CN102766426A - 一种用于半导体芯片封装用的导电胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体芯片封装用的导电胶及其制备方法，包括如下重量百分比的原料：微米级银粉70%～85%，环氧树脂6%～12%，环氧活性稀释剂2%～6％，增韧树脂2%～6％，固化剂2%～6％，固化促进剂0.5%～1％，偶联剂0.5%～2％，抗氧化剂0.1%～1％。制备步骤包括：（1）将环氧树脂、增韧树脂和环氧活性稀释剂混合，得到均匀混合物A；（2）将固化剂、固化促进剂、偶联剂和抗氧化剂加入到步骤（1）制得的混合物A中，进行混合，得到均匀混合物；（3）将银粉加入到步骤（2）制得的混合物中，进行混合，即可。本发明的用于半导体芯片封装用的导电胶具有高导热率和高导电率。

Description

一种用于半导体芯片封装用的导电胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于半导体芯片封装用的导电胶及其制备方法，特别涉及一种用于半导体芯片封装用的高导热导电胶及其制备方法。

背景技术

近些年来，随着工业和消费市场对于电子设备的需求不断攀升，电子元器件进一步向高性能封装形式发展，作为发挥核心功能的半导体芯片的性能的表现越来越关键。具备了基本功能的半导体芯片必须经过芯片粘接、引线键合、气密包封等封装制程后，成为可实用化的电子元器件才能发挥其设计的各种性能，所以在其封装制程工艺过程中用到的各种材料非常重要。

芯片粘接作为半导体芯片的封装制程中的关键步骤之一，广泛使用了导电胶来将半导体芯片和基材粘接起来以固定芯片，并建立良好的导电连接实现其功能，同时把热量及时散发出去。传统的用于芯片粘接的导电胶的导热率相对比较不高，一般低于8W／m·K，基本可以满足一般应用要求。但是随着芯片性能的不断提高，单位面积的发热量越来越大，同时封装体积越来越小，所以热流密度越来越高，散热问题成为了非常大的挑战。如何及时将芯片在运行过程中产生的热量散发出去，维持正常稳定的工作环境，是一个亟待解决的问题。所以需要开发出具有更高导热性能的用于芯片粘接的导电胶，导热率最好能够高于16W/m·K；同时在力学性能、电气性能、应用性能、可靠性能等综合性能方面也必须等同于甚至优于传统的导电胶。国内已经出现了一些导电胶产品，但是真正可以充分满足半导体芯片粘接的使用要求的高导热产品却不多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高导热率和高导电率的用于半导体芯片封装用的导电胶及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于半导体芯片封装用的导电胶，包括如下重量百分比的原料：微米级银粉70%～85%，环氧树脂6%～12%，环氧活性稀释剂2%～6%，增韧树脂2%～6%，固化剂2%～6％，固化促进剂0.5%～1％，偶联剂0.5%～2%，抗氧化剂0.1%～1%。

本发明的有益效果是：本发明的优点是通过在导电胶中不同型号的微米级片状银粉之间的合理搭配，实现高导热率和高导电率。

导电胶的导热和导电主要是通过固化后胶体中导电粉末之间的多点接触来建立起良好的热流和电流的通路来实现，所以导电胶的高导热率可以通过导电粉末的优化配比设计来实现。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，微米级银粉的形状为片状、球状、树枝状或不规则形状的粉末，优选的形状为片状、球状和树枝状，更加优选的形状为片状和球状。

微米级银粉的粒径范围为0.5微米～100微米，优选的粒径范围为0.5微米～50微米，更加优选的范围为1.0微米～25微米；两种微米级银粉的粒径中位数的差别为2微米～10微米。

采用上述进一步方案的有益效果是，本发明使用不同形状和不同粒径分布范围的微米级银粉以特定的尺寸和重量的选择和配比，进行合理搭配从而可以在固化后得到更高的粉末堆积密度，从而实现更好的导电导热通路，来制备高导热率的导电胶。

进一步，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、含有萘环结构的环氧树脂、含有联苯结构的环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性环氧树脂或环氧改性有机硅树脂中的任意一种或几种的混合。

进一步，所述环氧活性稀释剂为1,4-丁二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚中的任意一种或几种的混合物。

进一步，所述增韧树脂为纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂、纳米橡胶粒子增韧环氧树脂或双马来酰亚胺树脂增韧环氧树脂中的任意一种或几种的混合物。

进一步，所述固化剂为有机胺类和/或有机酸酐类

进一步，所述有机胺类为双氰胺及其衍生物、二氨基二苯甲烷及其衍生物、二氨基二苯醚及其衍生物、二氨基二苯砜及其衍生物等中的任意一种或几种的混合物；

所述有机酸酐类为四氢苯酐及其衍生物、六氢苯酐及其衍生物、甲基四氢苯酐及其衍生物、甲基六氢苯酐及其衍生物、纳迪克酸酐及其衍生物、甲基纳迪克酸酐及其衍生物等中的任意一种或几种的混合物。

进一步，所述固化促进剂为2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑，1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、2,4-二氨基-6-（2-十一烷基咪唑-1-乙基）-S-三嗪及以上化合物的衍生物及以上化合物的盐中的任意一种或几种的混合物。

进一步，所述偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三羟基硅烷，3-(3-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷，N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三甲氧硅烷，己二胺基甲基三甲氧基硅烷，N-(2-氨乙基)-11-氨基十一烷基三甲氧基硅烷，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或几种的混合物。

进一步，所述抗氧化剂为受阻酚类和/或含磷化合物。

进一步，所述受阻酚类为2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯等中的任意一种或几种的混合物；

所述含磷化合物为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、三苯基膦、3,5-二叔丁基-4-羟基苄基二乙基膦酸酯等中的任意一种或几种的混合物。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于半导体芯片封装用的导电胶的制作方法，包括以下步骤：

（1）将重量百分比为6%～12%的环氧树脂、2%～6%的增韧树脂和2%～6%环氧活性稀释剂进行第一次混合，得到均匀混合物A；

（2）将重量百分比为2%～6%的固化剂、0.5%～1%的固化促进剂、0.5%～2%的偶联剂和0.1%～1%的抗氧化剂加入到步骤（1）制得的混合物A中，进行第二次混合，得到均匀混合物；

（3）将重量百分比为70%～85%的银粉加入到步骤（2）制得的混合物中，进行第三次混合，即得所述用于半导体芯片封装用的导电胶。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，在步骤（2）中还包括第二次混合后再进行研磨的步骤。

进一步，所述研磨的工艺条件为：在三辊研磨机上于室温下进行研磨30分钟～60分钟。

进一步，所述第一次混合的工艺条件为：在室温下混合30分钟～60分钟。

进一步，所述第二次混合的工艺条件为：在室温下混合30～60分钟。

进一步，所述第三次混合的工艺条件为：在室温下施加真空混合30分钟～60分钟。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种用于半导体芯片封装用的导电胶，包括如下重量百分比的原料：微米级银粉70%～85%，环氧树脂6%～12%，环氧活性稀释剂2%～6%，增韧树脂2%～6%，固化剂2%～6%，固化促进剂0.5%～1%，偶联剂0.5%～2%，抗氧化剂0.1%～1%。

所述用于半导体芯片封装用的导电胶制作方法，包括以下步骤：

（1）将重量百分比为6%～12%的环氧树脂、2%～6%的增韧树脂和2%～6%环氧活性稀释剂进行第一次混合，得到均匀混合物A；

所述第一次混合的工艺条件为：在室温下混合30分钟～60分钟。

（2）将重量百分比为2%～6%的固化剂、0.5%～1%的固化促进剂、0.5%～2%的偶联剂和0.1%～1%的抗氧化剂加入到步骤（1）制得的混合物A中，进行第二次混合，得到均匀混合物；

所述第二次混合的工艺条件为：在室温下混合30～60分钟；

如果有固体原料颗粒不易于分散均匀时，可将步骤（2）制得的混合物在三辊研磨机上于室温下进行研磨30分钟～60分钟成为细腻均匀混合物。

（3）将重量百分比为70%～85%的银粉加入到步骤（2）制得的混合物中，进行第三次混合，即得所述用于半导体芯片封装用的导电胶；

所述第三次混合的工艺条件为：在室温下施加真空混合30分钟～60分钟。

以下通过具体的实施例以进一步说明本发明，但不用以限制本发明。

实施例1

在室温下，分别按照下表中实施例1指定的各组分，将双酚A型环氧树脂、含有萘环结构的环氧树脂、1,4-丁二醇缩水甘油醚和纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂混合60分钟至均匀，然后加入双氰胺、2-十七烷基咪唑、3-氨丙基三甲氧基硅烷、己二胺基甲基三甲氧基硅烷、2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，室温下混合30分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉A，室温下施加真空低速混合30分钟即可制得导电胶。

实施例2

在室温下，分别按照下表中实施例2指定的各组分，将双酚A型环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚和纳米橡胶粒子增韧环氧树脂混合60分钟至均匀，然后加入二氨基二苯醚、甲基六氢苯酐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，室温下混合60分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉A和微米级银粉B，室温下施加真空低速混合60分钟即可制得导电胶。

实施例3

在室温下，分别按照下表中实施例3指定的各组分，将含有萘环结构的环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、1,4-丁二醇缩水甘油醚、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚、纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂和纳米橡胶粒子增韧环氧树脂混合60分钟至均匀，然后加入双氰胺、甲基六氢苯酐、2-十七烷基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，室温下混合60分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉A和微米级银粉B，室温下施加真空低速混合60分钟即可制得导电胶。

实施例4

在室温下，分别按照下表中实施例4指定的各组分，将双酚A型环氧树脂、二乙二醇缩水甘油醚、纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂和纳米橡胶粒子增韧环氧树脂混合30分钟至均匀，然后加入双氰胺、二氨基二苯醚、2-十七烷基咪唑、3-氨丙基三甲氧基硅烷和2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，室温下混合30分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉B，室温下施加真空低速混合30分钟即可制得导电胶。

实施例5

在室温下，分别按照下表中实施例5指定的各组分，将含有萘环结构的环氧树脂、1,4-丁二醇缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚和纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂混合30分钟至均匀，然后加入甲基六氢苯酐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、己二胺基甲基三甲氧基硅烷、2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，室温下混合60分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉A和微米级银粉B，室温下施加真空低速混合30分钟即可制得导电胶。

实施例6

在室温下，分别按照下表中实施例6指定的各组分，将环氧改性丙烯酸树脂、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚和纳米橡胶粒子增韧环氧树脂混合60分钟至均匀，然后加入二氨基二苯醚、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、3-氨丙基三甲氧基硅烷和2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，室温下混合60分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入微米级银粉A和微米级银粉B，室温下施加真空低速混合60分钟即可制得导电胶。

实施例1至6在固化条件为175摄氏度的烘箱内放置1小时。固化后材料的导热率的测试依照ASTM C518标准来进行，导电率的测试依照ASTMD257标准来进行。实施例1至6的测试结果列出在下表中。

从上表中可以看出，本发明中的导电胶保持了良好的导热性能和导电性能，可以满足现有的半导体芯片封装的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：微米级银粉70%～85%，环氧树脂6%～12%，环氧活性稀释剂2%～6%，增韧树脂2%～6%，固化剂2%～6%，固化促进剂0.5%～1％，偶联剂0.5%～2％，抗氧化剂0.1%～1％。

2.根据权利要求1所述的用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，所述微米级银粉的形状为片状、球状或树枝状中的任意一种，粒径范围为0.5微米～100微米。

3.根据权利要求1所述的用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、含有萘环结构的环氧树脂、含有联苯结构的环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性环氧树脂或环氧改性有机硅树脂中的任意一种或几种的混合；所述环氧活性稀释剂为1,4-丁二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚中的任意一种或几种的混合物；所述增韧树脂为纳米二氧化硅粒子增韧环氧树脂、纳米橡胶粒子增韧环氧树脂或双马来酰亚胺树脂增韧环氧树脂中的任意一种或几种的混合物；所述固化剂为有机胺类和/或有机酸酐类。

4.根据权利要求3所述的用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，所述有机胺类为双氰胺及其衍生物、二氨基二苯甲烷及其衍生物、二氨基二苯醚及其衍生物、二氨基二苯砜及其衍生物中的任意一种或几种的混合物；所述有机酸酐类为四氢苯酐及其衍生物、六氢苯酐及其衍生物、甲基四氢苯酐及其衍生物、甲基六氢苯酐及其衍生物、纳迪克酸酐及其衍生物、甲基纳迪克酸酐及其衍生物中的任意一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，所述固化促进剂为2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑，1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、2,4-二氨基-6-（2-十一烷基咪唑-1-乙基）-S-三嗪及以上化合物的衍生物及以上化合物的盐中的任意一种或几种的混合物；所述偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三羟基硅烷，3-(3-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷，N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三甲氧硅烷，己二胺基甲基三甲氧基硅烷，N-(2-氨乙基)-11-氨基十一烷基三甲氧基硅烷，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或几种的混合物；所述抗氧化剂为受阻酚类和/或含磷化合物。

6.根据权利要求5所述的用于半导体芯片封装用的导电胶，其特征在于，所述受阻酚类为2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯中的任意一种或几种的混合物；所述含磷化合物为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、三苯基膦、3,5-二叔丁基-4-羟基苄基二乙基膦酸酯中的任意一种或几种的混合物。

7.一种用于半导体芯片封装用的导电胶的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将重量百分比为6%～12%的环氧树脂、2%～6%的增韧树脂和2%～6%的环氧活性稀释剂进行第一次混合，得到均匀混合物A；

（2）将重量百分比为2%～6%的固化剂、0.5%～1%的固化促进剂、0.5%～2%的偶联剂和0.1%～1%的抗氧化剂加入到步骤（1）制得的混合物A中，进行第二次混合，得到均匀混合物；

（3）将重量百分比为70%～85%的银粉加入到步骤（2）制得的混合物中，进行第三次混合，即得所述用于半导体芯片封装用的导电胶。

8.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中还包括第二次混合后再进行研磨的步骤。

9.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述研磨的工艺条件为：在三辊研磨机上于室温下进行研磨30分钟～60分钟。

10.根据权利要求7至9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一次混合的工艺条件为：在室温下混合30分钟～60分钟；所述第二次混合的工艺条件为：在室温下混合30～60分钟；所述第三次混合的工艺条件为：在室温下施加真空混合30分钟～60分钟。