液晶环氧树脂组合物胶膜及其制备方法和包含其的半导体封装结构与流程

本发明涉及半导体封装，尤其是涉及一种液晶环氧树脂组合物胶膜及其制备方法和包含其的半导体封装结构。

背景技术：

1、随着第五代移动通信、人工智能、高性能计算及汽车电子等领域的迅猛发展，先进封装技术正朝着高集成度、高密度化、多功能、小型化及薄型化方向持续演进。封装尺寸不断增大、布线层数日益增加、芯片与载板之间的互连密度显著提升，这些趋势对封装材料的性能提出了前所未有的严苛要求。在这一技术背景下，先进封装材料需要同时满足两大关键性能指标：一是低热膨胀系数（cte），以确保封装体在制造和使用过程中的尺寸稳定性；二是高导热性，以实现高功率芯片产生热量的快速导出，保证器件的长期可靠运行。

2、目前常规有机封装材料在这两方面均存在明显不足，已成为制约先进封装技术进一步发展的关键瓶颈之一。常规有机封装材料的热膨胀系数远高于硅材料的热膨胀系数。硅芯片的热膨胀系数通常仅为3~4 ppm/℃，而常见的有机封装基板材料（如环氧树脂系增层胶膜、聚酰亚胺等）在玻璃化转变温度以下的热膨胀系数通常在15~30 ppm/℃甚至更高，两者相差数倍至一个数量级。这种显著的热膨胀系数失配（cte失配）在温度循环过程中会产生巨大的内应力。当封装体经历回流焊、可靠性冷热冲击测试或实际工作环境中的温度波动时，不同材料之间的膨胀与收缩差异会导致界面处产生应力积累，进而引发一系列可靠性问题。

3、另一方面，常规有机封装材料的导热系数普遍比较低。有机树脂基体本身属于热的不良导体，其导热系数通常仅在0.2~0.5 w/m•k范围内。而现代高性能芯片（如cpu、gpu、ai加速芯片、大功率led驱动芯片等）在工作状态下热流密度可达几十甚至上百瓦每平方厘米。如果封装材料无法将芯片产生的热量快速有效地传导至散热器或印制电路板，热量就会在芯片内部积累，导致芯片结温显著升高。高温不仅会降低晶体管的开关速度、增加漏电流、影响信号完整性，还会加速电迁移效应及热载流子退化等失效机制，严重缩短器件的使用寿命。对于功率半导体及汽车电子等高温应用场景而言，散热问题更是直接关系到系统的安全性与可靠性。因此，开发兼具低热膨胀系数与高导热性能的新型封装材料，已成为支撑未来高密度、高功率、高可靠性封装发展的迫切需求与重要方向。

4、目前，已经有一些方法用于降低芯片载板封装材料的热膨胀系数，比如采用高比例的二氧化硅等无机填料与环氧树脂组成无机有机复合体系，或者采用负热膨胀系数的有机树脂降低环氧树脂组合物固化后的热膨胀系数，进而提高封装材料和硅芯片的相容性。然而使用这些方法得到的封装材料导热能力普遍比较低，热导率通常低于0.3 w/m•k。此外，固化后封装胶膜产品还存在介电常数偏高、韧性差的问题，在跌落实验中容易产生裂纹，且与铜箔的粘结能力不足。

5、在此基础上，研究并开发出一种具有低热膨胀系数和高导热能力的热固化树脂组合物，对于提升芯片产品良率和稳定性具有重要意义。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种液晶环氧树脂组合物胶膜，所述胶膜通过液晶环氧树脂与非液晶环氧树脂的协同作用，在固化后形成兼具分子有序性与交联稳定性的复合结构，从而在保障良好成膜性与界面粘结性能的前提下，显著改善热膨胀行为、提升导热能力。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述液晶环氧树脂组合物胶膜的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供一种半导体封装结构。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供的一种液晶环氧树脂组合物胶膜，所述液晶环氧树脂组合物胶膜包括以下组分：液晶环氧树脂、非液晶环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填料、成膜树脂、偶联剂、增韧剂及溶剂；

6、其中，所述非液晶环氧树脂选自双环戊二烯类环氧树脂和/或具有平面芳香骨架结构的环氧树脂。

7、进一步的，所述液晶环氧树脂选自联苯类液晶环氧树脂、芳香族聚酯类液晶环氧树脂和亚甲胺类液晶环氧树脂中的一种或多种；

8、优选地，所述非液晶环氧树脂包括联苯芳烷基/联苯-酚醛型环氧树脂、萘型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、氨基苯酚类环氧树脂中的一种或多种。

9、进一步的，所述无机填料选自结晶二氧化硅、熔融二氧化硅、氧化铝、氮化铝或氮化硼中的一种或多种。

10、优选地，所述无机填料为平均粒径为0.1~53μm的球形或类球形颗粒。

11、进一步的，所述固化剂选自苯酚型线性酚醛树脂、邻甲酚酚醛树脂、双酚a酚醛树脂、双环戊二烯型酚醛树脂、含萘环酚醛树脂、芳烷基苯酚型酚醛树脂、活性酯类固化剂中的至少一种；

12、进一步的，所述固化促进剂为咪唑类化合物，所述固化促进剂选自2-甲基咪唑、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-异丙基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-十二烷基咪唑或1-氰乙基-2-甲基咪唑中的至少一种；

13、进一步的，所述成膜树脂选自苯氧树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚烯烃树脂、聚丁二烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚苯醚树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚醚酮树脂、聚酯树脂中的至少一种；

14、进一步的，所述偶联剂可以是氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、异氰酸酯类硅烷偶联剂或钛酸酯类偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物；

15、进一步的，所述增韧剂为丙烯酸系橡胶粒子、聚酰胺微粒、有机硅粒子或柔韧树脂中的一种或多种。

16、进一步的，按固体总质量为100重量份计，所述液晶环氧树脂组合物胶膜包括：

17、液晶环氧树脂1~10份、非液晶环氧树脂1~10份、固化剂1~10份、固化促进剂0.05~0.6份、无机填料60~90份、成膜树脂0.5~5份、偶联剂0.2~1份、增韧剂0.2~1份；

18、进一步的，所述胶膜还包括载体膜和保护膜，所述液晶环氧树脂组合物设于所述载体膜与所述保护膜之间。

19、进一步的，所述载体膜为pet离型膜，所述保护膜为bopp膜；

20、进一步的，所述液晶环氧树脂组合物胶膜的厚度为60~150μm。

21、本发明提供的一种液晶环氧树脂组合物胶膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

22、（a）将本发明上述液晶环氧树脂组合物胶膜的各组分与溶剂混合，得到环氧树脂浆料；

23、（b）将所述环氧树脂浆料涂覆于载体膜上，经干燥处理后，复合保护膜，得到液晶环氧树脂组合物胶膜。

24、进一步的，所述（a）中溶剂选自丁酮、甲苯、己酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮、环戊酮、二甲苯、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种；

25、进一步的，所述（b）中干燥处理的温度为50~120℃，时间为1~5min。

26、本发明提供的一种半导体封装结构，所述半导体封装结构包含上述液晶环氧树脂组合物胶膜。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、本发明提供的液晶环氧树脂组合物胶膜，所述液晶环氧树脂组合物胶膜通过引入液晶环氧树脂与选自双环戊二烯类环氧树脂和/或具有平面芳香骨架结构的非液晶环氧树脂协同配合，在固化过程中能够形成兼具分子有序性与交联网络稳定性的复合结构，从而在保持良好成膜性与界面粘结性能的同时，显著改善材料的热膨胀行为，提升导热能力。

29、本发明提供的液晶环氧树脂组合物胶膜的制备方法，该制备方法通过将各组分与溶剂混合制成均匀浆料，再经涂覆、干燥及复合保护膜的工艺步骤，实现了液晶环氧树脂组合物在载体膜上的稳定成膜，所得胶膜具有厚度均一、表面平整、无明显缺陷的特点。

30、本发明提供的半导体封装结构，该结构通过采用本发明液晶环氧树脂组合物胶膜作为绝缘介质，有效提升了芯片与封装基板之间的热匹配性与界面结合可靠性，保障了封装体的电学性能稳定性与整体服役寿命。