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高性能電子封裝材料用環(huán)氧樹脂,你了解哪些?

作者: Herry.Han
發(fā)布于: 2024-07-18 15:53
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電子封裝膠是用于封裝電子器件,是起到密封、包封或灌封的一類電子膠水或粘合劑。經(jīng)電子封裝膠封裝后可以起到防水、防潮、防震、防塵、防腐蝕、散熱、保密等的作用。因此,電子封裝膠需要具有耐高低溫,介電強度高,絕緣性好環(huán)保安全的特點。
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為什么選擇環(huán)氧樹脂?

隨著大規(guī)模集成電路以及電子元器件微型化的不斷發(fā)展,電子元器件的散熱問題成為影響其使用壽命的關鍵問題,迫切需要具有良好散熱性能的高導熱膠粘劑作為封裝材料。
 
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的耐熱性、電絕緣性、密著性、介電性、力學性能及較小的收縮率、耐化學藥品性,加入固化劑后又有較好的加工性和可操作性。因此,目前國外半導體器件較多采用環(huán)氧樹脂進行封裝。
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環(huán)氧樹脂的發(fā)展

隨著環(huán)境保護呼聲的日益高漲以及集成電路工業(yè)對于電子封裝材料性能要求的不斷提高,對于環(huán)氧樹脂提出了更高的要求。IC封裝用的環(huán)氧樹脂除了要求高純度之外,低應力、耐熱沖擊低吸水性也是亟待解決的問題。
針對耐高溫和低吸水率等問題,國內外研究從分子結構設計出發(fā),主要集中于共混改性和新型環(huán)氧樹脂的合成,一方面將聯(lián)苯、萘、砜等基團和氟元素引入環(huán)氧骨架,提高固化之后材料的耐濕熱性能;另一方面,通過加入幾類具有代表性的固化劑,研究固化物的固化動力學、玻璃化轉變溫度、熱分解溫度和吸水率等性能,力求制備出高性能電子封裝材料用環(huán)氧樹脂。

 

幾種特殊環(huán)氧樹脂介紹

以下主要介紹幾種電子封裝用的特殊環(huán)氧樹脂:

聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂

 

通過兩步法合成的四甲基聯(lián)苯二酚型環(huán)氧樹脂(其結構如圖)經(jīng)DDM和DDS固化后,展現(xiàn)了較高的耐熱性,良好的機械性能和較低的吸水率。

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 四甲基聯(lián)苯二酚型環(huán)氧樹脂的結構及其1H-NMR

 

另有研究者組合成了一種新型含聯(lián)苯結構的環(huán)氧樹脂,反應式如下圖所示。DDS固化后,煮沸吸水法測得吸水率為1.53%。聯(lián)苯結構的引入,耐熱性和耐濕性能都有較大的改善,有利于應用于電子封裝材料領域。

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含硅環(huán)氧樹脂

 

電子封裝領域的另一個研究熱點是引入有機硅鏈段,該研究既可以提高耐熱性,又能增強環(huán)氧固化后的韌性,并且含硅聚合物具有良好的阻燃特性,含硅基團的低表面能致使其遷移到樹脂表面,形成耐熱保護層,從而避免聚合物發(fā)生進一步的熱降解。

 

有研究者采用氯封端有機硅氧烷聚合物改性雙酚A型環(huán)氧樹脂,通過端基氯與環(huán)氧鏈上的羥基反應生成Si-O鍵,其結構式如下圖所示。

 

這種方法在不消耗環(huán)氧基的前提下,提高樹脂固化物的交聯(lián)密度,既起到了增韌樹脂的效果,又提高其耐熱和耐沖擊等性能。

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含氟環(huán)氧樹脂

3

 

含氟聚合物有很多獨特的性能,氟元素具有最大的電負性,電子與核之間的作用力大,與其他原子間化學鍵的鍵能大,折射率低,含氟聚合物的耐熱性、耐氧化性和耐藥品性能優(yōu)異。

 

含氟環(huán)氧樹脂具有防塵自潔、耐熱、耐磨、耐腐蝕等性能而且還能改善環(huán)氧樹脂的溶解性,同時,具有優(yōu)良的阻燃性,成為電子封裝領域內的新型材料。

 

美國海軍實驗室合成的含氟環(huán)氧樹脂室溫下為液態(tài),具有極低的表面張力。經(jīng)硅胺室溫固化或氟酐固化后,可得到具有優(yōu)良的強度、耐久性、低表面活性、高Tg和高極限穩(wěn)定性的環(huán)氧樹脂。其合成步驟為:

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含雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂

4

 

通過Friedel-Crafts反應可以合成雙環(huán)戊二烯鄰甲酚醛樹脂,反應式如下圖所示。該樹脂分別用甲基六氫苯酐和聚酰胺651固化劑固化,固化物的Tg分別為141°C和168°C,同單純的E51固化樹脂相比提高約20°C。

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雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂結構及1H-NMR

 

 

有一種新型的低介電雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂(見下圖)性能可以與商品化的雙酚A型環(huán)氧樹脂相媲美,5%熱失重大于382°C,玻璃化轉變溫度為140-188°C,而且吸水率(100°C,24h)只有0.9-1.1%。

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含萘環(huán)氧樹脂

 

有研究者合成了一種新型含萘結構酚醛環(huán)氧樹脂,反應式如下圖所示。其DDS固化物表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能,Tg為262°C,5%熱失重為376°C。

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雙酚A-萘甲醛酚醛環(huán)氧樹脂的合成

 

脂環(huán)族環(huán)氧樹脂

 

脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的特點是:純度高、黏度小、可操作性好、耐熱性高、收縮率小、電性能穩(wěn)定及耐候性好等優(yōu)點,特別適合高性能電子封裝材料低黏度、高耐熱性、低吸水性和電性能優(yōu)異等要求,是極有發(fā)展前途的電子封裝材料。

 

下圖所示的是一種新型的耐熱性液體脂環(huán)族環(huán)氧化合物的反應過程。將脂環(huán)族烯烴二元醇與鹵代烴經(jīng)醚化反應生成脂環(huán)族三烯烴醚化物,再將其進行環(huán)氧化可制得。

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共混改性環(huán)氧樹脂

 

共混是一種有效改善材料性能的重要方法。在一種環(huán)氧基質中,摻入另一種或幾種環(huán)氧樹脂,使基質材料的某一種或幾種特定性能發(fā)生改善,從而獲得綜合性能更優(yōu)異的新材料。在環(huán)氧模塑料中,通過共混可以達到降低成本,提高使用性能和加工性能的目標。

 

在未來的生產(chǎn)研究中,為了使環(huán)氧樹脂能夠全面應用于國內電子封裝行業(yè)中,改進制備工藝技術、探索耐濕熱高性能環(huán)氧樹脂和中溫耐濕熱環(huán)氧樹脂的固化體系,以及新型環(huán)氧樹脂改性添加劑的制備是該研究領域的發(fā)展方向。

 

高性能電子封裝材料用環(huán)氧樹脂,你了解哪些?

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