％填料、5-15wt％環(huán)氧樹脂、3-10wt％酚醛樹脂固化劑、0.2-0.8wt％催化劑、1-5wt％應力吸收劑、0.2-2.0wt％偶聯劑、0.1-1.2wt％脫模劑、0.1-0.5wt％著色劑和0.1-1.8wt％離子捕捉劑。通過組分優(yōu)化/組合、調控環(huán)氧基與羥基摩爾比等方法，能顯著降低模量和吸水率，通過本發(fā)明獲得的半導體封裝材料兼具低應力和低吸水率特性，且展現出較優(yōu)異的綜合性能，主要應用于在半導體封裝領域。體封裝領域。

技術研發(fā)人員：陳友德 蔡曉東 牟海燕 劉建 何濤 周勇興

受保護的技術使用者：衡所華威電子有限公司

技術研發(fā)日：2022.05.09

技術公布日：2022/8/26