專利名稱：用于板面安裝的環(huán)氧模塑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對于板面安裝集成電路(1C)封裝可提供高信賴度和高耐封裝開裂的環(huán)氧模塑料配方。按慣例，集成電路(1C)封裝曾是采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧模塑料配方進(jìn)行灌封的，在電路板上的固定包括通過電路板內(nèi)的孔洞插入封裝的插頭和在很高的溫度下(215～260℃)焊接該伸出的插頭。該電路板限制了熱量流到灌封裝置中;因此，封裝經(jīng)受很小的熱焊接應(yīng)力，從而對于封裝開裂具有很高的可信賴度。
當(dāng)前，在1C封裝方面的發(fā)展趨勢是趨向于板面安裝型。這些封裝不通過板上的孔洞插入而是直接安裝到板上。通常這些封裝比常規(guī)的封裝薄，而且，這種板面安裝技術(shù)可使封裝焊接到電路板的兩側(cè)，因此有兩個可能的位置，在這種焊接方法中，整個封裝和電路都要被暴露到高溫下。這種暴露將增加封裝經(jīng)受的熱焊接應(yīng)力，而且由于這些封裝很薄加之又使它們經(jīng)受高溫因而更增加了封裝開裂的可能性。由于塑料灌封吸收的任何量的濕氣更加重了封裝開裂的問題。因此很有必要發(fā)展一種可防止這種焊接引起封裝開裂的環(huán)氧模塑料配方并提供塑料灌封以外的其它性能(低應(yīng)力，優(yōu)良的加工性，低離子性，等)。
日本專利申請No.01-276653披露一種板面安裝環(huán)氧灌封劑，該灌封劑含有多功能環(huán)氧樹脂，多功能固化劑和液態(tài)硅氧烷橡膠。
日本專利申請No.02-069514披露一種與其粒度要求低于3μm的二氧化硅顆粒結(jié)合使用的多功能環(huán)氧樹脂。
日本專利申請No.63-226951披露的是線型酚醛清漆一有機聚硅氧烷嵌段共聚物、多功能環(huán)氧樹脂，多功能固化劑和二氧化硅。
本發(fā)明的目的在于提供一種在215℃下具有高撓曲強度從而可消除板面安裝應(yīng)用中遇到的因焊接而引起封裝開裂問題的環(huán)氧模塑料配方并且也提供優(yōu)良的低應(yīng)力特性。
本發(fā)明還有一個目的則是提供一種環(huán)氧模塑組合物，該組合物含有高填充量的二氧化硅顆粒以便提供低吸濕性并減少該模塑組合物的熱膨脹系數(shù)，另外該組合物在模塑條件下還將有足夠的流動性。
本發(fā)明的一個具體實施方案將提供一種用于板面安裝的低應(yīng)力環(huán)氧灌封組合物。該板面安裝環(huán)氧灌封劑含有(A)5～15%的多功能環(huán)氧樹脂、(B)2.5～8%的多功能苯酚固化劑、(C)70～85%的熔融二氧化硅填料、(D)0.25～3%的硅氧烷橡膠粉末、和(E)0.25～3%的硅氧烷流體。這種組合物提供低應(yīng)力性能和耐焊接引起的封裝開裂和低吸濕性。
在另一個具體實施方案中，本發(fā)明將提供一種環(huán)氧模塑組合物，該組合物由于其中含有高填充量的二氧化硅，因此將提供優(yōu)良的模塑性。
本發(fā)明的最佳實施方案說明于下(A)用于本發(fā)明的環(huán)氧樹脂是多功能型的，最好是三苯酚甲烷衍生的樹脂。該多功能樹脂可以單獨使用，或與常規(guī)的EOCN樹脂、疏水烴環(huán)氧樹脂、雙酚衍生的環(huán)氧樹脂、雙酚A樹脂等結(jié)合使用。該多功能樹脂將賦予該組合物高溫下的撓曲強度并減少焊接引起的開裂現(xiàn)象。
(B)用于本發(fā)明的固化劑是多功能型的，最好，是三苯酚甲烷衍生物。該樹脂可以單獨使用或者與常規(guī)的苯酚酚醛清漆固化劑、疏水烴苯酚酚醛清漆、對苯二甲撐二甲醚酚醛清漆(xyloknovolaks)等結(jié)合使用。該多功能固化劑將賦予高溫?fù)锨鷱姸炔p少焊接引起的開裂現(xiàn)象。
(C)用于本發(fā)明的熔融二氧化硅是以高重量百分含量填充到組合物中的，以便減少模塑料配方的吸濕性也為了減少熱膨脹系數(shù)。通常熔融二氧化硅的用量是從大約70%到大約85%(按配方重量計)，最好是從配方的75%到85%。。對于降低吸濕性和降低熱膨脹系數(shù)而言其填充量最好大于大約79%(按重量計)。所用的熔融二氧化硅可以是壓碎的顆粒狀，或者是球狀，或者是兩者的混合物。恰當(dāng)?shù)剡x擇粒度、形狀和填充量將可在賦予低吸濕性和低膨脹系數(shù)的同時也賦予良好的模塑性。最好該熔融二氧化硅是65～85%的球狀二氧化硅和大約35～15%的壓碎二氧化硅的摻混物。
(D)用于本發(fā)明的硅氧烷橡膠粉末最好是球形的并且其粒度小于50μm。使用該橡膠顆粒的作用在于減少熱膨脹系數(shù)和減少模量。也可以使用粒度為＞50μm的壓碎顆粒狀的硅氧烷橡膠，但是它們不能有效地減少熱膨脹系數(shù)和模量。
(E)用于本發(fā)明的硅氧烷流體是液態(tài)的，最好含有有機功能基團(tuán)。最好的硅氧烷流體是那些既含有環(huán)氧功能基又含有多亞烷氧功能基的硅氧烷流體。這些流體在減少模量和降低模塑料配方粘度方面是很有效的。使用只含一種或其它官能基的流體將限制本發(fā)明中改進(jìn)的可能性。
組合物的制備方法例如，在球磨機中混合和摻混各種材料，并可以將該摻混物進(jìn)行壓緊以便容易處理，如果需要，還可以在擠壓機中進(jìn)行預(yù)軟化或熔融混合，通常該摻混物可用任何合適的設(shè)備，例如傳送機，送到差動輥式地研磨機中，該研磨機包括一個熱輥和一個冷輥，兩輥沿著它們的縱向保持在1和6毫米之間的間距放置著，該距離稱做輥隙。該輥隙可以調(diào)節(jié)，以獲得所需尺寸的片材。
該差動輥式研磨機基本上可以是本技術(shù)領(lǐng)域已知的任何一種該類型研磨機。通常，該研磨機的各個輥子是在相反方向上以不同的表面速度圍繞它們各自的縱軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，而該軸是近似水平的配置著。通常，各輥的相對轉(zhuǎn)動速度比為1.1∶1和1.3∶1之間，并且其熱輥的轉(zhuǎn)速通常從大約10至30轉(zhuǎn)/分。各個輥子通過任何適當(dāng)?shù)妮S承裝置轉(zhuǎn)動式地安裝在適當(dāng)?shù)闹挝锷稀?br> 這樣的合適的軸承裝置的例子有滾柱軸承、滾珠軸承和套筒軸承。該支撐裝置可以是框架或任何固著在基礎(chǔ)或地基上的結(jié)構(gòu)組件。各輥是采用任何一種合適的轉(zhuǎn)動裝置，例如電機或蒸汽機而被轉(zhuǎn)動的，而這些轉(zhuǎn)動裝置是通過任何一種合適的裝置如鏈條、皮帶或齒輪連接到輥子的中心傳動軸上的。通常，強制傳動機械例如鏈條或齒輪是最好的。
通常熱輥的表面溫度是在摻混物中樹脂的熔融溫度附近，即是該樹脂熔融溫度的上下波動20℃的溫度。但是在該溫度下應(yīng)不足以使摻混物在研磨機熱輥上停留時間內(nèi)使樹脂固化。通常，熱輥的表面溫度為65℃和120℃之間，并且是由任何合適的加熱裝置或機械例如通過熱輥的熱水循環(huán)或電加熱元件等維持該溫度，而對于一些特殊的樹脂而言該熱輥溫度可高達(dá)130℃。
下面提供的實施例是為了說明本發(fā)明的一些具體實施方案。但是它們將不限制在說明書和權(quán)利要求中充分描述的本發(fā)明的范圍。
實驗方法環(huán)氧模塑料的螺線流動度(EMMI)該方法是使用一臺裝配有直徑為1.75″的壓鑄料巢和EMMI螺線流動度模具的壓鑄模塑機測定熱固性樹脂的流動特性。
該壓機壓板溫度控制器被設(shè)定成能產(chǎn)生175±3℃的模塑溫度，并且壓鑄機壓鑄活塞壓力被設(shè)定為1000磅/英寸2(Psia)。壓鑄機壓鑄活塞速度被設(shè)定在1～4吋/秒的范圍內(nèi)。粒狀料樣被加到后鑄料巢中產(chǎn)生0.12～0.14英寸的余膠厚度，并起動壓鑄循環(huán)。使該試樣至少固化90秒。打開模具并測定最大程度地繼續(xù)流動部分。該螺線流動度數(shù)據(jù)列入表中標(biāo)明“螺線流動度”欄目中;所列之值表示流動測量單位為吋。
熱力學(xué)分析-CTE測定將四個圓柱形模塑的后固化顆粒(5mm×5mm)放到烘箱中退火，并以10℃/分的升溫速度將烘箱從25℃加熱到240℃。冷卻之后，在10℃/分的升溫條件下測量25℃到250℃的膨脹曲線。對于Tg之前的膨脹曲線劃一切線并從該切線的斜率測定Tg以下的熱膨脹系數(shù)(CTE)。該數(shù)據(jù)記錄在表上標(biāo)示“CTE”欄目中，該值的單位記成ppm/K。
吸濕性模塑一個2″×1/8″的圓盤并進(jìn)行后固化。將其從后固化箱中取出并使其在干燥器中進(jìn)行固化。然后將該試樣于85℃/85%相對濕度的箱內(nèi)放置168小時。從箱內(nèi)取出盤子并使其冷卻，以重量分析法測定攝入的濕氣，吸濕性記錄在標(biāo)示有“吸濕”的欄目中，以增加的重量百分?jǐn)?shù)表示按照公式(W168-W0/W0)×100來計算該值，式中W0是時間為零時的重量，W168是在箱內(nèi)放置168小時結(jié)束時的重量。
撓曲性將材料的試樣模制成5″×1/2″×1/4″并進(jìn)行后固化，然后按ASTMD790方法并在可產(chǎn)生記錄于下表各數(shù)據(jù)的相關(guān)溫度下對該試樣進(jìn)行試驗。使用預(yù)先放在干燥箱內(nèi)的待測試樣來測定215℃下的撓曲強度(表1中記錄在“215℃撓曲強度”的條目中)和室溫下的撓曲模量(記錄在表1的室溫?fù)锨Ａ織l目中)。使用預(yù)先放在85℃/85%的相對濕度箱內(nèi)飽和168小時的待測試樣于215℃測定濕撓曲強度數(shù)據(jù)(在表1的“215°濕撓曲強度”條目中)。模量值的單位記為MPsi，強度值單位記為psi。
縮略語下面指出用于本申請中的各縮略語的定義。
FS762壓碎的熔融二氧化硅FS762，平均粒度為13.4μm(由Denkikagakukogyokabushikikaisha提供)FB74球狀熔融二氧化硅F74平均粒度為31.5μm，(由Denkikagakukogyokabushikikaisha提供的)FS20壓碎的熔融二氧化硅FS20，平均粒度為5.6μm，(由Denkikagakukogyokabushikikaishu提供的)橡膠球狀硅氧烷橡膠AY49-281，粒度分布為3-30μm(由Toray/DowCorningSilicone提供的)流體反應(yīng)性硅氧烷流體Q2-8347(由DowCorningcorporation提供的)EOCN環(huán)氧樹脂ECN195XL-25(由SumitomochemicalCo.，Ltd.提供的)PN苯酚酚醛清漆樹脂，Tamanol758(由ArakawachemicalIndustries)EPPN環(huán)氧樹脂EPPN502H(由NipponkayakuCo.，Ltd.提供的)MEH苯酚樹脂MEH7500(Meiwakasei，kk)BDMA芐基二甲胺(由Aldrichchemicmcampany提供的)TPP三苯基膦(由Aldrichchemiealcompany提供的)Dicyand二氰基二酰胺-G(由SKWTrostberg提供的)Sb205五氧化二銻，NafreeNyacol1590(由PQCorp.提供的)BisA四溴雙酚-ABA59P(由GreatLakschemical提供的)CBlackprintex炭黑(由DegussaCorporation提供的)ULWaxUL蠟(由Hoechst-celanesecorporation提供的)OPWaxOP蠟(由Hoechst-celanesecorporation提供的)Psi 磅/英寸2ppm百萬分之幾試驗方法按下述方法制備600克各批的試驗試樣;每種成分的用量按表中所列總批量的百分?jǐn)?shù)計。每種材料的重量克數(shù)可以通過將表中所列的百分?jǐn)?shù)乘以600倍的辦法計算出來。將二氧化硅、硅烷和BDMA放入到一臺含氧化鋁研磨介質(zhì)的陶瓷制的球磨機中并研磨15分鐘。取出這樣處理過的二氧化硅并將其與液體硅氧烷(Q2-8347)進(jìn)行摻混。然后將該材料再與配方中的其它成分一起放入球磨機中并且再研磨2小時。最后將所得的細(xì)粉末從研磨中卸出來。
將該細(xì)粉末在前輥為熱輥后輥為冷輥的二輥式差動研磨機中進(jìn)行加工，如例1，前輥上的平均溫度為95℃，并且前輥各部分上的溫度不低于90℃或不高于100℃。又如其它各實施例，前輥上的平均溫度為105℃，并且前輥上的溫度不低于100℃或不高于110℃。各輥之間的間隙是1.02毫米。完成用樹脂浸潤填料之后將材料在研磨機上加工處理2～3分鐘。在這擬定的2～3分鐘內(nèi)，模塑料的片材被切割10次并且再到研磨機上處理以便改進(jìn)其混合程度。
完成研磨之后，該材料從輥上被剝下來，然后使其冷卻并被造粒。該材料作為備用材料。該材料或是直接使用或是如試驗方法中所述那樣預(yù)成形成顆粒后使用。
權(quán)利要求
1.用于集成電路板面安裝的低應(yīng)力環(huán)氧模塑組合物，它包括a)大約從5%到15%的多功能環(huán)氧樹脂；b)大約從2.5%到大約8%的多功能固化劑；c)從大約70%到大約85%的熔融二氧化硅，它是以包括球狀和壓碎粉末的兩種形狀的混合物形式存在的；d)從大約0.25到大約3%的球狀硅氧烷橡膠顆粒和e)從大約0.25到大約3%的有機官能的硅氧烷流體。
2.按照權(quán)利要求1的用于集成電路板面安裝的低應(yīng)力環(huán)氧模塑組合物，其中的多功能環(huán)氧樹脂是三苯酚甲烷衍生物。
3.按照權(quán)利要求1的用于集成電路板面安裝的低應(yīng)力環(huán)氧生塑組合物，其中的多功能固化劑是三苯酚甲烷衍生物。
4.按照權(quán)利要求1的用于集成電路面板安裝的低應(yīng)力環(huán)氧模塑組合物，其中熔融二氧化硅用量至少為配方重量的75%，并且該二氧化硅是由65～85%的球形二氧化硅和從大約35～15%壓碎的二氧化硅組成的一種混合物。
5.按照權(quán)利要求1的低應(yīng)力環(huán)氧模塑組合物，其中硅氧烷流體具有環(huán)氧基和多亞烷氧基的兩種功能基。
6.用權(quán)利要求1的組合物灌封的集成電路。
7.用權(quán)利要求2的組合物灌封的集成電路。
8.用權(quán)利要求3的組合物灌封的集成電路。
9.用權(quán)利要求4的組合物灌封的集成電路。
10.用權(quán)利要求5的組合物灌封的集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是用于板面安裝的環(huán)氧模塑組合物。該組合物含有多功能環(huán)氧樹脂和多功能固化劑同時還含有硅氧烷橡膠顆粒、有機功能硅氧烷流體和高填充量的二氧化硅。
文檔編號H05K1/18GK1069147SQ9210396
公開日1993年2月17日 申請日期1992年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月1日
發(fā)明者M·K·加拉赫, M·A·佩迪 申請人:羅姆和哈斯公司