一种中低温固化的低密度导电粘接胶及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种导电粘接胶，尤其是涉及一种中低温固化的低密度导电粘接胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的半导体芯片粘接材料按功能分类大致可以分为三类：导电芯片粘接胶、绝缘芯片粘接胶和导热芯片粘接胶；其中导电芯片粘接胶的用量最多，一方面其具有导电的功能，起到连接电路，导通电流的作用；另一方面因为填充了金属和其他导电填料，可以帮助传导热量，帮助芯片散热的功能。而作为填料的金属填料大部分选用贵金属银。金属银的理化性质均较为稳定，导热、导电性能很好，质软，富有延展性，但它最大的问题在于价格昂贵，另外其密度也较大，为10.53g/cm3。这对于使用者带来了较大的成本压力，相同的体积下，所占的重量远大于其他胶体。同时，以往的芯片粘接胶需要150℃甚至更高的温度固化，给生产加工带来不小的能源成本压力。由于银粉的形状不规则，导致芯片下方胶层的厚度不易控制，容易给后续工艺造成良率降低。

2、专利申请cn202111411475.6公开了一种低温半烧结导电导热胶及其制备方法，按重量份计包括如下组分：固体环氧树脂a 0.1～2份；液体环氧树脂b 0.5～2份；液体环氧树脂c 0.5～2份；液体环氧树脂d 0.1～2份；环氧化羟基封端聚丁二烯0.1～1份；酸酐固化剂2～8；潜伏性固化剂0.1～2份；偶联剂0.1～1份；导电填料e 20～60份；导电填料f10～40份；导电填料g10～40份；溶剂0.1～3份。该发明针对高功率、高发热量的芯片，提供了高导热性，可以快速传导芯片产生的热量，保证芯片稳定高效工作。但是，该导热胶需要在200℃左右进行固化，因此无法用在耐热温度低的场合。

3、专利cn202110980035.6公开了一种应用于大尺寸芯片粘接的导电胶及其制备方法，按重量份计包括如下组分：固体环氧树脂a 0.1～5份；固体环氧树脂b 0.1～5份；液体环氧树脂c 0.5～5份；环氧化羟基封端聚丁二烯0.1～3份；酸酐固化剂1～10；潜伏性固化剂0.1～4份；偶联剂0.1～1份；导电填料d 50～80份；导电填料e 9～40份；溶剂0.1～5份。该发明应用于大尺寸芯片封装导电粘接胶，可应用于大尺寸、高导电、高发热量芯片封装。该技术所得导热胶也需要在200℃左右进行固化，因此无法用于承载芯片的基材和相关材料耐热温度低的场合。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中低温固化的低密度导电粘接胶及其制备方法和应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种中低温固化的低密度导电粘接胶，包括以下重量份的组分：

4、环氧树脂a 10～20份；

5、环氧树脂b 5～10份；

6、环氧树脂c 1～5份；

7、潜伏型固化剂d 0.1～5份；

8、潜伏型固化剂e 0.1～1份；

9、偶联剂 0.1～0.5份；

10、轻质导电填料f 20～40份；

11、导电填料g 10～50份。

12、进一步地，所述的环氧树脂a为高纯度、低黏度、双官能团的非结晶型环氧树脂，25℃粘度2000-3000mpa·s，环氧当量160～170g/eq，总氯<1000ppm。环氧树脂a能提供合适的胶体粘度和粘接性，较低的总氯也可以满足环保要求。所述的环氧树脂a可选用大日本油墨公司的产品epiclon 830lvp、epiclon 835epiclon 835lv；艾迪科公司的ep-4100l、ep-4100hf；shin-a公司的sef-170、sef-170p；佳迪达公司的je-8672h中的一种或几种。

13、进一步地，所述的环氧树脂b为多官能酚醛环氧树脂，52℃粘度1100～1700mpa·s，平均官能度为2.5，环氧当量168～178g/eq，总氯<1000ppm。环氧树脂b能提供高交联密度、高粘接性、低吸水率和高可靠性。可选用南亚塑胶工业股份公司的nppn-631；国都化工公司的ydpn-631、ydpn-638；亨斯迈公司的epn 9850中的一种或几种。

14、进一步地，所述的环氧树脂c为改性柔性环氧树脂，25℃粘度400～900mpa·s，具有低粘度高柔韧性的特点，环氧当量390～470g/eq。众所周知，大多数环氧树脂固化物硬度高、脆性高、易开裂。通过添加低粘度柔性环氧树脂c可以改善胶体的粘度，同时也可以降低固化物的脆性，提高胶体的柔韧性。所述的柔性环氧树脂c可选用三菱化学公司的jer871；国都化工公司的yd-171；大日本油墨公司的exa-4850系列；旭化成公司的aer9000中的一种或几种。

15、进一步地，所述的潜伏型固化剂d采用固化剂成分微胶囊化技术制备而成的液体环氧固化剂，其使用液体环氧树脂进行母料化，兼备储存稳定性和反应性。在常温下固化剂有效成分包裹在胶囊中，具有良好的稳定性，一旦加热到适当的温度，胶囊壁破裂，固化剂有效成分开始膨胀、液化、渗出，与环氧树脂发生固化反应。潜伏型固化剂d具有80℃快速固化的特性，是胶体实现低温固化快速固化的关键物料，同时因为潜伏型固化剂d是液态膏状物，有利于混合搅拌均匀。所述的潜伏型固化剂包括旭化成公司的hx-3721、hx-3722、hx-3921hp、hxa3922hp、hxa3932hp、hxa4922hp、hxa5934hp和hxa5945hp中的一种或几种。

16、进一步地，所述的潜伏型固化剂e结构属于咪唑加成物，固体粉末，平均粒径2～4um，软化温度100℃。单独使用潜伏型固化剂e固化环氧树脂时，可实现80℃，30分钟固化，固化tg点高。主要应用在结构粘接和电子部件密封、定位粘接。与潜伏型固化剂d配合使用，可以实现低温快速固化，提高粘接强度，获得较低的体积电阻率。所述的潜伏型固化剂e可选用味之素公司的pn-23j、pn-40j；艾迪科公司的eh-4357s、eh-5057pk、eh-5030s中的一种或几种。

17、进一步地，所述的偶联剂为淡黄色液体，分子量236.4，沸点260～262℃，密度1.07g/㎝3，可溶于水，并与水起水解反应。其具备有机和无机反应性，因而可以与有机聚合物和无机表面反应或“偶联”。有利于提高导电胶对粘接基材表面的粘接强度。所述的偶联剂包括硅烷偶联剂，可选用z-6040，a-186，a-174，kh-550，kh-560，kh-792中的一种或几种。

18、进一步地，所述的轻质导电填料f为银包非金属粒子，平均粒径为4μm～30μm，而且粒径分布非常窄；密度为1.4g/㎝3～2.9g/㎝3。其中内部非金属粒子为塑料材质，还可以是abs、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂以及玻璃微珠等。轻质导电填料f密度远低于纯银的密度10.53g/cm3，可以显著降低导电胶的比重。相同重量的情况下，导电胶的体积成倍增加。在相同体积用胶量的情况下，可极大降低用胶成本。同时轻质导电填料f的粒径分布较窄，可以实现精细控制胶层厚度和用胶量，提高粘接强度的一致性和封装器件可靠性。所述的轻质导电填料包括银包塑料或银包玻璃中的一种或几种，可选的产品包括conpart公司的ag-20-01、ag-10-03、ag-4-01；potter公司的tp25-s12、s4000-s3、s5000-s3。

19、所述的导电填料g为片状银粉，平均粒径在2-6um，比表面积小于1.0m2/g，振实密度3.5-6.0g/cm3；导电填料g可以部分填充到轻质导电填料f堆积所空出的空隙中，形成紧密堆积，形成更多导电通路，有利于降低体积电阻率。可选用的银粉包括美泰乐公司的银粉sa0201、sa-2831、ea-0295、ea-0015；日本德力的银粉tc-465、tc-466、tc-505；中色的银粉agf-3c、agf-3d、agf-8等。

20、本发明还提供一种中低温固化的低密度导电粘接胶的制备方法，按配方比例称取环氧树脂a、固体环氧树脂b、液体环氧树脂c、潜伏型固化剂d、潜伏型固化剂e、偶联剂、导电填料f和导电填料g等放入行星搅拌机进行搅拌，再真空脱泡搅拌，最后得到低温固化低密度导电芯片粘结胶。

21、本发明还提供一种中低温固化的低密度导电粘接胶的应用，将所述的中低温固化的低密度导电粘接胶用于芯片封装。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、(1)与传统铅锡焊料相比，无铅污染，固化粘接温度低，可以降低能耗。

24、(2)与现有导电胶相比，使用了银包覆塑料粒子作为轻质导电填料，显著降低了胶体密度，相同体积用胶量的情况下，降低了用胶成本，减轻器件的重量。

25、(3)与现有导电胶相比，没有使用大量金粉和银粉等贵金属填料。有利于降低用胶成本和对贵金属的过度依赖。

26、(4)与现有导电胶相比，固化温度降低到80℃左右，降低了能耗、也降低了贴装过程中芯片翘曲变形的风险，特别适合尺寸稳定性要求高的应用领域。

27、(5)与现有导电胶相比，因为使用了粒径较均匀，分布较窄的银包塑料的粒子作为填料，可以较精细的控制胶层厚度，降低了芯片贴歪斜的风险，提高粘接强度的一致。

28、(6)与现有导电胶相比，使用银包塑料的粒子作为填料，调整了胶体的模量和增韧方式，有效改善胶体的抗破坏强度，改善器件的抗跌落能力，有利于提高器件的可靠性。

29、(7)本发明针对的是需要低温固化的应用场景。解决的是有些半导体器件中，承载芯片的基材和相关材料耐热温度低，不能进行高温固化问题。本发明所用固化剂的固化温度低，在80℃左右就可以实现固化，起到粘接固定芯片传递电信号的作用。

30、(8)本发明采用80℃低温固化条件，对于芯片尺寸大、芯片厚度薄，更加有利于降低翘曲变形；同时采用了粒径分布较一致的导电填料，有利于控制胶层厚度，降低了因胶层变形和芯片贴装倾斜导致器件失效的风险。此外，本发明使用了银包球形非金属粒子填料，可以明显降低胶体的密度和模量，对于降低用胶成本和提高器件可靠性都有改善。