一种高强度半导体封装用导热绝缘硅胶及其制备方法与流程

本发明涉及一种高强度半导体封装用导热绝缘硅胶及其制备方法，属于导热绝缘硅胶。

背景技术：

1、已有试验证明：电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。随着5g运算速度的提升，5g手机芯片功耗约11w，约是4g手机的2.5倍，无疑将产生更多的热量，然而集成电路芯片和电子元器件体积却在不断缩小，内部结构设计更为紧凑，机身又向着非金属化演进，需额外散热设计补偿散热问题已经成为电子设备亟需解决的问题。

2、有机硅因其卓越的耐候性，优异的耐高低温性，良好的粘憎水性，极佳的电气性能和耐化学品腐蚀等特点，被选作半导体封装材料来粘接pcb和镀镍lid用以保护内部芯片。有机硅密封胶虽能对粘接相关部件提供有效保护和固定，但是普通硅胶的导热系数无法满足发热部件对导热的要求，有机硅密封胶的使用反而阻碍了发热部件的散热，热量的集聚将严重影响相应部件使用性能的稳定性及使用寿命。为拓宽密封胶的应用范围，可以通过添加导热填料来改善有机硅密封胶导热性能。

3、导热性能的提高是靠填料的高填充实现的，但是过高的填充量使得基体的粘度增大，影响施胶工艺，同时影响固化后胶体的柔韧性，并且伸长率急剧下降，从而降低了其对相关部件的缓冲与保护作用。

技术实现思路

1、本发明所需要解决的技术问题是在现有导热绝缘硅胶的技术上，提供一种高强度半导体封装用导热绝缘硅胶及其制备方法。本发明制作的导热绝缘硅胶，为加成型单组份中高温快速固化硅胶，使用方便，环保，导热好，本体强度高，对基材的粘接好，而且能降低返修时硅胶在部件中的残留，利于保护芯片的相应部件。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下，本发明的目的之一在于提供一种高强度半导体封装用导热绝缘硅胶，按照重量份计，所述导热绝缘硅胶包括以下组分：

3、

4、进一步，所述基料由甲基乙烯基硅油、气相法白炭黑以及结构化控制剂高温捏合而成，其质量配比为(65～90)：(5～15)：(0.5～5)。

5、进一步，所述甲基乙烯基硅油为端乙烯基硅油或者树脂，粘度为1000～100000mpa.s，乙烯基含量0.02～2wt％；

6、进一步，所述的气相法白炭黑为r974、dm-20s中的一种。

7、进一步，所述的结构化控制剂为二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷中的一种。

8、进一步，所述活性稀释剂为含反应活性基团乙烯基的支化多乙烯基硅油，粘度300～2000mpa.s，乙烯基含量0.1～8wt％，结构式如(1)所示，但不局限于结构式(1)。

9、

10、式(1)中，e、f、g、h取值范围为1～100。

11、采用上述进一步方案的有益效果是：上述稀释剂为梳型结构，能有效增加流动性，降低体系粘度，同时带有多个反应基团，能增加交联点，对强度有一定的改善。

12、进一步，所述含氢硅油的结构式如(2)所示，

13、

14、其中，r’＝-ch3或-h，m＝2～15，n＝2～5。

15、进一步，所述补强剂为含氢聚倍半笼型硅氧烷(rsio3/2)a，a＝6,8,10,12，其结构概述如式(3)所示，其中r＝-osi(ch3)2h。

16、

17、进一步，所述补强剂含氢聚倍半笼型硅氧烷的合成方法如下：

18、在250ml三口烧瓶中，加入浓硫酸，将正硅酸乙酯(a)和四甲基二氢二硅氧烷(b)按照摩尔比2:1混合均匀后，边搅拌边加入到烧瓶中，将温度控制在60-90℃后，按照a:b:c摩尔比＝2：1：(3-6)加入去离子水(c)，机械搅拌，冷凝回流18-48h，将下层物离心，无水甲醇清洗，真空干燥箱中40-50℃干燥8-20h，得白色含氢聚倍半笼型硅氧烷。

19、采用上述进一步方案的有益效果是：含氢聚倍半笼型硅氧烷(rsio3/2)a，当a＝6时，结构式(3)中的硅氢活性高能够快速地与乙烯基发生反应，形成补强点；当a＝8,10,12时，结构式(3)所述的补强剂的纳米粒子的笼型结构还可以发生形变终止树脂微裂纹尖端的发展，引发银纹或剪切带，或分子链重新排列，促进韧性的改善。

20、进一步，所述的粘接剂的结构式为式(4)和(5)所示的一种或两种的混合物。

21、

22、其中，j,m＝1～4，k,n＝1～3，0≤r1≤3。

23、采用上述进一步方案的有益效果是：加入上述粘接剂，通过多种基团的引入，可以明显改善导热绝缘硅胶对不同基材的粘接强度。

24、进一步，所述的催化剂为铂(0)－乙烯基四甲基二氢二硅氧烷络合物，铂金含量为3000～10000ppm。

25、进一步，所述的抑制剂为2-甲基-3-丁炔-2-醇，乙炔环己醇，3-甲基-1-戊炔-3-醇中的任意一种。

26、进一步，所述导热填料为钛酸酯偶联剂处理过的粒径2.5um的表面钝化铝粉和粒径为50um的球形氮化硼中的一种或两种的混合物。

27、进一步，所述处理导热填料用的钛酸酯偶联剂结构如式(6)所示，

28、

29、其中，x＝2～3，y＝2～3，z＝1～5。

30、采用上述进一步方案的有益效果是：铝粉经过表面钝化，由于表面被致密的氧化铝包覆，由电的良导体转变为绝缘体，其导热性能变化极小。导热粉经过上述结构的钛酸酯偶联剂改性后，表面被偶联剂包覆，硅氧链端的引入能有效增加其与硅胶体系的相容性，不易形成应力集中点，有效降低粘度，同时改善基体的强度。用上述结构的钛酸酯偶联剂处理的导热粉同样适用于环氧、聚氨酯等树脂体系胶黏剂，能够实现粉体高质量分数的填充，同时强度无明显下降。

31、本发明的目的之二在于提供一种上述导热绝缘硅胶的制备方法，包括以下步骤：

32、(1)基料制备：将甲基乙烯基硅油或树脂、气相法白炭黑以及结构化控制剂的质量按照以下比例(65～90)：(5～15)：(0.5～5)，依次加入到捏合机内，转速50～200rpm,于120℃下混合1～4小时，并抽真空得基料。

33、(2)补强剂含氢聚倍半笼型硅氧烷制备：

34、在250ml三口烧瓶中，加入浓硫酸，将正硅酸乙酯(a)和四甲基二氢二硅氧烷(b)按照摩尔比2:1混合均匀后，边搅拌边加入到烧瓶中，将温度控制在60-90℃后，按照a:b:c摩尔比＝2：1：(3-6)加入去离子水(c)，机械搅拌，冷凝回流18-48h，将下层物离心，无水甲醇清洗，真空干燥箱中40-50℃干燥8-20h，得白色含氢聚倍半笼型硅氧烷。

35、(3)导热粉体处理：将钛酸酯偶联剂与乙醇按1：1预混合，将导热粉体加入到高速混合机中转速800-1500r/min，在温度达90-100℃，排出水气后，按质量比导热粉：钛酸酯偶联剂：乙醇＝(88～99)：(0.3-3)：(0.3-3)，加入预处理的钛酸酯偶联剂，温度达105℃时停机出料，密封包装待用。

36、(4)导热绝缘硅胶制备：室温下，于双行星重力搅拌机中加入6～10份的基料，5.6～20份活性稀释剂，0.05～1份催化剂，真空混合均匀；加入导热填料250～400份，真空混合均匀，加入1～5份粘接剂，0.01～1份抑制剂，真空混合均匀，然后加入0.1～2份补强剂真空混合均匀，最后加入0.5～5份含氢硅油，充分真空搅拌均匀后出料，密封保存得导热绝缘硅胶。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

38、本发明提供的导热绝缘硅胶，为单组分加成型有机硅胶，中高温环境下能够快速固化，使用方便快捷。支化型多乙烯基稀释剂降低体系粘度的同时，增加反应基团对强度改善起到一定的作用；补强剂能有效提高硅胶最终强度，增加韧性的同时降低粘度；粘接剂的添加及并用，能有效改善界面粘接性能，将lid框以及pcb有效粘接起来，保护内部器件。用本发明所述钛酸酯偶联剂处理的导热粉能够实现粉体高质量分数的填充，使得硅胶的导热性能明显提高，及时将芯片内产生的热量散发出去，同时胶体粘度增加不明显，伸长率也有明显的改善。