高性能電子封裝材料用環(huán)氧樹脂你了解哪些

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(guān)鍵問題，迫切需要具有良好散熱性能的高導(dǎo)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(xué)性能及較小的收縮率、耐化學(xué)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(dǎo)體器件較多采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝。環(huán)氧樹脂的發(fā)展隨著環(huán)境保護(hù)呼聲的日益高漲以及集成電路工業(yè)對(duì)于電子封裝材料性能要求的不斷提高，對(duì)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(yīng)力、耐熱沖擊和低吸水性也是亟待解決的問題。

針對(duì)耐高溫和低吸水率等問題，國內(nèi)外研究從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tuán)和氟元素引入環(huán)氧骨架中，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(dòng)力學(xué)、玻璃化轉(zhuǎn)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1

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

四甲基聯(lián)苯二酚型環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)及其1H-NMR另有研究者組合成了一種新型含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂，反應(yīng)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(jié)構(gòu)的引入，耐熱性和耐濕性能都有較大的改善，有利于應(yīng)用于電子封裝材料領(lǐng)域。含硅環(huán)氧樹脂2

電子封裝領(lǐng)域的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是引入有機(jī)硅鏈段，該研究既可以提高耐熱性，又能增強(qiáng)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(tuán)的低表面能致使其遷移到樹脂表面，形成耐熱保護(hù)層，從而避免聚合物發(fā)生進(jìn)一步的熱降解。有研究者采用氯封端有機(jī)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(yīng)生成Si-O鍵，其結(jié)構(gòu)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。含氟環(huán)氧樹脂3含氟聚合物有很多獨(dú)特的性能，氟元素具有最大的電負(fù)性，電子與核之間的作用力大，與其他原子間化學(xué)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(shí)，具有優(yōu)良的阻燃性，成為電子封裝領(lǐng)域內(nèi)的新型材料。美國海軍實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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：含雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂4通過Friedel-Crafts反應(yīng)可以合成雙環(huán)戊二烯鄰甲酚醛樹脂，反應(yīng)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。雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變溫度為140-188°C，而且吸水率(100°C,24h)只有0.9-1.1%。含萘環(huán)氧樹脂5

有研究者合成了一種新型含萘結(jié)構(gòu)酚醛環(huán)氧樹脂，反應(yīng)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。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6

脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)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(diǎn)，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(yīng)過程。將脂環(huán)族烯烴二元醇與鹵代烴經(jīng)醚化反應(yīng)生成脂環(huán)族三烯烴醚化物，再將其進(jìn)行環(huán)氧化可制得。共混改性環(huán)氧樹脂7

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(zhì)中，摻入另一種或幾種環(huán)氧樹脂，使基質(zhì)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(dá)到降低成本，提高使用性能和加工性能的目標(biāo)。在未來的生