[发明专利]一种高可靠性芯片级热界面材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高可靠性的芯片级热界面材料，按重量份计包括：端乙烯基硅油5‑10份；侧链乙烯基硅油0.5‑5份；催化剂0.1‑1份；金属减活剂0.1‑1份；抗氧剂0.1‑1份；偶联剂0.2‑1份，大粒径球型铝粉50‑60份，小粒径球形铝粉15‑25份，氧化锌15‑25份。本发明利用过氧化物催化乙烯基硅油自由基聚合形成凝胶，同时添加金属减活剂捕捉或阻断过渡金属对聚合物的催化老化作用，以及添加抗氧化剂消除产生的自由基，达到提高芯片级热界面材料的可靠性。此芯片级热界面材料导热系数4‑5w/m‑k，以及超低热阻，专用于各尺寸芯片内部封装，将芯片产生的热量及时传导出，保证芯片的工作稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高可靠性芯片级热界面材料及其制备方法，属于胶黏剂技术领域。

背景技术

随着芯片应用越来越广泛，芯片性能的不断提升，其工作产生的热量也越来越多，导致其工作温度更高。其热量无法及时散出，会极大降低芯片的工作性能以及使用寿命。

由于芯片级热界面材料应用于芯片硅片（Die）以及散热框（Lid）之间，散热框则通过AD胶粘接固定于PCB上。在BGA封装制成中，芯片植球后，需通过回流焊将芯片焊接在母板上，由于其结构属于不同材料一层一层堆叠起来的，加上回流焊最高温会达到260℃，不同材料热膨胀系数（CTE）的差别，会导致芯片回流焊时翘曲变形；另外根据其应用特点，芯片级热界面材料属于一次性封装，终身使用，中途不会有更换，因此芯片级热界面材料的高可靠性在芯片封装中至关重要。

普通芯片级热界面材料利用过渡金属（铂、铑等）催化剂，催化硅氢加成反应固化交联成凝胶状于Die与Lid之间，填充界面缝隙导热，其主要导热填料一般采用铝、银等导热系数很高的金属粉。然而，实际可靠性测试后（特别是高温150℃*1000h老化测试），老化后的芯片级热界面材料模量极高，由原先的100kpa左右，急速升高到5MPa以上，其伸长率也基本降为0，变成脆硬状。在芯片使用后期无法再对抗由芯片温度变化导致翘曲产生的应变，最终裂开，极大降低散热效果，导致芯片失效。究其原因主要在于：1.体系中铝、银粉等导热粉体氧化，导致体积膨胀在一定程度上压缩的有机硅分子链的空间，从而导致硬度/模量增加；2.有机硅分子链在高温下断链产生自由基，再交联导致交联密度上升，硬度/模量增加；3.体系中的过渡金属如铁、银、铂等对高分子链催化老化导致断链，加速其硬度/模量增加。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种高可靠性的芯片级热界面材料及其制备方法，从反应机理的优化以及金属减活剂、抗氧剂的添加，使得芯片级热界面材料的可靠性大幅提升。

本发明所述的芯片级热界面材料由下列组份按所述重量份制成：端乙烯基硅油5-10份；侧链乙烯基硅油0.5-5份；催化剂0.1-1份；金属减活剂0.1-1份；抗氧剂0.1-1份；偶联剂0.2-1份，大粒径球型铝粉 50-60份，小粒径球形铝粉15-25份，氧化锌15-25份。

所述端乙烯基硅油粘度50~1000mPa·s，进一步优选为100~500mPa·s，更优选为300mPa·s；端乙烯基硅油的乙烯基含量优选为0.1~0.8mmol/g，进一步优选为0.1~0.3mmol/g，更优选为0.2mmol/g。

所述侧链乙烯基硅油粘度50~1000mPa·s，进一步优选为200~600mPa·s，更优选为500mPa·s；侧链乙烯基硅油的乙烯基含量优选为0.1~1mmol/g，进一步优选为0.2~0.5mmol/g，更优选为0.3mmol/g。

所述催化剂为过氧化二苯甲酰（BP）、2,4-二氯过氧化苯甲酰（DCBP）、过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、二叔丁基过氧化物（DTPB）、过氧化二异丙苯（DCP）、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷（DHBP）等过氧化物；优选DHBP。