填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料的制作方法
【專利摘要】提供了一種填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。該填充料包括填充料核、包覆填充料核的中間層以及附著到中間層的外表面的碳納米管。該填充料有助于屏蔽電磁輻射。此外，該填充料有助于抑制塑封過程中或之后產(chǎn)生的氣體的釋放。此外，該填充料有助于提高對濕氣的抵抗能力。
【專利說明】填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體封裝領(lǐng)域，更具體地涉及一種填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。

【背景技術(shù)】
[0002]半導體封裝件通常包括芯片和包封并保護芯片的包封構(gòu)件，例如，環(huán)氧塑封料(EMC)。傳統(tǒng)的環(huán)氧塑封料包括固化的環(huán)氧樹脂和諸如氧化硅的填充料。
[0003]傳統(tǒng)的包封構(gòu)件不能起到屏蔽電磁輻射的作用，不能有效地阻止塑封過程中或之后產(chǎn)生的氣體的釋放，并且對濕氣的抵抗能力較差。因此，需要通過改進包封構(gòu)件來提高半導體封裝件的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的在于提供一種能夠解決上述技術(shù)問題中的至少一個技術(shù)問題的填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種有助于屏蔽電磁輻射的填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。
[0006]本發(fā)明的又一目的在于提供一種有助于抑制塑封過程中或之后產(chǎn)生的氣體的釋放的填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供一種有助于提高對濕氣的抵抗能力的填充料、其制造方法及包括該填充料的環(huán)氧塑封料。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的填充料包括:填充料核；包覆填充料核的中間層；以及附著到中間層的外表面的碳納米管。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，填充料核包括氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硼、紅磷、有機磷類、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鈣、硼酸鋅中的至少一種。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，填充料核具有0.1 μπι-150 μπι的粒徑。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，中間層包括有機凝膠、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮鹽、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，中間層具有0.1 μπι-150μ μπι的厚度。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，填充料核的表面、中間層本身、中間層的外表面和所述碳納米管中的至少一者是被修飾或官能化的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一方面，填充料核的重量是填充料的總重量的50% -95%,中間層的重量是填充料的總重量的0.1% -49%，碳納米管的重量是填充料的總重量的
0.001% -10%。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的填充料的制造方法包括:在填充料核的表面上包覆中間層；以及在中間層的表面上自組裝碳納米管。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的環(huán)氧塑封料包括:環(huán)氧樹脂；固化劑；以及根據(jù)本發(fā)明的填充料。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一方面，環(huán)氧樹脂包括雙酚A型環(huán)氧樹脂、鄰甲酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、多官能團型環(huán)氧樹脂、茶型環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂中的至少一種。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一方面，固化劑包括酚醛樹脂、酸酐類固化劑、多胺類固化劑中的至少一種。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，環(huán)氧樹脂的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的6%-30%，固化劑的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的3% _15%，所述填充料的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的 60% -90% ο
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述環(huán)氧塑封料還包括固化促進劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑、改性劑、應力吸收劑、粘接助劑中的至少一種。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過下面結(jié)合附圖對實施例的描述，本發(fā)明的以上和/或其它方面和優(yōu)點將變得清楚且更容易理解，在附圖中:
[0022]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料的示意性剖視圖。
[0023]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料所應用到的半導體封裝件的示意性剖視圖。

【具體實施方式】
[0024]在下文中，將參照附圖來更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的實施例。本發(fā)明可以以許多不同的方式來實施，而不應該被理解為局限于這里闡述的實施例。在附圖中，為了清晰起見，可夸大層和區(qū)域的尺寸。
[0025]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10的示意性剖視圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10包括填充料核11、包覆填充料核11的中間層12以及附著到中間層12的外表面的碳納米管(CNT) 13。
[0026]填充料核11可包括氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硼、紅磷、有機磷類、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鈣、硼酸鋅中的至少一種。填充料核11的作用包括降低成本、提高熱導率、提高耐熱性、降低熱膨脹系數(shù)、降低吸水率、降低成型收縮率、增加介電性能、增加機械強度等中的至少一種。用作填充料核11的氧化硅可以是傳統(tǒng)3102粉(例如硅微粉)，傳統(tǒng)S12粉可以包括結(jié)晶型S1 2粉、熔融型S12粉。用作填充料核11的氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硼除了可具有傳統(tǒng)S12粉的性能中的至少一種之外，還可具有高的導熱性。用作填充料核11的紅磷、有機磷類、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鈣、硼酸鋅除了可具有傳統(tǒng)S12粉的性能中的至少一種之外，還可具有阻燃性。
[0027]填充料核11可具有球形、橢球形、角形、柱形、不規(guī)則形狀等形狀。填充料核11的形狀不受具體限制。填充料核11可具有0.1μπι-150μπι的粒徑，并可具有5μπι-50μπι的中位粒徑d50。然而，填充料核11的粒徑不受具體限制。
[0028]中間層12包覆填充料核11。這里使用的術(shù)語“包覆”表示至少部分地覆蓋，包括部分地覆蓋和完全覆蓋。
[0029]中間層12可包括有機凝膠、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮鹽、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。所述有機凝膠可以包括聚丙烯酰胺凝膠、聚丙烯酰胺葡聚糖凝膠、聚乙烯醇凝膠、瓊脂糖凝膠、葡聚糖凝膠、有機硅凝膠、磷脂有機凝膠、脂肪酸類有機凝膠、蒽類衍生物有機凝膠、脲類衍生物有機凝膠、氨基酸類有機凝膠、類固醇類有機凝膠、普郎尼克有機凝膠中的至少一種。所述聚合物可以包括諸如聚酰亞胺、聚多胺、聚苯胺、聚丙烯酸或聚二烯丙基二甲基氯化銨的聚電解質(zhì)、重氮樹脂、苯乙炔齊聚物中的至少一種。
[0030]中間層12可以通過物理作用和/或化學作用包覆在填充料核11的表面上。在一個示例性實施例中，填充料核11的表面可以是被修飾或官能化的，中間層12可通過物理作用和/或化學作用包覆在填充料核11的被修飾或官能化的表面上。在一個示例性實施例中，填充料核11的表面是未被修飾或官能化的，中間層12可物理地包覆在填充料核11的表面上。
[0031]CNT 13直接附著到填充料核11會是相對困難的。因此，在填充料核11的外表面上提供中間層12，使得CNT 13容易地附著到中間層12，例如，使得CNT 13容易地自組裝在中間層12上。中間層12本身或其外表面可以是被修飾或官能化的，以使得CNT 13可以容易地附著到中間層12，例如，使得CNT 13容易地自組裝在中間層12上。
[0032]包覆填充料核11的中間層12可具有0.Ιμπι-ΙδΟμπι的厚度。如果中間層12的厚度小于0.1 μπι，則中間層12可能不能充分地包覆填充料核11 ;如果中間層12的厚度大于1501 μ m，則填充料10的尺寸可能太大，從而可能劣化填充料10的性能。然而，中間層12的厚度不受具體限制。
[0033]CNT又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。CNT可主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成一層到數(shù)十層的同軸圓管，層與層之間可保持固定的距離。CNT —般具有2?40nm的直徑。CNT可具有良好的力學性能、電學性能和傳熱性能。
[0034]附著到中間層12的外表面的CNT 13(例如，多個CNT 13)可以是單壁CNT或多壁CNT。CNT 13可以在其端部或中間附著到中間層12。CNT 13的所附著到中間層12的部位不受具體限制。CNT 13可以包括一層或多層CNT。
[0035]CNT 13可以是被修飾或官能化的，以使得CNT 13可以容易地附著到中間層12，例如，使得CNT 13容易地自組裝在中間層12上。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10中，填充料核11的重量可以是填充料10的總重量的50% -95%，中間層12的重量可以是填充料10的總重量的0.1% -49%，CNT13的重量可以是填充料10的總重量的0.001% -10%。然而，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10中的填充料核11、中間層12和CNT 13的重量范圍不受具體限制。
[0037]可通過在填充料核11的表面上包覆中間層12，然后在中間層12的表面上自組裝CNT 13來制造根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10。
[0038]可通過噴涂、旋涂、散布(dispensing)在填充料核11的表面上包覆中間層12。在一個示例性實施例中，可以首先化學修飾填充料核11的表面或使其官能化，然后可通過噴涂、旋涂、散布(dispensing)在填充料核11的表面上包覆中間層12。在一個示例性實施中，可以化學修飾中間層12的外表面或使其官能化，以使得之后CNT 13可以容易地附著到中間層12，例如，使得CNT 13容易地自組裝在中間層12上。
[0039]可通過化學吸附自組裝、靜電自組裝、模板自組裝、表面張力及毛細管力誘導下的自組裝、DNA操縱下的自組裝等方法在中間層12的表面上自組裝CNT 13。在一個示例性實施例中，可將包覆有中間層12的填充料核11浸在分散有CNT的溶液中來使得CNT在中間層12上自組裝，然后去除溶劑并執(zhí)行干燥來制造填充料10 ;在這種情況下，可以對中間層12的表面進行修飾(或不修飾)或官能化(或不官能化)，之后執(zhí)行CNT的自組裝。
[0040]中國專利公布CN1500715A、中國專利公布CN103827026A、“碳納米管的自組裝研宄進展”(李靜等，《材料導報》，2007年11月第21卷專輯IX，131-133頁)、“碳納米管自組裝的研宄進展”(周延輝等，《陜西科技大學學報》，第30卷，第2期，39-43頁，2012年4月)、“碳納米管在APTES自組裝膜表面沉積的研宄”(彭倚天等，《微細加工技術(shù)》，2006年6月，第3期，54-57頁)、“層層自組裝法制備碳納米管薄膜研宄進展”(王素敏等，《廣州化工》，2011年39卷第3期，22-27頁)、“基于有機功能化碳納米管的自組裝”(王國建等，《化學通報》，2006年第12期，892-901頁)、“多壁碳納米管在不同表面功能基團自組裝膜上的沉積”(彭倚天等，《中國機械工程》，第16卷第14期，2005年7月，1286-1288頁)中公開了CNT的多種自組裝方法，本申請通過引用將這些文獻包含于此，其中合適的方法可用于執(zhí)行CNT13在中間層12上的自組裝。
[0041]根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料包括作為基體樹脂的環(huán)氧樹脂、固化劑和根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料包括均勻地或非均勻地分散在環(huán)氧樹脂中的填充料10。
[0042]環(huán)氧樹脂是環(huán)氧塑封料的重要組成部分之一。環(huán)氧樹脂的種類和它所占的比例的不同，不但直接影響著環(huán)氧塑封料的流動特性，還直接影響著環(huán)氧塑封料的熱性能和電特性。環(huán)氧樹脂可包括雙酚A型環(huán)氧樹脂、鄰甲酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、多官能團型環(huán)氧樹脂、茶型環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂中的至少一種。環(huán)氧樹脂的類型不受具體限制。
[0043]固化劑的主要作用可以是與環(huán)氧樹脂反應形成一種穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。固化劑和環(huán)氧樹脂一起影響著環(huán)氧塑封料的流動特性、熱性能和電特性。固化劑可包括酚醛樹脂、酸酐類固化劑、多胺類固化劑中的至少一種。固化劑的類型不受具體限制。
[0044]在根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料中，環(huán)氧樹脂的重量可以是環(huán)氧塑封料的總重量的6% -30%，固化劑的重量可以是環(huán)氧塑封料的總重量的3% -15%，填充料10的重量可以是環(huán)氧塑封料的總重量的60% -90%。然而，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料中的環(huán)氧樹脂、固化劑和填充料10的重量范圍不受具體限制。
[0045]根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料可由環(huán)氧樹脂、固化劑和根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10組成?？蛇x擇地，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料還可包括固化促進劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑、改性劑、應力吸收劑、粘接助劑等中的至少一種。
[0046]根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料的制造方法可包括將環(huán)氧樹脂、固化劑和根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10混合。在一個實施例中，可以混合環(huán)氧樹脂、固化劑和根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料10以得到混合物，然后熔煉混合物，之后冷卻并粉碎混合物，以得到根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料。
[0047]參照圖2，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的填充料和環(huán)氧塑封料所應用到的半導體封裝件100包括基板110、安裝在基板110上的半導體芯片120以及包封半導體芯片120的包封構(gòu)件130。包封構(gòu)件130可由根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料制成，更具體地講，包封構(gòu)件130可以是固化的根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的環(huán)氧塑封料。
[0048]基板110可以是印刷電路板(PCB)。基板110可具有上表面和與上表面相對的下表面。基板110可包括設(shè)置在上表面上的上焊盤(未示出)、設(shè)置在下表面上的下焊盤(未示出)以及設(shè)置在基板110的內(nèi)部以將上焊盤與下焊盤電連接的內(nèi)部引線。
[0049]半導體芯片120具有主動面和與主動面相對(或背對主動面)的非主動面。半導體芯片120可正裝于基板110上(更具體地，基板110的上表面上)，或者可倒裝于基板110上(更具體地，基板110的上表面上)。在半導體芯片120正裝于基板110上的情況下，半導體芯片120的非主動面(即，面對基板110的表面)可通過芯片粘附膜固定在基板110的芯片支撐部上，半導體芯片120的主動面(即，背對基板110的表面)可通過鍵合線電連接到基板110的上表面上的上焊盤，上焊盤可通過基板110內(nèi)部的引線電連接到基板110的下表面上的下焊盤。在半導體芯片120倒裝于基板110上的情況下，半導體芯片120的主動面(即，面對基板110的表面)可通過凸塊(bump)安裝在基板110的上表面上的上焊盤上并電連接到基板110的上表面上的上焊盤，上焊盤可通過基板110內(nèi)部的引線電連接到基板110的下表面上的下焊盤，半導體芯片120的非主動面可背對基板110的上表面。半導體芯片120在基板110上的安裝形式不限于正裝或倒裝。雖然圖2中示出了一個半導體芯片120，但是半導體芯片可以是多個，例如層疊的多個半導體芯片。
[0050]包封構(gòu)件130包封半導體芯片120，以保護半導體芯片120不受外界環(huán)境或外部沖擊的影響。包封構(gòu)件130還可包封基板110的其上安裝有半導體芯片120的上表面的至少一部分。在一個實施例中，包封構(gòu)件130包封半導體芯片120以及基板110的上表面的全部。
[0051]半導體封裝件100還可包括設(shè)置在基板110的下表面上的外部連接端子140。外部連接端子140可設(shè)置在基板110的下表面上的下焊盤上。因此，半導體芯片120可通過基板110電連接到外部連接端子140，具體地，可通過基板110的上焊盤、內(nèi)部引線和下焊盤電連接到外部連接端子140。外部連接端子140可以是焊球。
[0052]可通過提供基板110，在基板110上安裝半導體芯片120，用包封構(gòu)件130包封半導體芯片120，并在基板110上附著外部連接端子140來制造半導體封裝件100。制造半導體封裝件100的方法可以是已知的，在此不再贅述。
[0053]因為CNT具有良好的電磁屏蔽作用，所以包括CNT 13的包封構(gòu)件130可具有良好的屏蔽電磁輻射的作用，從而提高半導體封裝件100的可靠性。
[0054]此外，包封構(gòu)件130中的CNT 13可以有效地吸附塑封過程中或之后產(chǎn)生的氣體，減少氣體通道的形成，從而提高半導體封裝件100的可靠性。
[0055]此外，包封構(gòu)件130中的CNT 13可以有效地吸附來自外界環(huán)境的濕氣，從而提高半導體封裝件100的可靠性。
[0056]雖然參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出形式上和細節(jié)上的各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種填充料，其特征在于所述填充料包括: 填充料核； 包覆填充料核的中間層；以及 附著到中間層的外表面的碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核包括氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硼、紅磷、有機磷類、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鈣、硼酸鋅中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核具有0.1 μπι-150 μπι的粒徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，中間層包括有機凝膠、聚合物、硅烷及其衍生物、硅氧烷及其衍生物、重氮鹽、芘化合物、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，中間層具有0.1 μπι-150 μπι的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核的表面、中間層本身、中間層的外表面和所述碳納米管中的至少一者是被修飾或官能化的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充料，其特征在于，填充料核的重量是填充料的總重量的50% -95%，中間層的重量是填充料的總重量的0.1% -49%，碳納米管的重量是填充料的總重量的0.001% -10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中的任一項所述的填充料的制造方法，其特征在于所述方法包括: 在填充料核的表面上包覆中間層；以及 在中間層的表面上自組裝碳納米管。
9.一種環(huán)氧塑封料，其特征在于所述環(huán)氧塑封料包括: 環(huán)氧樹脂； 固化劑；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中的任一項所述的填充料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的環(huán)氧塑封料，其特征在于，環(huán)氧樹脂的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的6%-30%，固化劑的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的3%-15%，所述填充料的重量是環(huán)氧塑封料的總重量的60% -90%。
【文檔編號】C08K7/00GK104497356SQ201410698978
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】王玉傳 申請人:三星半導體(中國)研究開發(fā)有限公司, 三星電子株式會社