半导体封装用底部填充胶及芯片倒装的半导体封装结构的制作方法

1.本技术涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种半导体封装用底部填充胶、及使用所述半导体封装用底部填充胶的芯片倒装的半导体封装结构。


背景技术：

2.底部填充胶是一种低黏度、低温固化的毛细管流动底部下填料的化学胶粘剂，通过加热的形式固化，广泛应用于mp3、usb、手机、篮牙等手提电子产品的线路板组装。在芯片封装中，直接将底部填充胶涂覆于芯片或基材上，然后加热固化。底部填充材料作为倒装芯片封装的关键材料，可以有效保护高密度的焊球，分散芯片表面承载的应力，同时缓解芯片、焊料和基板三者热膨胀系数不匹配产生的内应力，可以保护芯片免受物理、化学等环境因素造成是损伤，增加芯片及封装器件的加工性、可靠性和使用寿命。
3.随着电子产品向小型化和多功能化方向发展，芯片集成度、封装密度和工作频率的提高，功率与体积的比值日益增大，造成电子产品在高功能、高传输速率工作状态下，芯片的热流密度迅速增加，发热功率越来越大，从而使芯片面临严峻的考验，需要高温下性能优异的底部填充胶对芯片进行封装。
4.此外，在地热生产和石油生产的过程中，温度通常会超过200℃，相关电子设备就需要使用可耐高温的芯片，对于用于耐高温的芯片封装的底部填充胶也提出了更高的要求。
5.然而，现有的底部填充胶不耐高温或者高温下的断裂伸长率较低，而导致韧性较低，不能吸收芯片与封装基板之间的应力和应变，在较强的冲击下容易断裂，不能满足耐高温芯片的封装需求。


技术实现要素：

6.本技术提供一种半导体封装用底部填充胶，目的为改善现有的底部填充胶高温条件下断裂伸长率低的问题。
7.本技术实施例是这样实现的，一种半导体封装用底部填充胶，包括环氧树脂、填料、固化剂、增韧剂及促进剂，所述高断裂伸长率底部填充胶中，所述环氧树脂的含量为13
‑
20wt％，所述填料的含量为60
‑
65wt％，所述固化剂的含量为10
‑
20wt％，所述增韧剂的含量为5
‑
15wt％，所述促进剂的含量为0.5
‑
0.8wt％，所述增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物。
8.可选的，在本技术的一些实施例中，所述环氧树脂选自双酚a环氧树脂。
9.可选的，在本技术的一些实施例中，所述填料包括二氧化硅。
10.可选的，在本技术的一些实施例中，所述二氧化硅的粒径为0.1
‑
0.5μm。
11.可选的，在本技术的一些实施例中，所述固化剂选自咪唑类环氧固化剂、二羟甲基脲及双氰胺中的至少一种。
12.可选的，在本技术的一些实施例中，所述促进剂选自2,4,6
‑
三(二甲胺基甲基)苯
酚、n
‑
苄基二甲胺及2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑中的至少一种。
13.可选的，在本技术的一些实施例中，所述底部填充胶还包括着色剂。
14.可选的，在本技术的一些实施例中，所述着色剂的含量为0.1
‑
0.5wt％。
15.相应的，本技术实施例还提供一种芯片倒装的半导体封装结构，包括基板、设置在基板的功能面一侧的芯片、及位于所述基板与芯片之间的多个焊料凸点，所述基板与芯片之间的间隙中填充有底部填充材料，所述底部填充材料由上述底部填充胶热固化后形成。
16.本技术的底部填充胶包括增韧剂甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物。所述甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物具有核壳结构，易分散在环氧树脂体系中，在200℃以上的高温下仍可以有效的降低所述环氧树脂的交联密度，从而提高底部填充胶的韧性，使底部填充胶具有高达8
‑
25％的高断裂伸长率。此外，所述增韧剂可以在添加量仅为5
‑
15wt％时，即可达到提高底部填充胶断裂伸长率的效果，且所述两种增韧剂的分散效果好，所述两种增韧剂的添加不会影响底部填充胶的其它力学性能。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本技术实施例提供的一种半导体倒装结构的示意图。
具体实施方式
19.下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
20.本技术实施例提供一种高断裂伸长率底部填充胶，主要用于耐高温芯片的封装。所述高断裂伸长率底部填充胶包括环氧树脂、填料、固化剂、增韧剂着色剂及促进剂。
21.所述高断裂伸长率底部填充胶中，所述环氧树脂的含量为13
‑
20wt％，所述填料的含量为60
‑
65wt％，所述固化剂的含量为10
‑
20wt％，所述增韧剂的含量为5
‑
15wt％，所述着色剂的含量为0.1
‑
0.5wt％，所述促进剂的含量为0.5
‑
0.8wt％。
22.所述环氧树脂可以选自但不限于双酚a环氧树脂。在至少一优选的实施例中，所述双酚a环氧树脂选自美国陶氏der332、台湾长春化学d810及台湾长春化学d822中的至少一种。
23.所述填料包括二氧化硅。在至少一优选的实施例中，所述二氧化硅的粒径为0.1
‑
0.5μm。
24.所述固化剂选自咪唑类环氧固化剂、二羟甲基脲(dmu)、双氰胺(dicy)中的至少一种。在至少一优选的实施例中，所述咪唑类环氧固化剂选自日本味之素pn
‑
23及四国化成2mz
‑
a中的至少一种。所述种类的固化剂为耐高温型固化剂，可以耐245℃高温。所述固化剂的添加可以提高底部填充胶的耐热性，使底部填充胶在高温下仍具有较好的性能，如高断裂伸长率、低膨胀系数、高流动性等。
25.所述味之素pn
‑
23的结构式如下：
[0026][0027]
所述二羟甲基脲dmu的结构式如下：
[0028][0029]
所述双氰胺dicy的结构式如下：
[0030][0031]
所述2mz
‑
a的结构式如下：
[0032][0033]
所述增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物(mbs)。所述甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物具有核壳结构，易分散在环氧树脂体系中，在200℃以上的高温下仍可以有效的降低所述环氧树脂的交联密度，从而提高底部填充胶的韧性，使底部填充胶具有高达8
‑
25％的高断裂伸长率。此外，所述增韧剂可以在添加量仅为5
‑
15wt％时，即可达到提高底部填充胶断裂伸长率的效果，且所述两种增韧剂的分散效果好，所述两种增韧剂的添加不会影响底部填充胶的其它力学性能。
[0034]
在至少一优选的实施例中，所述具有甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物(mbs)选自阿科玛clearstrength xt100及阿科玛e920中的至少一种。
[0035]
所述着色剂可以选自炭黑等常规应用于底部填充胶的着色剂。
[0036]
所述促进剂选自2,4,6
‑
三(二甲胺基甲基)苯酚(dmp
‑
30)、n
‑
苄基二甲胺(bdma)及2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑中的至少一种。所述种类的促进剂对底部填充胶具有固化促进作用的同时，又可降低底部填充胶中的环氧树脂的交联密度，减弱底部填充胶的刚性，使底部填充胶的韧性增强，断裂伸长率增大。
[0037]
所述2,4,6
‑
三(二甲胺基甲基)苯酚的化学结构式如下：
[0038][0039]
所述n
‑
苄基二甲胺的化学结构式如下：
[0040][0041]
所述2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑的化学结构式如下：
[0042][0043]
本技术的底部填充胶包括13
‑
20wt％的环氧树脂、60
‑
65wt％的填料、10
‑
20wt％的固化剂、5
‑
15wt％的增韧剂、0.1
‑
0.5wt％的着色剂及0.5
‑
0.8wt％的促进剂，且固化剂选用日本味之素pn
‑
23、dmu、dicy、2mz
‑
a中的至少一种，增韧剂选自具有核壳结构的甲基丙烯酸甲酯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元共聚物。在所述组份和含量的协同作用下，所述底部填充胶具有高温下高端列伸长率的特性。
[0044]
请参阅图1，本技术实施例还提供一种芯片倒装的半导体封装结构100，包括基板10、设置在基板10的功能面一侧的芯片20、及位于所述基板10与芯片20之间的多个焊料凸点30。所述基板10的功能面上排布有多个接触垫11，所述芯片20的邻近基板10一侧的表面的对应区域排布有多个底部触碰金属21，每一接触垫11与一底部触碰金属21对应，且相对应的接触垫11与底部触碰金属21之间通过一焊料凸点30电连接。
[0045]
所述基板10与芯片20之间的间隙中填充有底部填充材料40，所述底部填充材料40由所述高断裂伸长率底部填充胶热固化后形成。
[0046]
本技术的芯片倒装的半导体封装结构100的底部填充材料40由本技术的高断裂伸长率底部填充胶固化后形成，具有高温下高断裂伸长率的特性，在高温条件下也可以吸收芯片20与基板10之间的应力和应变，使基板10和芯片20在较强的冲击下也不容易断裂，可以满足耐高温芯片的封装需求。
[0047]
下面通过具体实施例来对本技术进行具体说明，以下实施例仅是本技术的部分实施例，不是对本技术的限定。
[0048]
实施例1
[0049]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0050][0051]
实施例2
[0052]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0053][0054]
实施例3
[0055]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0056][0057]
实施例4
[0058]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0059][0060]
实施例5
[0061]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0062][0063]
实施例6
[0064]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0065][0066][0067]
实施例7
[0068]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0069][0070]
实施例8
[0071]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0072]
[0073]
实施例9
[0074]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0075][0076][0077]
实施例10
[0078]
本实施例的高断裂伸长率底部填充胶的组成为：
[0079][0080]
对比例1
[0081]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0082][0083]
对比例2
[0084]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0085][0086]
对比例3
[0087]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0088][0089][0090]
对比例4
[0091]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0092][0093]
对比例5
[0094]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0095][0096]
对比例6
[0097]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0098][0099]
对比例7
[0100]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0101][0102]
对比例8
[0103]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0104][0105]
对比例9
[0106]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0107][0108]
对比例10
[0109]
本对比例的底部填充胶的组成为：
[0110][0111][0112]
对所述实施例1
‑
10的高断裂伸长率底部填充胶及对比例1
‑
10的底部填充胶进行高温断裂伸长率测试、流动性测试、dma储能模量测试及tma膨胀系数测试。高温断裂伸长率
测试方法为：将实施例1
‑
10的高断裂伸长率底部填充胶及对比例1
‑
10的底部填充胶分别涂在条状模具中，150℃下固化1小时，得到长30mm、宽2mm、厚0.3mm的样条，使用dma(动态机械热分析仪)在245℃的物温度下，以5n/min的速度将拉伸力以升高到18n，记录样条断裂时的伸长率和断裂强度。流动性测试方法为：将宽20mm、厚0.5mm的正方形玻璃片用30um厚的双面胶粘住四个角贴在载玻片上，然后放在温度为90℃的电热板上，预热3min，采用细钢针将待测底部填充材料沿着正方形玻璃片的一条边横向涂抹，同时开始计时，在毛细力的作用下底部填充材料会在玻璃片底部延流，记录底部填充材料流到玻璃片边长一半(10mm)的时间以及流满(20mm)的时间。储能模量分别取温度为25℃
‑
250℃的值，膨胀系数cte1/2分别取温度为30℃
‑
50℃和150℃
‑
200℃的值。测试结果参下表一：
[0113]
表一：
[0114][0115][0116]
由上表可知，相较于对比例1
‑
8的底部填充胶，实施例1
‑
10的高断裂伸长率底部填
充胶在245℃下仍具有较强的断裂伸长率及断裂强度，可以满足耐高温芯片的封装要求。相较于对比例9
‑
10添加非本技术的增韧剂的底部填充胶，实施例1
‑
10的高断裂伸长率底部填充胶具有更高的断裂伸长率及断裂强度。
[0117]
以上对本技术实施例所提供的底部填充胶进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。