本發(fā)明屬于封裝材料，具體涉及一種底部填充膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著電子設(shè)備不斷向小型化和高功能化發(fā)展，對(duì)高密度封裝半導(dǎo)體芯片等電子元件的需求日益增長(zhǎng)。倒裝芯片技術(shù)因其更小的封裝尺寸、更窄的間距和高i/o密度而廣泛應(yīng)用。然而，由于硅芯片與基板的熱膨脹系數(shù)差異，連接部位可能產(chǎn)生應(yīng)力，如果沒(méi)有適當(dāng)緩解，可能導(dǎo)致連接處裂紋，從而影響連接的可靠性。為提高機(jī)械連接強(qiáng)度并減少因熱膨脹系數(shù)不匹配而造成的焊點(diǎn)應(yīng)力，通常在芯片與基板之間使用底部填充膠。這種填充膠主要由大量氧化硅填料填充的固化環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成，固化的環(huán)氧樹(shù)脂具有出色的電絕緣性、高模量和強(qiáng)度，以及在不同界面的良好粘接性，因此是理想的底部填充膠基體材料。但是封裝的小型化也對(duì)材料的導(dǎo)熱性能提出了更高的要求。

2、底部填充膠需要具備良好的導(dǎo)熱性，以便將芯片產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)到散熱系統(tǒng)中。這樣可以有效降低芯片溫度，防止過(guò)熱，從而保證電子器件的性能和壽命。良好的導(dǎo)熱性有助于在芯片和基板之間形成均勻的溫度分布，減少因局部高溫而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高封裝的穩(wěn)定性。底部填充膠的導(dǎo)熱性直接影響封裝的整體可靠性。高導(dǎo)熱性材料可以更有效地緩解由熱膨脹系數(shù)不匹配引起的應(yīng)力，減少裂紋和失效的可能性。因此開(kāi)發(fā)高熱導(dǎo)率底部填充膠非常必要。

3、提高底部填充膠的熱導(dǎo)率是提高電子封裝熱性能的關(guān)鍵措施之一。使用導(dǎo)熱性能更好的底部填充膠材料是降高熱導(dǎo)率最直接的方法。，但傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料如氮化硼、金剛石粉末等，需要較高的填充量才能達(dá)到理想熱學(xué)性能和力學(xué)性能，但較高的填充量會(huì)降低材料的流動(dòng)性，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)困難。

4、因此，如何提供一種兼具較高熱導(dǎo)率和較高流動(dòng)性，同時(shí)具有較好力學(xué)性能的底部填充膠，已成為目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種底部填充膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)對(duì)底部填充膠的具體組成進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)一步通過(guò)填料、銀納米線和片狀氮化硼的協(xié)同作用，制備得到了兼具較高熱導(dǎo)率和較高流動(dòng)性，同時(shí)具有較好力學(xué)性能的底部填充膠。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種底部填充膠，所述底部填充膠包括如下重量份數(shù)的組分：

4、

5、本發(fā)明通過(guò)對(duì)底部填充膠的具體組成進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)一步通過(guò)填料、銀納米線和片狀氮化硼的協(xié)同作用，制備得到了兼具較高熱導(dǎo)率和較高流動(dòng)性，同時(shí)具有較好力學(xué)性能的底部填充膠。

6、本發(fā)明中，作為高效導(dǎo)熱填料的銀納米線和片狀氮化硼能夠在較低填充量下大幅提高底部填充膠材料的熱導(dǎo)率，并保持其良好的流動(dòng)填充性；而配方中的填料(球形納米二氧化硅)，也能在保證較好流動(dòng)性的同時(shí)維持底部填充膠的力學(xué)性能。

7、本發(fā)明中，通過(guò)控制銀納米線的用量分別在特定的范圍內(nèi)，制備得到了綜合性能優(yōu)異的底部填充膠。若銀納米線的用量過(guò)少，則難以形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；若銀納米線的用量過(guò)多，則大大增加成本并降低體系的流動(dòng)性。

8、同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)控制片狀氮化硼的用量分別在特定的范圍內(nèi)，制備得到了綜合性能優(yōu)異的底部填充膠。若片狀氮化硼的用量過(guò)少，則難以形成導(dǎo)熱層；若片狀氮化硼的用量過(guò)多，則降低體系的流動(dòng)性。

9、本發(fā)明中，底部填充膠中環(huán)氧樹(shù)脂的重量份數(shù)可以是35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份或45份等。

10、底部填充膠中固化劑的重量份數(shù)可以是12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

11、底部填充膠中填料的重量份數(shù)可以是32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份等。

12、底部填充膠中銀納米線的重量份數(shù)可以是0.4份、0.42份、0.46份、0.48份、0.5份、0.52份、0.54份、0.56份、0.58份或0.6份等。

13、底部填充膠中環(huán)氧樹(shù)脂的重量份數(shù)可以是5份、5.2份、5.5份、5.7份、6份、6.3份、6.6份、6.8份、7份、7.2份、7.5份、7.8份或8份等。

14、本發(fā)明中，bn表示片狀氮化硼，agnm表示銀納米線，下同。

15、以下作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò)以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的和有益效果。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述銀納米線的長(zhǎng)徑比≥150，例如可以是150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或200等。

17、本發(fā)明中通過(guò)選用具有高長(zhǎng)徑比的銀納米線在特定的范圍內(nèi)，制備得到了綜合性能優(yōu)異的底部填充膠。若銀納米線的長(zhǎng)徑比過(guò)低，則不利于形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。

18、本發(fā)明通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化銀納米線的長(zhǎng)徑比在特定的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)化了底部填充膠的綜合性能。

19、優(yōu)選地，所述銀納米線的長(zhǎng)度為10-20μm(例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等)，直徑為20-60nm(例如可以是20nm、24nm、28nm、30nm、32nm、36nm、40nm、44nm、46nm、50nm、52nm、56nm或60nm等)。

20、優(yōu)選地，所述銀納米線為在乙醇中分散良好的銀納米線，良好的分散性是混合均勻的前提，其可在乙醇中保持懸濁液狀態(tài)1周以上。

21、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述片狀氮化硼的平均粒徑為3-5μm，例如可以是3μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm、4μm、4.2μm、4.4μm、4.6μm、4.8μm或5μm等。

22、本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)片狀氮化硼的平均粒徑在特定范圍內(nèi)，制備得到了綜合性能優(yōu)異的底部填充膠。若片狀氮化硼的平均粒徑過(guò)小，則不利于維持體系的流動(dòng)性；若片狀氮化硼的平均粒徑過(guò)大，則不利于底部填充膠的力學(xué)性能。

23、優(yōu)選地，所述片狀氮化硼的厚度為＜100nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。

24、優(yōu)選地，所述片狀氮化硼包括改性片狀氮化硼，所述改性片狀氮化硼的改性劑包括改性劑包括陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(cpam)、陰離子聚丙烯酰胺(apam)、兩性離子聚丙烯酰胺(am-pam)和非離子聚丙烯酰胺(npam)中的中的任意一種或至少兩種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(cpam)。

25、優(yōu)選地，所述改性劑和所述片狀氮化硼的質(zhì)量比為1:(100-200)，例如可以是1:100、1:110、1:120、1:130、1:140、1:150、1:160、1:170、1:180、1:190或1:200等。

26、需要說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)于改性片狀氮化硼的制備方法沒(méi)有任何特殊的限制，本領(lǐng)域常用的改性方法均適用，以改性劑為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺為例，其改性片狀氮化硼的制備方法包括如下步驟：

27、將bn粉和去離子水放入裝有機(jī)械攪拌器的燒瓶中，隨后在200w的功率下，用超聲波處理10min，然后在500rpm下機(jī)械攪拌5min，得到bn懸浮液；

28、然后，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺水溶液(陽(yáng)離子聚丙烯酰胺購(gòu)自阿拉丁，貨號(hào)為p754420)逐滴地加入bn懸浮液中，直至懸浮液變得透明，得到混合物，將得到的混合物過(guò)濾并用去離子水洗滌三次，以去除游離的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，將過(guò)濾洗滌后的產(chǎn)物在真空烘箱中干燥24h，得到陽(yáng)離子聚丙烯酰胺改性的氮化硼。

29、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述環(huán)氧樹(shù)脂包括液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂。

30、需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂是指在常溫(20-30℃)下呈液態(tài)的環(huán)氧樹(shù)脂。

31、優(yōu)選地，所述液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂包括液狀雙酚型環(huán)氧樹(shù)脂、液狀氨基酚型環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂或萘型環(huán)氧樹(shù)脂中的任意一種或至少兩種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為液狀雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂、液狀雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂、對(duì)氨基酚型液狀環(huán)氧樹(shù)脂、1,3-雙(3-環(huán)氧丙氧基丙基)四甲基二硅氧烷樹(shù)脂或萘型環(huán)氧樹(shù)脂中的任意一種或至少兩種的組合。

32、優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧當(dāng)量為100-300g/eq，例如可以是100g/eq、120g/eq、140g/eq、160g/eq、180g/eq、200g/eq、220g/eq、240g/eq、260g/eq、280g/eq或300g/eq等。

33、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述固化劑包括芳香胺類固化劑。

34、優(yōu)選地，所述芳香胺類固化劑選自二氨基二苯甲烷(mda)、4,4'-亞甲基二苯胺、間苯二胺(mpda)、二氨基二苯砜(dds)、二乙基甲苯二胺(detda)、二氨基二苯甲烷(ddm)、3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'-亞甲基雙(n-甲基苯胺)、三亞甲基雙(4-氨基苯甲酸酯)、聚四氫呋喃-雙-對(duì)氨基苯甲酸酯、亞甲基雙(2-乙基-6-甲基苯胺)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二甲基苯胺)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二乙基苯胺)中的任意一種或至少兩種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為二乙基甲苯二胺和/或3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷。

35、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述填料包括球形納米二氧化硅。

36、優(yōu)選地，所述球形納米二氧化硅的平均粒徑為5-20μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等。

37、第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的底部填充膠的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

38、將底部填充膠中各組分和溶劑混合，干燥，得到所述底部填充膠。

39、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述制備方法包括如下步驟：

40、(1)將環(huán)氧樹(shù)脂、填料、片狀氮化硼和溶劑混合，得到混合物1；

41、(2)將步驟(1)得到的混合物1與銀納米線混合，除去溶劑，得到混合物2；

42、(3)將步驟(2)得到的混合物2與固化劑混合，干燥，得到所述底部填充膠。

43、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述溶劑包括四氫呋喃、無(wú)水甲醇或丙酮中的任意一種或至少兩種的組合。

44、優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂和溶劑的質(zhì)量比為≥1:10(例如可以是1:10、1:20、1:50、1:80、1:100、1:120、1:140、1:160、1:180、1:200、1:220、1:240或1:250等)，進(jìn)一步優(yōu)選為1:(100-200)。

45、優(yōu)選地，步驟(1)所述混合的方法包括攪拌，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為450-550rpm(例如可以是450rpm、460rpm、470rpm、480rpm、490rpm、500rpm、510rpm、520rpm、530rpm、540rpm或550rpm等)，時(shí)間為3-8min(例如可以是3min、4min、5min、6min、7min或8min等)。

46、優(yōu)選地，步驟(2)所述混合的方法包括攪拌，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為450-550rpm(例如可以是450rpm、460rpm、470rpm、480rpm、490rpm、500rpm、510rpm、520rpm、530rpm、540rpm或550rpm等)，時(shí)間為3-8min(例如可以是3min、4min、5min、6min、7min或8min等)。

47、優(yōu)選地，步驟(2)所述除去溶劑的方法包括旋蒸。

48、優(yōu)選地，步驟(2)所述除去溶劑的溫度為45-55℃(例如可以是45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃或55℃等)，時(shí)間為6-8h(例如可以是6h、6.5h、7h、7.5h或8h等)。

49、優(yōu)選地，步驟(3)所述混合的方法包括攪拌，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為450-550rpm(例如可以是450rpm、460rpm、470rpm、480rpm、490rpm、500rpm、510rpm、520rpm、530rpm、540rpm或550rpm等)，時(shí)間為3-8min(例如可以是3min、4min、5min、6min、7min或8min等)。

50、優(yōu)選地，步驟(3)所述干燥的方法包括真空干燥，所述真空干燥的溫度為35-45℃(例如可以是35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃等)，時(shí)間為50-70min(例如可以是50min、52min、54min、56min、58min、60min、62min、64min、66min、68min或70min等)。

51、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述底部填充膠的制備方法具體包括如下步驟：

52、(1)將環(huán)氧樹(shù)脂、填料、片狀氮化硼和溶劑在450-550rpm的條件下攪拌混合3-8min，得到混合物1；

53、(2)在450-550rpm的條件下，將步驟(1)得到的混合物1與銀納米線攪拌混合，然后在45-55℃下，經(jīng)旋蒸除去溶劑4-8h，得到混合物2；

54、(3)將步驟(2)得到的混合物2與固化劑在450-550rpm的條件下攪拌混合3-8min，在35-45℃下真空干燥50-70min，得到所述底部填充膠。

55、第三方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的底部填充膠的應(yīng)用，所述底部填充膠用于芯片封裝。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

57、(1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)底部填充膠的具體組成進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)一步通過(guò)填料、銀納米線和片狀氮化硼的協(xié)同作用，并控制銀納米線和片狀氮化硼的用量分別在特定的范圍內(nèi)，制備得到了兼具較高熱導(dǎo)率和較高流動(dòng)性，同時(shí)具有較好力學(xué)性能的底部填充膠。

58、(2)本發(fā)明通過(guò)高長(zhǎng)徑比的銀納米線和特定尺寸的改性片狀氮化硼與填料的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高了底部填充膠的綜合性能。