環(huán)氧樹脂對環(huán)氧模塑料的性能影響分析

1、環(huán)氧樹脂對環(huán)氧模塑料(EMC)的性能影響分析陳昭，吳娟，黃道生(漢高華威電子有限公司，連云港 江蘇 222006)摘要：在環(huán)氧模塑料中，環(huán)氧樹脂是環(huán)氧模塑料的基體樹脂，也是環(huán)氧模塑料的主要原材料，起著將其他組分交聯(lián)結合到一起的重要作用。具有粘合性高、固化收縮率小、耐化學介質穩(wěn)定性好、電絕緣性優(yōu)良、工藝性能良好等特點。因此環(huán)氧樹脂類型的選擇及其性能對環(huán)氧模塑料的性能都有很大的影響。本文主要探討了不同結構環(huán)氧樹脂對環(huán)氧模塑料的粘接性、穩(wěn)定性、收縮率、 電性能及機械性能等性能的影響.關鍵詞：環(huán)氧樹脂環(huán)氧模塑料(EMC)性能 影響Influence of Epoxy Resin on the Prop

2、erties of EMCChen Zhao，Wu Juan，Huang Daosheng（Henkel Huawei Electronics Co., Ltd, Lianyungang Jiangsu 222006）Abstract: Epoxy resin is the main raw material in the formulation of epoxy molding compound(EMC),and plays a role of cross linkage for all components of EMC. High cross linkage,low molded shr

3、inkage, high stability of chemical resistant, excellent insulation and workability are the main properties of epoxy resin, and these properties also fit in with the properties of EMC. In this paper, mainly introduce the influence of the different struction of epoxy resin on EMC. Key Words: Epoxy Res

4、in Epoxy Molding Compound(EMC) Properties Influence1 前言隨著微電子封裝技術的迅速發(fā)展，作為主要的電子封裝材料環(huán)氧模塑料（EMC）也得到了快速發(fā)展。因其具有低成本和高生產效率等優(yōu)點，目前已經約占封裝市場的90以上。環(huán)氧樹脂作為環(huán)氧模塑料的基體材料，環(huán)氧樹脂的選擇方案及其性能對環(huán)氧模塑料的性能有著非常重要的影響，對環(huán)氧模塑料的綜合性能起著決定性作用。2 EMC用環(huán)氧樹脂的分類環(huán)氧樹脂的種類很多，但是能用于生產環(huán)氧模塑料的環(huán)氧樹脂是比較有限的。目前常用的環(huán)氧樹脂有以下幾種類型：雙酚A型環(huán)氧樹脂、鄰甲酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、多官能團型環(huán)氧樹脂

5、，荼型和改性環(huán)氧樹脂等。結構見圖1。鄰甲酚型雙酚A型多官能團型聯(lián)苯型萘型圖1 不同結構的環(huán)氧樹脂環(huán)氧模塑料是以環(huán)氧樹脂為基體樹脂，以酚醛樹脂為固化劑 ，加上填料、促進劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑及其它微量組分，按一定的比例經過特定的工藝加工而成的。環(huán)氧樹脂的種類和它所占比例的不同，直接影響著環(huán)氧模塑料各種特性。比如：粘度、熱膨脹系數、溢料性、熱導率、吸水率等。不同結構的樹脂對EMC性能的影響也不同，各種結構的樹脂對環(huán)氧模塑料性能影響見表1。表1不同結構環(huán)氧樹脂對EMC性能影響代號環(huán)氧樹脂影 響A鄰甲酚型熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性B雙酚A型低收縮性和低揮發(fā)成份C多官能團型高穩(wěn)定性、固化性和TgD聯(lián)苯型粘

6、度、高填充性E荼型高Tg 、高耐熱性能3 環(huán)氧樹脂的特點和作用（1）高粘合性（膠接強度高）：這是因為，（a）羥基和醚鍵等強極性基團使環(huán)氧分子和相鄰界面間產生較強的粘附力；（b）環(huán)氧基與含活潑氫的金屬表面反應生成強化學鍵。（2）固化收縮率?。河捎诃h(huán)氧樹脂與固化劑反應屬于加成聚合，一般來講收縮率較小，沒有什么副產物，因而材料內部的應力較小，而且避免了氣泡空洞的產生。（3）耐化學介質穩(wěn)定性好：在固化體系中的醚基、苯環(huán)和脂肪羥基不易受酸堿侵蝕。（4）電絕緣性優(yōu)良。（5）工藝性能良好、制品尺寸穩(wěn)定、耐性良好和吸水率低。EMC從本質上說是一種非氣密性封裝。樹脂是高分子材料，其分子間距為50-200nm，這

7、種間距大得足以讓水分子滲透過去。水分子進入半導體的途徑有兩條：從樹脂本身滲透過去到達芯片；從樹脂和引線框架的界面出侵入而到達芯片在水存在的條件下，塑封料中若含有離子雜質等，則會由于電化學反應而腐蝕芯片上的鋁布線。4環(huán)氧樹脂對EMC性能的影響用它作環(huán)氧模塑料的膠粘劑主要目的是使EMC熱膨脹系數、吸水率及成型收縮率低；耐熱性、機械性能、介電性能及導熱系數提高。環(huán)氧樹脂在EMC中的含量雖然只有5-20，但它們的性能優(yōu)劣對EMC的品質有著十分重要的影響。下面主要簡單介紹環(huán)氧樹脂影響EMC粘接性、穩(wěn)定性、收縮率、 電性能及機械性能原理。環(huán)氧樹脂最通用的具有代表性的品種是雙酚A二縮水甘油醚，通常稱雙酚A環(huán)

8、氧樹脂，從它的化學結構來分析具有以下特性：粘結性耐腐蝕性粘結性耐熱性及剛性粘結性耐腐蝕性耐熱性及剛性4.1 環(huán)氧樹脂對EMC粘接性的影響環(huán)氧樹脂的結構中具有羥基（）、醚鍵（-O-）、和活性極大的環(huán)氧基團（），它們使環(huán)氧樹脂的分子和相鄰界面產生電磁吸附或化學鍵，尤其是環(huán)氧基又能在固化劑作用下發(fā)生交聯(lián)聚合反應生成三向網狀結構的大分子，分子本身有了一定的內聚力。因此環(huán)氧樹脂型膠粘劑粘結性特別強，對絕大多數的金屬和非金屬都具有良好的粘接性。用它為膠粘劑的環(huán)氧模塑料封裝固化后，能使芯片、引線和和引線角牢牢的結合在一起。因此，環(huán)氧模塑料被稱為“黑膠”。 可供半導體分立器件、功率器件、特種器件、大規(guī)模和超大

9、規(guī)模集成電路封裝使用。4.2環(huán)氧樹脂對EMC穩(wěn)定性的影響環(huán)氧樹脂具有很好的穩(wěn)定，只要不含有酸、堿、鹽等雜質，是不易變質的。如果貯存得好（如低溫5以下，密封、不受潮）可以有一年的使用壽命。它與固化劑及其他材料結合在一起生成的EMC也具有很好的穩(wěn)定性。下面的存儲試驗就是對EMC穩(wěn)定性的一個很好的說明。儲存條件：恒溫5；測試條件：室溫醒料2h、溫度175±2；樣品量15g，測試儀器：測試壓機HB-121-75T型，模具螺旋流動金屬模。用不同環(huán)氧樹脂的EMC的流動長度的存儲試驗，見圖2圖2 不同環(huán)氧樹脂的EMC的儲存曲線由上圖可知，使用鄰甲酚型環(huán)氧樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂的環(huán)氧

10、模塑料的穩(wěn)定性較好。由此可以為我們在針對某些穩(wěn)定性要求較高的環(huán)氧模塑料的樹脂材料的選擇上提供依據。4.3 環(huán)氧樹脂對EMC收縮率的影響環(huán)氧樹脂的固化主要是依靠環(huán)氧基的開環(huán)加成聚合，因此固化過程中不產生低分子物；環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環(huán)氧樹脂固化時派生的部分殘留羥基，它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂的面化收縮率是熱固性樹脂中最低的品種，一般為1%-2%。如果選用適當的填料可使收縮率降至2%左右。表2為各種純熱固性樹脂的固化收縮率。環(huán)氧樹脂的固化收縮率低這一特性使加工制品尺寸穩(wěn)定。內應力小，不易開裂。表2為各種純熱固性樹脂的固化收縮率。樹脂名稱固化收縮率（%）酚醛樹脂8-10

11、聚酯樹脂4-6有機硅樹脂4-8環(huán)氧樹脂1-2環(huán)氧模塑料利用硅微粉作為填料，可得到固化收縮率更小的環(huán)氧模塑料。下面是漢高華威幾種不同型號的EMC的固化收縮率，見表3表3 不同型號的EMC的固化收縮率代號型 號固化收縮率（%）AKL-10000.38BKL-45000.20CGR98100.01DKL-G680H0.07EKL-G450H0.074.4環(huán)氧樹脂對EMC電性能的影響固化后的環(huán)氧樹脂吸水率低，不再具有活性基團和游離的離子，因此具有優(yōu)異的電絕緣性。環(huán)氧樹脂代表性的電性能見表4.表4環(huán)氧樹脂代表性的電性能項目數據擊穿電壓25Kv.mm23550體積電阻率25.cm1×（10131

12、015）介質常數（50Hz）34損耗因數（50Hz）Kv.mm-10004以下抗電弧s100140也因環(huán)氧樹脂的具有良好的電性能，是用它作為膠粘劑EMC同樣具有良好的電性能。下面表5是漢高華威幾個產品EMC具有代表性的電性能。表5 不同環(huán)氧樹脂的EMC的電性能參數代號型 號體積電阻率（25）250 voltsohm-cm x 1015介質常數（1MHz）AKL-10003.24.0BKL-45004.03.8CGR98103.23.8DKL-G680H3.53.8EKL-G450H3.54.04.5 環(huán)氧樹脂對EMC機械性能的影響環(huán)氧模塑料用來封裝芯片主要是起到保護和支撐作用，因此就要求其具有

13、很好的機械性能。因固化后的環(huán)氧樹脂具有很強的內聚力，而分子結構致密，它的機械強度是樹脂中比較好的。表6未增強的環(huán)氧樹脂澆注鑄件性能。表6是未增強的環(huán)氧樹脂澆注鑄件性能項 目數 據拉伸強度/MPa4570彎曲強度/MPa80 120壓縮強度/MPa85 170楊氏彈性模量/MPa22000 - 35000沖擊強度/Pa95200相對密度1.10 1.20下面表7是漢高華威幾個產品EMC具有代表性的機械性能。表7不同環(huán)氧樹脂的EMC的機械能參數代號型 號彎曲強度/MPa彎曲模量/MPaAKL-100013513000BKL-450014014500CGR981014020000DKL-G680H1

14、4516000EKL-G450H145155005結束語通過以上對相關環(huán)氧樹脂的介紹以及相對應的EMC的主要參數分析來看，結合實際應用，鄰甲酚型，雙酚A型環(huán)氧樹脂的EMC主要可用于二極管和分離器件的封裝，聯(lián)苯型，多官能團和萘型環(huán)氧樹脂可用于集成電路的封裝。環(huán)氧樹脂影響著EMC的綜合性能。而現(xiàn)代封裝行業(yè)正向著小型化，高集成方向發(fā)展，對環(huán)氧模塑料的綜合性能要求也越老越高。因此環(huán)氧樹脂的研究和開發(fā)也應向相應的方向發(fā)展，以達到環(huán)氧模塑料的應用要求。參考文獻：1孫忠賢.電子化學品M.北京化學工業(yè)出版社，2001.2王德忠.環(huán)氧樹脂生產與應用（第二版）. 北京化學工業(yè)出版社，2001.3王同霞.環(huán)氧樹脂對環(huán)氧模塑料的性能影響分析與研究。集成電路應用200年第9期。4成興明.環(huán)氧模塑料性能及其發(fā)展趨勢，半導體技術2004年01期.5天津市合成材料工業(yè)研