低模量垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶、其制备方法及应用与流程

1.本发明属于芯片封装领域，具体涉及低模量垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶、其制备方法及应用。


背景技术：

2.薄膜黏晶胶用来将芯片固定在基板上。其使用方法为：先将薄膜黏晶胶贴在基板上，再将芯片覆盖于上，打线之后，再贴上薄膜黏晶胶，再将芯片覆盖于上，通过层层堆叠实现多芯片封装。随着半导体芯片的发展，目前趋势为：晶圆厚度与日俱减，而堆叠芯片数量则不断增加。所以对薄膜黏晶胶提出了更高的要求：模量更低，柔韧性更优，粘着力更强。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供低模量垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶、其制备方法及应用，该薄膜黏晶胶具有更低的模量，更强的膜拉伸强度以及更强的硅粘着力。
4.本发明提供的低模量三维垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶，其原料包括：二氧化硅2-5质量份，丙烯酸环氧树脂15-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-15质量份，酚醛类固态固化剂4-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂0-2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.27-0.32质量份。
5.作为优选方案， 上述薄膜黏晶胶，其原料包括：二氧化硅 2-4.5质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂0-2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
6.作为进一步的优选方案， 上述薄膜黏晶胶，其原料包括：二氧化硅2-3质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
7.作为最优选方案，上述薄膜黏晶胶，其原料包括：二氧化硅2质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂2质量份，硅橡胶合金2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
8.在一些具体实施方式中，酚醛类固态固化剂选自xylok芳烷基酚醛树脂。
9.在一些具体实施方式中，酚醛类液体固化剂选自液态酚醛树脂。
10.在一些具体实施方式中，硅橡胶合金是将硅橡胶合金母粒与热塑性聚氨酯弹性体橡胶共混经双螺杆造粒得到，其中，硅橡胶合金母粒的用量为热塑性聚氨酯弹性体橡胶的5%。
11.在一些具体实施方式中，促进剂选自咪唑类促进剂。
12.本发明提供的上述低模量三维垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶的制备方法，包括：按
配比取原料并混合，用珠磨机将混合后的原料研磨至胶状物，经真空脱泡得黏晶胶胶液，采用涂布机对黏晶胶胶液进行涂布，得薄膜黏晶胶。
13.本发明提供的上述低模量三维垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶在多芯片叠层封装中的应用。
14.和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：（1）本发明薄膜黏晶胶兼具低储能模量，高玻璃化转变温度，高膜拉伸强度，低热膨胀系数，低吸湿率，高硅片粘着力。
15.（2）在优选方案中，薄膜黏晶胶的储能模量可低至1.1mpa，膜拉伸强度可高达5.8mpa，吸湿率可低至0.21%以下，硅片粘着力可高达15.5mpa。
16.（3）本发明薄膜黏晶胶满足多芯片堆叠封装对薄膜黏晶胶的要求，适用于多芯片堆叠封装。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
18.本发明实施例提供一种低模量三维垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶，其原料包括： 二氧化硅2-5质量份，丙烯酸环氧树脂15-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-15质量份，酚醛类固态固化剂4-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂0-2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.27-0.32质量份。
19.作为优选方案，上述薄膜黏晶胶的原料包括：二氧化硅 2-4.5质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂0-2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
20.作为进一步优选方案，上述薄膜黏晶胶的原料包括：二氧化硅2-3质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂2质量份，硅橡胶合金0-2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
21.作为最优选方案，上述薄膜黏晶胶的原料包括：二氧化硅2质量份，丙烯酸环氧树脂20-25质量份，柔韧性液态环氧树脂5-6质量份，酚醛类固态固化剂5-6质量份，酚醛类液体固化剂5-9质量份，高分子硅烷偶联剂2质量份，硅橡胶合金2质量份，促进剂0.31-0.32质量份。
22.二氧化硅是黏晶胶常用的无机填充料，主要用来降低胶体材料的内应力和热膨胀系数；本技术中优选球形二氧化硅微粉。丙烯酸环氧树脂作为树脂基材，可获得低模量的胶体材料；丙烯酸环氧树脂可选自g-2050m、g-0250sp等。柔韧性液态环氧树脂主要用来降低储能模量，增强柔韧性，柔韧性液态环氧树脂可采用市面上的exa-4850系列产品，例如exa-4850-150，exa-4850-1000。优选的柔韧性液态环氧树脂，其环氧当量：350g
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450g/eq，分子量：700-900，粘度：25℃，15000-100000mpa
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23.促进剂和固化剂为胶体材料的常规组分。固化剂用来在一定温度和促进剂的作用下与环氧树脂发生交联反应，使胶体材料由流动状态变为固态。本技术中固化剂优选酚醛
类固态固化剂和酚醛类液体固化剂的组合，酚醛类固态固化剂可选自xylok芳烷基酚醛树脂，其具有xylok特殊结构，例如市面上的sh-4064；酚醛类液体固化剂可选自液态酚醛树脂，例如市面上的meh-8000。促进剂用作交联反应的催化剂，主要用来调控固化时间，对胶体材料性能无影响，选择常规促进剂按常规用量添加即可。在具体实施方式中，促进剂选择咪唑类促进剂，例如4,5-二（羟甲基）-2-苯基-1h-咪唑。
24.高分子硅烷偶联剂为高分子硅烷聚合物，其中烷基部分可与树脂融合，硅羟基亲无机，从而可在无机与有机界面间形成分子架桥，进一步提高胶体材料对硅片的附着力。硅橡胶合金可充当胶体材料中的支撑体，用来释放材料体系内应力。本技术中硅橡胶合金将a-s/tpu硅橡胶合金母粒与热塑性聚氨酯弹性体橡胶tpu共混经双螺杆造粒得到，a-s/tpu硅橡胶合金母粒的用量为tpu的5%。
25.本发明实施例中提供的一种低模量三维垂直堆叠封装用薄膜黏晶胶的制备方法，包括：按配比取原料并混合，用珠磨机将混合后的原料研磨至胶状物，经真空脱泡得黏晶胶胶液，采用涂布机对黏晶胶胶液进行涂布即得黏晶胶薄膜。
26.实施例和对比例中所用原材料具体如下：二氧化硅：市购d50粒径0.6μm的球形二氧化硅；丙烯酸环氧树脂：日本nof corporation公司的g-2050m和g-0250sp，g-2050m：重均分子量：200000，环氧当量：340 g/eq；g-0250sp：重均分子量：20000，环氧当量：310 g/eq；柔韧性液态环氧树脂：exa-4850-150，环氧当量：450g/eq，分子量：900，粘度：25℃，15000mpa
•
s；双酚f型环氧树脂：日本新日铁8170，环氧当量：155-165 g/eq，粘度：25℃，1000cps；双酚a-烷撑氧化物加成物二缩水甘油醚：se-4125p，环氧当量：240 g/eq；xylok芳烷基酚树脂：sh-4064，羟基当量168-172 g/eq；meh-8000：羟基当量141 g/eq，购于mewa chemical；硅橡胶合金：a-s/tpu母粒与tpu共混经双螺杆造粒得到，a-s/tpu母粒的质量份为tpu的5%；高分子硅烷偶联剂：metachemie厂家的addital hms。
27.促进剂：4,5-二（羟甲基）-2-苯基-1h-咪唑。
28.对比例和实施例的配方及性能参数分别见表1-2，对比例和实施例各项性能参数检测方法如下：一、储能模量：参考标准《astm e2254-2018 动态机械分析器的储能模量测定试验方法》，将黏晶胶薄膜在170℃固化1h，制作成大小55mm*10mm*2mm的样品，在测量模式（双悬臂梁模式，振动频率：1hz，振幅：10μm，升温速率：3℃/min）下测量样品的储能模量。
29.二、热膨胀系数cte1/cte2和玻璃化转变温度：参考标准《astm e831-2019 固体材料线性热膨胀热机械分析的标准试验方法》， 将黏晶胶薄膜在170℃固化1h ，制作成大小5mm*5mm*2mm的样品。采用热机械分析法 tma在压缩模式下测试样品的热膨胀系数和玻璃化转变温度。本实施例中热机械分析法的参数设
置为：预加载力：0.05n，第一次扫描：以升温速率 10℃/min，从室温升至250℃；第二次扫描：以升温速率10℃/min，从室温升至250℃；取第二次升温段曲线数据计算热膨胀系数和玻璃化转变温度。
30.三、膜拉伸强度：从黏晶胶薄膜裁取尺寸10mm*50mm的膜材即样条，撕去轻离膜，样条两端用胶带粘好，采用万能材料试验机的夹具分别夹住两端的胶带，撕去重离膜，测试膜的拉伸强度。
31.四、吸湿率：裁取尺寸50mm*50mm的膜材，转贴在硅片上，于170℃固化1h后称重。再将硅片垂直地完全浸入盛有25
±
1℃蒸馏水的玻璃容器中，表面不应附有气泡，与容器壁不接触。浸水24h后，用镊子将其取出，迅速用滤纸吸干膜表面水分，立即称重。根据前后两次重量计算吸湿率。
32.五、硅片粘着力：将两片25um厚度的3mm*3mm的膜片转贴在硅片上，于170℃固化1h后，用万能拉力机测试剪切粘结强度。
33.表1 对比例的原料配方及性能参数测试值
表2 实施例的原料配方及性能参数测试值
结合表1-2可以看出，相对对比例，本发明实施例1-9的薄膜黏晶胶，整体具有更优的综合性能：低储能模量，高玻璃化转变温度，高膜拉伸强度，低热膨胀系数，低吸湿率，高硅片粘着力。发明人分析是柔韧性液态环氧树脂、酚醛类固化剂共同作用的效果。当添加高分子硅烷偶联剂后，可进一步显著改善硅片粘着力。当添加硅橡胶合金后，硅橡胶合金和高分子硅烷偶联剂协同作用，又可进一步显著改善膜拉伸强度。
34.上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实施例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。