專利名稱：一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧樹脂的組合物，特別是一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物。本發(fā)明還涉及該組合物的制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧復(fù)合材料作為非氣密性封裝材料，與氣密性金屬、陶瓷封裝相比，便于自動化，提高封裝效率，降低成本，體積小、重量輕，而且結(jié)構(gòu)簡單，工藝方便，耐化學(xué)腐蝕性較好，電絕緣性能好，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點。但是，隨著集成電路向高超大規(guī)模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向的迅速發(fā)展及電子封裝技術(shù)由通孔插裝(PHT)向表面貼裝技術(shù)發(fā)展，封裝形式由雙列直插(DIP)向(薄型)四邊引線扁平封裝(TQFP/QFP)和球柵陣列塑裝(PBGA)以及芯片尺寸封裝(CSP)方向發(fā)展，現(xiàn)有的環(huán)氧模塑料在應(yīng)力、粘度、粘接強(qiáng)度、耐熱性能、機(jī)械性能等方面無法滿足超大規(guī)模(ULSI)電路的封裝。由于ULSI電路的芯片面積大、金絲引線細(xì)、節(jié)距小、引腳數(shù)量多、封裝尺寸小、薄，故在封裝過程中容易出現(xiàn)金絲變形、封裝體翹曲、開裂、分層等技術(shù)問題，從而降低了封裝器件的可靠性和成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種具有超低應(yīng)力、超低粘度、高粘接強(qiáng)度、高耐濕性、耐焊性的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物；本發(fā)明還提出了該組合物的制備方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特點是，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 4-20％固化劑2-15％硅微粉60-90％ 阻燃劑0.01-3％脫模劑0.01-2％ 偶聯(lián)劑0.01-1％催化劑0.01-1％ 著色劑0.01-1％。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步來實現(xiàn)。以上所述的一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特點是，所述的環(huán)氧樹脂為聯(lián)苯型、多官能團(tuán)型環(huán)氧樹脂，或與線型鄰甲酚樹脂、雙酚A樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂結(jié)合使用；所述的固化劑為多官能型固化劑，或與苯酚酚醛樹脂，甲酚酚醛樹脂結(jié)合使用；所述的硅微粉為結(jié)晶型或熔融型硅微粉，其形狀為角形或球形或兩者的混合物；所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑中的一種或幾種混合使用；所述的催化劑為叔胺型DBU系列、三苯基膦系列催化劑；所述的脫模劑為有機(jī)硅油類、脂蠟、硬脂酸鹽等有機(jī)脫模劑的一種或幾種的混合使用；所述的著色劑為炭黑。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步來實現(xiàn)。以上所述的一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特點是，它還含有應(yīng)力吸收劑、粘接劑和離子吸收劑中的一種或多種，所述的應(yīng)力吸收劑為有機(jī)硅橡膠應(yīng)力吸收劑。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步來實現(xiàn)。本發(fā)明是一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其特點是，其步驟如下按所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間15-20分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在60-160度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。
本發(fā)明在通過對0.25-0.18μm及0.13-0.10μm技術(shù)集成電路后道封裝過程中可能產(chǎn)生的工藝性問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，從原材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計、研究化學(xué)合成技術(shù)開始，尋求新型環(huán)氧樹脂、固化促進(jìn)劑、各種功能性添加劑等，通過科學(xué)合理的配方試驗，研制出具有超低應(yīng)力、超低粘度、高粘接強(qiáng)度、高耐濕性、耐焊性的環(huán)氧塑封料，滿足ULSI電路QFP/TQFP和PBGA及其它高檔電路封裝的技術(shù)要求。例如本發(fā)明通過采用聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂及球形硅粉為原料，達(dá)到了大幅度降低環(huán)氧封裝料的熱膨脹系數(shù)，降低熔體粘度的目的；采用通過添加一種新型偶聯(lián)劑提高塑封料的粘結(jié)性能和耐潮性能；采用改性樹脂及應(yīng)力吸收劑降低塑封料的內(nèi)應(yīng)力；采用合成球形硅微粉以降低塑封料的鈾含量，使環(huán)氧塑封料具有低粘度、低線膨脹系數(shù)、高粘結(jié)強(qiáng)度、高耐潮性、低鈾含量等性能，這主要是滿足0.25-0.18μm QFP/TQFP用封裝形式的要求。再如本發(fā)明采用多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂—酚醛樹脂體系，利用多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂作為基質(zhì)樹脂，線性酚醛樹脂為固化劑，有機(jī)叔胺為促進(jìn)劑，熔融球形二氧化硅為填料，再加改性劑、阻燃劑、脫模劑、著色劑等，得到的環(huán)氧塑封料其具有低膨脹、高粘接強(qiáng)度、低翹曲率等性能特點。這主要是滿足0.10-0.13μm PBGA用環(huán)氧塑封料的封裝形式要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品具有超低粘度、超低應(yīng)力、超低熱膨脹、高粘結(jié)性能、高耐熱性能、良好的電性能及工藝成型性能等特點。具體闡述如下一、低膨脹、低應(yīng)力；應(yīng)力是影響環(huán)氧模塑料封裝的主要因素，隨著線寬的縮小要求應(yīng)力越來越低，環(huán)氧模塑料是一種熱固性材料，在成型過程中受熱后首先軟化，粘度降到最低時充填型腔。在溫度與催化劑的作用下，樹脂與固化劑快速發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在這個固化過程中封裝體內(nèi)形成了內(nèi)應(yīng)力。對于大規(guī)模集成電路封裝，特別是封裝體薄、引線腳數(shù)多的表面貼裝電路由于內(nèi)應(yīng)力的存在，封裝體就會產(chǎn)生變形，發(fā)生翹曲、爆米花現(xiàn)象，其后果嚴(yán)重的會導(dǎo)致電路失效。本發(fā)明選用球型填料，調(diào)整填料的粒度及用量達(dá)到降低線膨脹系數(shù)目的。填料(SiO2)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)晶型、熔融型及球型三種，其中球形SiO2線膨脹系數(shù)最小，而且通過大量的試驗數(shù)據(jù)分析，由球形SiO2制得的環(huán)氧塑封料粘度低，流動性好，且可消除角形二氧化硅對芯片產(chǎn)生的局部應(yīng)力，可提高耐開裂性。達(dá)到降低線膨脹系數(shù)、降低應(yīng)力的目的。同時，如果添加應(yīng)力吸收劑及應(yīng)力改性樹脂可提高材料韌性，同時達(dá)到降低材料應(yīng)力的目的。應(yīng)力吸收劑加入到環(huán)氧塑封料混合體中，由于小顆粒橡膠分散相作用彈性模量得到了降低，同時消散了對芯片的應(yīng)力。
二、高填料含量，低粘度，高流動性；粘度一直是影響環(huán)氧模塑料封裝性能的一個重要因素，在塑封過程中環(huán)氧模塑料對金絲沖擊力的大小，直接影響到集成電路的性能，環(huán)氧模塑料粘度大時，對金絲的沖擊也較大，金絲變形引起短路的可能性就會大大增加，降低成本率。本發(fā)明是通過以下的途徑來降低環(huán)氧模塑料粘度的采用加入低粘度的特種環(huán)氧樹脂；球形填料比角形填料有更低的粘度及好的流動性；調(diào)整填料堆積密度(粒度分布)也是降低粘度的一個有效方法。
三、高粘接強(qiáng)度，高可靠性；影響環(huán)氧塑封料可靠性的因素很多，有一致性問題、離子雜質(zhì)(Cl-、Na+)等因素，它們的存在嚴(yán)重影響封裝電路的可靠性。只有減少離子雜質(zhì)以及提高產(chǎn)品的耐濕性能才能顯著提高環(huán)氧塑封料的可靠性。本發(fā)明通過加入幾種離子吸附劑，捕獲陰離子與陽離子，以減少離子雜質(zhì)，提高產(chǎn)品的純度。同時增強(qiáng)環(huán)氧模塑料與引線框架、芯片、引線、載片臺區(qū)等部位的浸潤性和粘接力，以減少分層現(xiàn)象，提高封裝體的耐濕性能。本發(fā)明通過加入特種粘接劑，使模塑料與引線框架、芯片等部位形成化學(xué)鍵合，增強(qiáng)框架、芯片-塑封料界面之間的粘結(jié)強(qiáng)度，阻止界面脫層與剝離。另外通過加入改性劑及使用特種低粘度樹脂，降低模塑料粘度，以提高塑封料-框架、芯片界面之間的浸潤性，提高模塑料與引線框架的粘接能力。
四、高耐熱性，低放射性技術(shù)；通過使用含多官能團(tuán)的環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂以提高塑封料的交聯(lián)密度，提高其耐熱性能。塑封料中放射性元素如鈾主要來源于硅微粉，通過使用高純度低α含量或人工合成的低α含量的硅微粉達(dá)到了降低放射性的目的。
具體實施例方式
下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)實施方式。
實施例1。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 10％固化劑8％硅微粉75％阻燃劑3％脫模劑1％ 偶聯(lián)劑1％催化劑1％ 著色劑1％。
其中，所述的環(huán)氧樹脂為聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂，所述的固化劑為多官能型固化劑，所述的硅微粉為熔融型，其形狀為球形，所述的偶聯(lián)劑為使用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑中的一種；所述的催化劑為叔胺型DBU系列，所述的脫模劑為有機(jī)硅油類，所述的著色劑為炭黑。
實施例2。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 20％固化劑14％硅微粉60％阻燃劑2.5％脫模劑2％ 偶聯(lián)劑0.5％催化劑0.5％ 著色劑0.5％。
其中，所述的環(huán)氧樹脂為多官能團(tuán)型環(huán)氧樹脂，所述的固化劑為多官能型固化劑與苯酚酚醛樹脂結(jié)合使用；所述的硅微粉為熔融型硅微粉，其形狀為角形，所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑中的幾種混合使用，所述的催化劑為三苯基膦系列催化劑，所述的脫模劑為脂蠟；所述的著色劑為炭黑。
實施例3。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 4％ 固化劑 2％硅微粉90％阻燃劑 0.5％脫模劑1.5％ 偶聯(lián)劑 0.2％催化劑1％ 著色劑 0.8％。
其中，所述的環(huán)氧樹脂為聯(lián)苯型型環(huán)氧樹脂與線型鄰甲酚樹脂結(jié)合使用；所述的固化劑為多官能型固化劑與甲酚酚醛樹脂結(jié)合使用；所述的硅微粉為熔融型硅微粉，其形狀為角形與球形兩者的混合物；所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑中的一種；所述的催化劑為叔胺型DBU系列；所述的脫模劑為硬脂酸鹽；所述的著色劑為炭黑。
實施例4。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 15％ 固化劑10％硅微粉70％ 阻燃劑3％脫模劑0.3％ 偶聯(lián)劑0.3％催化劑0.3％ 著色劑0.4％
應(yīng)力吸收劑 1％。
實施例5。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂8％ 固化劑6％硅微粉 80％阻燃劑1％脫模劑 1％ 偶聯(lián)劑0.5％催化劑 0.5％ 著色劑0.5％應(yīng)力吸收劑 1％ 粘接劑0.5％離子吸收劑 1％實施例6。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其步驟如下按實施例1所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間15分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在60度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。
實施例7。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其步驟如下按實施例2所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間20分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在160度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。
實施例8。一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其步驟如下按實施例5所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間18分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在100度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂 4-20％ 固化劑 2-15％硅微粉60-90％ 阻燃劑 0.01-3％脫模劑0.01-2％偶聯(lián)劑 0.01-1％催化劑0.01-1％著色劑 0.01-1％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂為聯(lián)苯型、多官能團(tuán)型環(huán)氧樹脂，或與線型鄰甲酚樹脂、雙酚A樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂結(jié)合使用；所述的固化劑為多官能型固化劑，或與苯酚酚醛樹脂，甲酚酚醛樹脂結(jié)合使用；所述的硅微粉為結(jié)晶型或熔融型硅微粉，其形狀為角形或球形或兩者的混合物；所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑中的一種或幾種混合使用；所述的催化劑為叔胺型DBU系列、三苯基膦系列催化劑；所述的脫模劑為有機(jī)硅油類、脂蠟、硬脂酸鹽等有機(jī)脫模劑的一種或幾種的混合使用；所述的著色劑為炭黑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，它還含有應(yīng)力吸收劑、粘接劑和離子吸收劑中的一種或多種，所述的應(yīng)力吸收劑為有機(jī)硅橡膠應(yīng)力吸收劑。
4.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其特征在于，其步驟如下按所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間15-20分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在60-160度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明是一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，它包括以下各組分及重量百分比含量，環(huán)氧樹脂4－20％、固化劑2－15％、硅微粉60－90％、阻燃劑0.01－3％、脫模劑、0.01－2％、偶聯(lián)劑0.01－1％、催化劑、0.01－1％、著色劑0.01－1％。本發(fā)明還涉及該組合物的制備方法，其特征在于，其步驟如下按所述的組分及重量百分比含量稱量原料，依次加入預(yù)混合器中進(jìn)行混合均勻，混合時間15－20分鐘，再將混合后的混合料通過擠出機(jī)加熱擠煉，擠出機(jī)出料口溫度控制在60－160度，再經(jīng)冷卻輸送、粗碎后再進(jìn)行粉碎，其粒徑小于4.3mm，再經(jīng)磁選、后混合，形成粉料產(chǎn)品，粉料經(jīng)預(yù)成形為餅料產(chǎn)品。本發(fā)明產(chǎn)品具有超低粘度、超低應(yīng)力、超低熱膨脹、高粘結(jié)性能、高耐熱性能、良好的電性能及工藝成型性能等特點。
文檔編號H01L23/28GK1621479SQ200310106420
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者韓江龍, 成興明, 張德偉, 單玉米, 李蘭俠, 孫正軍, 孫波, 張立忠 申請人:江蘇中電華威電子股份有限公司