本发明专利技术涉及用于形成单组分固晶粘合剂材料的复合材料，所述单组分固晶粘合剂材料可用于封装半导体，包括HB-LED。本发明专利技术复合材料包括导热且导电的填充剂、聚合物基质和溶剂，它们形成的材料热导率高、固化温度低、储存温度高。本发明专利技术还涉及制备所述复合材料的方法，即将所选粒度的经过表面修饰的填充剂配方、聚合物基质和非反应性有机溶剂混合在一起，然后在低温固化该混合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高性能固晶粘合剂(die attach adhesive) ( “DAA”)材料,通过结合纳米材料和微米/纳米胶囊技术，该材料热导率高，固化温度低，并且储存温度高。本专利技术还涉及制备所述材料的复合材料的方法，所述材料可用于封装高亮度LED(“HB-LED”)和其他半导体。
技术介绍
近年来HB-LEDs的重要性增加并且在不久的将来将成为照明工业最重要的产品之一。然而，因为传统的HB-LEDs在产生高于lOOW/cm2的热通量方面普遍都有问题，所以设计用于指示器LED的传统封装不适于HB-LED。LED过热将引起过早失效，因为这种固相照明装置的效率、光谱、可靠性和寿命强烈依赖于成功的热管理。环氧树脂粘合剂是最广泛用于HB-LED和半导体封装的粘合剂，因为这种粘合剂对不同种类的基板都具有良好的粘合性，能够在超快速工艺中实现自动化，成本低，并且由于易于使用而节省了生产周期时间等等。未改性的环氧聚合物树脂是天然的绝缘体，显示低电导率和热导率。因此，合适的填充剂已被用于生产高电导率和高热导率的粘合剂。应加入充分导电/导热的颗粒以在聚合物基质内形成 网络，从而电子和热能够流过颗粒结合点以使该混合物导电并导热。基于这种概念，传统固晶粘合剂(“DAA”)的热导性主要通过填充剂和贯穿环氧树脂基质的填充剂之间的连接而实现[M.1noue, H.Muta, S.Yamanaka, K.Suganuma,大阪大学，日本，J.Electron.Mater.，Vol.37，N0.4 (2008) PP.462-468.]。已用金属粉末，包括银、铜、金和铝等，作为传统的DAA填充剂来获得约1-5W/M.K的热导率。然而，这种热导率不能满足当前高功率装置的需求。对于填充剂材料的设计和填充剂与基质间的化学的研究都比较活跃[Yi Li, C.P.Wong, Materials Science andEngineering R51，2006，1-35 ;D.D.Lu，Y.G.Li, C.P.Wong, 22, 2008,801-834] 此外，进一步的研究集中在新型的高热导率填充剂，包括氮化硼、氮化铝和碳的同素异形体等[C.-W.Nan，G.Liu，Y.Lin，and Μ.Li，App1.Phys.Lett.，vol.85, 2004，3549-3551 ；C.H.Liu，H.Huang, Y.Wu, and S.S.Fan，App1.Phys.Lett.84，2004，4248-4250]。尝试增强环氧复合物热导率的努力还包括使用纳米颗粒材料。例如，美国专利申请系列号10/426,485公开了在聚合物基质中使用非导电纳米颗粒以改善聚合复合物体系的热导率。美国专利号7，550，097还描述了使用导电纳米颗粒的热导材料，该纳米颗粒比微米级颗粒的相分离更少。除填充剂之外，还研究了 CVD生长的碳纳米管(CNT)作为HP(高功率)-LED(等同于HB-LED)封装中的热界面材料(TIM)以增强界面的热导性[K.Zhang, Μ.M.F.Yuen,D.G.ff.Xiao, Y.Y.Fu, P.Chan,，Proc.2008ECTC58th, PP.1659-1663 ；K.Zhang, Y.Chai，M.M.F.Yuen, D.G.W.Xiao, P.C.H.Chan, “Carbon nanotube thermal interfacematerial for high-brightness light-emitting-diode cooling，，， Nanotechnology,19,n0.215706]。然而，与用于热沉表面的CNT- Μ相比，LED或其他半导体中的芯片粘合工艺仍然使用固晶粘合剂用于将裸片(die)/芯片粘合在不同基板(陶瓷、硅、铜、铝等)上。CNT-TIM和裸片之间的不稳定粘合不能为随后的引线粘合工序提供足够的强度。相比之下，固化的DAA对于这些工艺而言是足够强的。这种固化的DAA能将最重要的部分即LED裸片和基板直接连接起来。因为这些特性，这种固晶材料不仅提供了裸片和封装之间的热导性和电导性而且还根本上改善了器件在电场中工作时的性能。因为官能化环氧粘合剂对不同基板的良好粘合、低成本和能够在粘合工艺中自动化,这种粘合剂占据了大规模生产中现有的大部分市场份额。因此，需要开发一种新的DAA，其具有较高的热导率、更好的粘合性和更大的机械稳定性。迄今为止，只报道了很少的DAA能够达到15-25W/M.K的相对较高的热导率。仍然需要热导率高于40W/M.K并且具有较高的稳定性和相对低成本的DAA以形成可靠和稳定的HB-LED 封装。传统的环氧粘合剂主要由两组分组成，这两组分最初是分离的:“A”是线性聚合物树脂，“B”是固化剂。当“A”组分与“B”组分混合时，线性聚合物树脂被固化剂活化，线性分子彼此交联形成最终的三维网络。这种两组分(two-part)粘合剂有一些优点，诸如保质期很长、固化温度很低能在室温固化。然而，它们在电子器件封装中的缺点包括，(需要)另外的混合工艺，混合后的粘合剂适用期短导致大量的浪费，以及使用难度大(因为当两组分混合时，它们在室温马上开始固化，适用期太短以至于不适合用于自动化固晶工艺)。相对而言，已知单组分(one-part)环氧粘合剂可广泛用于不同的用途，包括电子器件封装。它们一般对多种基板具有非常好的粘合性，非常高的粘合强度和优异的电学特性。然而，单组分环氧粘合剂在应用于电子器件时有一些限制。首先，当聚合物树脂和固化剂混合在一起时，需要 _40°C的非常低的储存温度以降低反应性。这使得反应混合物在运输和储存中成本更高并且消耗更多能量。第二，在单组分粘合剂中多使用潜固化剂。因此，大多数现有的单组分环氧粘合剂需要在高温(> 150°C )固化很长时间，这限制了它们在具有温度敏感性元件例如LED的LED器件中的应用。这种固化条件从节约能源和大规模生产效率的角度而言也是一种缺陷。虽然一些研究工作集中在通过使用微胶囊化硬化剂来解决这一问题[美国专利7，854，860]，但是此类单组分材料无法用于热导性/电导性粘合齐U，因为粘合剂中的硬颗粒填充剂破坏软的微胶囊壳并且硬化剂从中释放出来导致整个粘合剂体系的失败。因此，本领域仍然需要改进的环氧体系，其具有较高的热导性和电导性并且易于使用、方便储存，能够与多种基板材料形成高强度的粘合。
技术实现思路
本专利技术第一方面涉及单组分DAA，其具有高电导率和高热导率、低固化温度和高储存温度以及高可靠性。更具体地，这些单组分DAA具有≥ 40W/M.K的热导率，在≤ 100°C的温度时具有良好的可固化性，和在≥-10°C的储存温度时的高稳定性。本专利技术单组分DAA的复合材料包括30-96重量％的热导性填充剂、2-30重量％的聚合物基质和2-40重量％的溶齐U。所述热导性填充剂在所述聚合物基质中良好地分散从而增强本专利技术单组分DAA的热导性。热导性填充剂可以不同的形式存在，诸如纳米线、纳米线网络或纳米颗粒。填充剂可由选自银、铜、镍、石墨或它们的组合的(一种或多种)无机材料或金属组成。也可改变热导性填充剂使其具有不同的粒度、形状和/或不同种类的填充剂之间的重量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.22 US 61/457,4101.制备单组分和可热固化DAA复合材料的方法，包括: 提供导热且导电的填充剂； 提供聚合物基质； 提供溶剂；和 混合所述导热且导电的填充剂、聚合物基质和溶剂以形成所述复合材料， 其中所述填充剂是无机化合物，占所述复合材料的30-96重量所述聚合物基质占所述复合材料的2-30重量％ ;所述溶剂占所述复合材料的2-40重量％， 并且其中形成的所述复合材料的热导率至少约40W/M.K，固化温度约80-100°C，且储存温度约-10 °C。2.权利要求1的方法，其中所述无机填充剂选自金、银、铜、镍、石墨、或它们的组合。3.权利要求1的方法，其中所述无机填充剂在所述混合之前被进一步改性以形成改性的填充剂配方，且其中所述改性的填充剂配方包含所述无机填充剂，其中约20-100重量％的所述无机填充剂是直径约13-50 μ m的微粒，约10-100重量％的所述无机填充剂是直径约6-12 μ m的微粒，约10-90重量％的所述无机填充剂是直径约5_6 μ m的颗粒，约20-100重量％的所述无机填充剂是直径约l-5ym的微粒，约1-10重量％的所述无机填充剂是直径约10-200nm的纳米颗粒,和/或约1_10重量％的所述无机填充剂是直径约IOOnm-1 μ m且长度约1-10 μ m的纳米棒。4.权利要求1的方法，其中所述无机填充剂颗粒的表面经分散剂进一步处理，所述分散剂包括以下至少一种:甘油 脂肪酸酯或其聚合物、具有亲水基团和/或疏水基团的有机娃烧偶联剂、具有未水基团和/或疏水基团的有机钦酸酷、具有未水基团和/或...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨敏，吕冬，郎咸鑫，王博，李志颖，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：
国别省市：
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