芯片封装用聚酰胺酸树脂、其制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种芯片封装用聚酰胺酸树脂、其制备方法及应用，所述聚酰胺酸树脂具有以下通式的结构：本发明用于IGBT芯片键线键合点加强、覆铜边缘绝缘封装，通过巧妙的分子链设计在聚酰胺酸主体成分中植入含羟基的酮二酐列链段和含醚芳香族二胺链段，羟基与酮基协同作用使得胶黏剂针对芯片基材结合面材质的多样性均具有很强的粘接性，同时赋予了聚酰胺酸树脂一定的柔韧性和分子旋转性，很大程度降低了树脂的玻璃化转变温度，以实现其在250℃以下低温固化。

权利要求

1.一种芯片封装用聚酰胺酸树脂，其特征在于，具有以下通式的结构：其中，n代表5‑200，m代表5‑200，y代表0‑10；

R为封端单元；R1、R2各自独立地选自下述结构的任意一种或多种：

2.根据权利要求1所述的芯片封装用聚酰胺酸树脂，其特征在于，R选自下述结构的任意一种：

3.根据权利要求1或2所述的芯片封装用聚酰胺酸树脂，其特征在于，n代表30‑100，m代表30‑100。

4.根据权利要求1或2所述的芯片封装用聚酰胺酸树脂，其特征在于，y代表0‑2。

5.一种权利要求1～4任一项所述聚酰胺酸树脂的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：将含R1和R2结构的二胺溶于溶剂，在惰性气体氛围下，向溶液中依次加入3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐、所述结构中对应的含羟基的芳香酮二酐和含R单元结构的封端剂，搅拌反应得到所述聚酰胺酸树脂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐反应完全后再加入含羟基的芳香酮二酐。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为由非质子极性溶剂与酮类溶剂组成的双组份混合溶剂，非质子极性溶剂质量百分含量为90‑50％，酮类溶剂质量百分含量为10‑50％。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述非质子极性溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺或吡咯烷酮中的一种，所述酮类溶剂为丙酮、甲乙酮、二异丁基甲酮、甲基异丁基酮、佛尔酮或异佛尔酮中的一种。

9.一种权利要求1～4任一项所述聚酰胺酸树脂在IGBT芯片封装中的应用，其特征在于，将所述聚酰胺酸树脂制备成胶黏剂，然后用胶黏剂将芯片封装涂覆后，进行热亚胺化处理。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述热亚胺化流程为：升至80～150℃，升温速率1～5℃/min，保持30～90min；然后升温至180～280℃，升温速率1～10℃/min，保持

30～90min；最后自然降温。

说明书

芯片封装用聚酰胺酸树脂、其制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种芯片封装用聚酰胺酸树脂、其制备方法及应用。

背景技术

[0002] 近年来，以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的新型功率半导体器件已经广泛应用于轨道交通(高铁、动车组)、智能电网(柔性直流输电、特高压直流输电)、航空航天、工业变频、甚至家用电器等领域，是衡量国家科学技术水平和综合国力的重要标志。IGBT作为能量转换的“CPU”，为提高高压IGBT长时间运行的稳定性及可靠性，高压IGBT芯片的封装材料的绝缘性、耐高温性、附着力、力学性能等显得尤为重要。聚酰亚胺(PI)是高分子主链中含有酰亚胺环的一类聚合物，主链中含有非常稳定的芳杂环结构，使其体现出非常优异的综合性能，可在很大程度上满足IGBT对封装材料的性能要求，因而在IGBT封装中得到了广泛的应用，是当前半导体、微电子信息领域中最好的封装和涂覆材料之一。

[0003] 目前，对IGBT芯片封装用聚酰胺酸胶黏剂的研究很多，但是其商业化产品基本全部被日本公司所垄断，而且随着芯片的微型化、大功率化的发展，以及受制成工艺的限制，越来越要求键线键合点加强、覆铜边缘绝缘封装胶需具备低温固化、基材材质多样性下的高粘结性能、高绝缘性等。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种IGBT芯片键线键合点加强、覆铜边缘绝缘封装用聚酰胺酸树脂，满足低温固化、高粘结及高绝缘性等需求，并提供其制备方法及应用。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

[0006] 一种芯片封装用聚酰胺酸树脂，具有以下通式的结构：

[0007]

[0008] 其中，n代表5‑200，m代表5‑200，y代表0‑10；

[0009] R为封端单元；R1、R2各自独立地选自下述结构的任意一种或多种：

[0010]

[0011] 进一步的，R选自下述结构的任意一种：

[0012]

[0013] 进一步的，n代表30‑100，m代表30‑100。

[0014] 进一步的，y代表0‑2。

[0015] 本发明提供的所述聚酰胺酸树脂的制备方法，包括下述的步骤：将含R1和R2结构的二胺溶于溶剂，在惰性气体氛围下，向溶液中依次加入3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐、所述结构中对应的含羟基的芳香酮二酐和含R单元结构的封端剂，搅拌反应得到所述聚酰胺酸树脂。

[0016] 进一步的，在3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐反应完全后再加入含羟基的芳香酮二酐。

[0017] 进一步的，所述溶剂为由非质性极性溶剂与酮类溶剂组成的双组份混合溶剂，非质性极性溶剂质量百分含量为90‑50％，酮类溶剂质量百分含量为10‑50％。

[0018] 进一步的，所述非质性极性溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺或吡咯烷酮中的一种，所述酮类溶剂为丙酮、甲乙酮、二异丁基甲酮、甲基异丁基酮、佛尔酮或异佛尔酮中的一种。

[0019] 本发明提供的所述聚酰胺酸树脂在IGBT芯片封装中的应用，将所述聚酰胺酸树脂制备成胶黏剂，然后用胶黏剂将芯片封装涂覆后，进行热压胺化处理。

[0020] 进一步的，所述热压胺化流程为：升至80～150℃，升温速率1～5℃/min，保持30～90min；然后升温至180～280℃，升温速率1～10℃/min，保持30～90min；最后自然降温。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0022] 本发明提供了一种IGBT芯片键线键合点加强、覆铜边缘绝缘封装用聚酰胺酸树脂，通过巧妙的分子链设计在聚酰胺酸主体成分中植入含羟基的酮二酐列链段和含醚芳香族二胺链段，羟基与酮基协同作用使得胶黏剂针对芯片基材结合面材质的多样性均具有很强的粘接性，同时赋予了聚酰胺酸树脂一定的柔韧性和分子旋转性，很大程度降低了树脂的玻璃化转变温度，以实现其在250℃以下低温固化。

[0023] 另外，通过含炔基单元的封端剂对聚酰胺酸树脂进行封端处理，保障了聚酰胺酸树脂分子量的稳定及储存稳定性，且在加热亚胺化过程中可以使分子链之间通过炔基发生固化交联，实现了分子链的链增长，使得固化后的聚酰胺酸具有极高的机械强度和绝缘强度。

[0024] 其次，选用的有机溶剂由非质性极性溶剂与酮类溶剂组成的双组份混合溶剂，对聚酰胺酸树脂分子链的形态、尺寸以及簇聚等有着很大改善，酮类溶剂的引入可以改善胶黏剂的挥发性及促进胶黏剂在基体的流平和润湿性，可以使得固化后的胶黏剂保持良好的表面形貌，与底材润湿剂共同作用对胶黏剂组合物的粘接性能提供了多重保障。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1是实施例1制备的聚酰胺酸树脂凝胶渗透色谱(GPC)测试数据图。

具体实施方式

[0027] 为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

[0028] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

[0029] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0030] 本发明一个具体实施方式的IGBT芯片封装用聚酰胺酸树脂由含羟基的酮二酐列链段和芳香族聚酰胺酸链段的重复单元及封端单元R组成，具有以下通式的结构：

[0031]

[0032] 其中n代表5‑200，优选30‑100；m代表5‑200，优选30‑100；y代表0‑10，优选0‑2。

[0033] 其中，R1、R2各自独立地选自下述芳香结构的任意一种或多种：

[0034]

[0035]

[0036] 其中封端单元R选自下述结构的任意一种：

[0037]

[0038] 本发明在聚酰胺酸树脂主体分子链结构中选用由含羟基的酮二酐列链段，其中含羟基的酮二酐结构植入主体分子链结构中，改善聚酰胺酸树脂与基体的结合性，羟基与酮基协同作用，针对芯片基材的多样性(基材包括AlN/SiN/铜/镍等多种材质)均具有很强的粘接性能。

[0039] 本发明在聚酰胺酸树脂主体分子链结构中选用芳香族聚酰胺酸链段重复单元，通过3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐与R2结构的含醚芳香族二胺聚合，对聚酰胺酸树脂的绝缘性、机械强度提供了保障的同时，赋予了聚酰胺酸树脂一定的柔韧性和分子旋转性，很大程度降低了树脂的玻璃化转变温度，以实现其低温固化。

[0040] 本发明在聚酰胺酸树脂主体分子链结构中选用含封端单元R的封端剂进行封端处理，含炔基单元的封端剂保障了聚酰胺酸树脂分子量的稳定及储存稳定性，且在低温固化(≤250℃)时，可以使分子链之间通过炔基发生固化交联，实现了分子链的链增长，使得固化后的聚酰胺酸具有极高的机械强度和绝缘强度。

[0041] 本发明一个具体实施方式的IGBT芯片封装用聚酰胺酸胶黏剂组合物，由以下重量份的组分制成：上述结构的聚酰胺酸树脂50‑90份，有机溶剂10～50份，底材润湿剂0.05～1.5份，消泡剂0.05～1.5份，附着力促进剂0.5‑5份。

[0042] 优选的，所述的有机溶剂由非质性极性溶剂N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺或吡咯烷酮中的一种与酮类溶剂丙酮、甲乙酮、二异丁基甲酮、甲基异丁基酮、佛尔酮、异佛尔酮中的一种组成的双组份混合溶剂，其中非质性极性溶剂质量百分含量为90‑50％，酮类溶剂质量百分含量为10‑50％。

[0043] 本发明选用的有机溶剂由非质性极性溶剂与酮类溶剂组成的双组份混合溶剂，对聚酰胺酸树脂分子链的形态、尺寸以及簇聚等有着很大改善，其次酮类溶剂的引入可以改善胶黏剂的挥发性及促进胶黏剂在基体的流平和润湿性，可以使得固化后的胶黏剂保持良好的表面形貌。

[0044] 优选的，所述的底材润湿剂为高分子聚合物改性的聚二甲基硅氧烷，其结构为：

[0045]

[0046] 其中高分子聚合物为聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酰胺酸中的一种。

[0047] 本发明选用的底材润湿剂为高分子聚合物改性的聚二甲基硅氧烷，其中聚二甲基硅氧烷的加入很大程度上可以提高基材的润湿能力，同时其通过聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酰胺酸等高分子聚合物的改性，提高润湿剂与聚酰胺酸树脂的相溶性和基体结合性，为本发明的胶黏剂组合物提供了第二层粘接性能保障。

[0048] 优选的，所述的消泡剂选自毕克化学牌号为BYK‑067A、BYK‑A535、BYK‑1794、BYK‑088、BYK‑A525、BYK‑A550、BYK‑A530、BYK‑A 515中的一种或多种。

[0049] 优选的，所述的附着力促进剂选自4‑氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3‑氨丙基三甲氧基硅烷、3‑氨丙基三乙氧基硅烷、N‑2‑氨乙基‑3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N‑(2‑氨乙基)‑3‑氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N‑2‑氨乙基‑3‑氨丙基三乙氧基硅烷、N‑2‑氨乙基‑3‑氨丙基三甲氧基硅烷、N‑(哌嗪基乙基)‑3‑氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3‑二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、3‑二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

[0050] 在本发明一个具体实施方式中，所述聚酰胺酸树脂通过以下方法制备得到：将含R1和R2芳香结构的二胺溶于上述的双组份混合溶剂，在惰性气体氛围下，控制反应温度在0～40℃，至全溶解，向溶液中依次加入3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐、含羟基的芳香酮二酐和含R单元结构的封端剂(在3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐反应完全后再加入含羟基的芳香酮二酐，生成嵌段聚合物)，搅拌反应均匀，得到聚酰胺酸树脂溶液。

[0051] 在本发明一个具体实施方式中，所述的聚酰胺酸胶黏剂的制备方法为：将底材润湿剂、消泡剂、附着力促进剂加入到上述得到的聚酰胺酸树脂溶液中，混合搅拌均匀即可。

[0052] 用所述聚酰胺酸胶黏剂将芯片封装涂覆后，再热压胺化，聚酰胺酸生成聚酰亚胺。优选的，热压胺化流程为：①室温升至80～150℃(优选100℃)，升温速率1～5℃/min(优选
2.5℃/min)，保持30～90min(优选60min)；②升温至180～280℃(优选250℃)，升温速率1～
10℃/min(优选5℃/min)，保持30～90min(优选60min)；③自然降温至室温。

[0053] 实施例1：

[0054] 本实施例的聚酰胺酸胶黏剂组合物，由以下重量份的组分制成：聚酰胺酸树脂74份，有机溶剂23份(其中吡咯烷酮16份，二异丁基甲酮7份)，底材润湿剂1.5份，消泡剂0.5份，附着力促进剂1份。

[0055] 其中聚酰胺酸树脂的结构式

[0056]

[0057] 其中底材润湿剂为聚醚改性的聚二甲基硅氧烷，消泡剂选自毕克化学牌号BYK‑A535，附着力促进剂为3‑氨丙基三甲氧基硅烷。

[0058] 聚酰胺酸胶黏剂通过以下方法制备得到：

[0059] 将R1为 和R2为 结构的二胺溶于混合有机溶剂中，在惰性气体氛围下，控制反应温度在30℃，至全溶解，向溶液中依次加入3,3',4,
4'‑二苯酮四酸二酐、含羟基的芳香酮二酐(y＝0)和R为 单元结构的封端
剂，搅拌反应均匀，得到聚酰胺酸树脂溶液。聚酰胺酸树脂的凝胶渗透色谱(GPC)测试数据如图1，分子量数据：Mn:34703(道尔顿)；Mw:34949(道尔顿)；Mz:35225(道尔顿)；Mz+1:35531(道尔顿)；多分散性指数:1.007111；Mz/Mw:1.007876；Mz+1/Mw:1.016641。

[0060] 将底材润湿剂、消泡剂、附着力促进剂加入到上述得到的聚酰胺酸树脂溶液中，混合搅拌均匀得到聚酰胺酸胶黏剂组合物。

[0061] 实施例2

[0062] 与实施例1的差别仅在于聚酰胺酸胶黏剂组合物重量份的组分改变为：聚酰胺酸树脂70份，有机溶剂25份(其中吡咯烷酮20份，二异丁基甲酮5份)，底材润湿剂2份，消泡剂1份，附着力促进剂2份。

[0063] 实施例3

[0064] 与实施例1的差别仅在于将R1为

[0065] 实施例4

[0066] 与实施例1的差别仅在于将R为 单元结构的封端剂。

[0067] 实施例5

[0068] 与实施例1的差别仅在于含羟基的酮二酐列链段中y＝1。

[0069] 对比例1

[0070] 与实施例1的差别仅在不含有羟基的酮二酐列链段，聚酰胺酸胶黏剂组合物由以下重量份的组分制成：聚酰胺酸树脂74份，有机溶剂23份(其中吡咯烷酮16份，二异丁基甲酮7份)，底材润湿剂1.5份，消泡剂0.5份，附着力促进剂1份。

[0071] 其中聚酰胺酸树脂的结构式

[0072]

[0073] 其中底材润湿剂为聚醚改性的聚二甲基硅氧烷，消泡剂选自毕克化学牌号BYK‑A535，附着力促进剂为3‑氨丙基三甲氧基硅烷。

[0074] 聚酰胺酸胶黏剂通过以下方法制备得到：

[0075] 将R1为 和R2为 结构的二胺溶于混合溶剂中，在惰性气体氛围下，控制反应温度在0～40℃，至全溶解，向溶液中依次加入3,3',4,4'‑二苯酮四酸二酐和R为 单元结构的封端剂，搅拌反应均匀，得到聚酰胺酸树
脂溶液。

[0076] 对比例2

[0077] 与实施例1的差别仅在于不加入底材润湿剂。

[0078] 对比例3

[0079] 与实施例1的差别仅在于不加入封端剂。

[0080] 对比例4

[0081] 与实施例1的差别仅使用单一溶剂吡咯烷酮。

[0082] 上述实施例与对比例制备的聚酰胺酸胶黏剂组合物的主要性能见表1所示。

[0083] 表1 实施例和对比例所制备聚酰胺酸胶黏剂亚胺化后的主要性能

[0084]

[0085]

[0086] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。