CN113831878B - 一种环氧树脂组成物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂组成物及其应用。一种环氧树脂组成物，按质量份数包含以下组分：2‑15份环氧树脂、2‑10份硬化剂、0.01‑1份硬化促进剂、70‑95份无机填充材料、0.1‑0.8份偶联剂、0.1‑1.0份有机茚改性膨润土、0.1‑0.6份的脱模剂、0.1‑1份的应力改质剂和0.01‑1份着色剂。本发明的一种环氧树脂组成物，表现出对大PAD产品气孔的有效控制和良好的密着性，且产品的可靠性及电气性能稳定；另外此产品具有良好的加工性。本发明的环氧树脂组成物适用于分立器件和集成电路封装。

Description

一种环氧树脂组成物及其应用

技术领域

本发明涉及分立器件和集成电路封装电子封装领域，特别是涉及环氧树脂组成物及其应用。

背景技术

近年来，以环氧树脂为母体树脂的高分子复合材料-环氧模塑料因其成本低、薄性化、生产工艺简单、适合自动化生产等优点，广泛应用于微电子工业的封装，成为消费电子及较高紧密电子封装的主要封装材料。随着电子封装集成度越来越高，芯片尺寸也越来越大，内部布线也越来越密集，对环氧树脂组成物的性能要求也越来越高。对塑封本体来说，需兼顾外观、生产性、冲丝、可靠性等问题。

对于分立器件和集成电路封装，除了要保证该环氧树脂组成物与框架的密着牢度，还要兼顾封装时操作性及吸水后的电性能等问题，避免因吸水和粘框架影响产品的可靠性及生产性。

现阶段客户封装集成电路追求低成本高效芯片简单封装，比如在现有封装形式的尺寸放更大更集成的电路芯片，这样对封装的材料框架、银胶、线材、EMC(环氧树脂组成物)要求都更高。芯片大，装载芯片的PAD的更大，但外形尺寸不变，因此造成容积比发生变化，塑封料外形尺寸和PAD尺寸比例更接近，一般比例要大于80％，此状况会影响塑封料的模流，塑封料进入型腔会有PAD上、下两个不同的流动途径，因为pad较大，环氧树脂组成物在pad上、下流动速度不同，上、下层流动途径的环氧树脂组成物在排气前愈合，导致型腔及EMC本体中的气体无法排出，会有气孔残留在封装后产品表面或者内部，另外封装厂从成本和效率上考量也会逐渐增加单模和单片产品的数量，例如SOP8从原来的5排变成8排，再到12排，更有甚者设计为15排产品，这样对EMC流动性控制要求更高。流道长且细、线径细，因此EMC粘度要低，反应既不能太快，但固化又不能太慢，但粘度低的塑封料在型腔中很容易造成反包，对气孔控制不容易，为此我们在设计塑封料时要考虑EMC在高压下要流动快且流动长度足够长，但在进入型腔后，由于胶口尺寸远小于流道和型腔尺寸，EMC由高压状态迅速变成低压状态，此时料流速变得缓慢，表现出低压高粘性质，使材料在型腔中流动后愈合位置更靠近型腔排气端，材料及型腔中气体更容易排出，以保证材料封装后无内外部气孔问题。

影响环氧树脂组成物可靠性的因素较多，如机械、热、电气、辐射和化学因素等，机械方面主要由产品应力变化影响，热影响主要由生产工艺中温度造成，电气影响主要由使用过程中发生的性能异常造成电能热损耗和电迁移等问题，化学影响主要由环境导致的腐蚀、氧化、离子迁移等；其中化学因素对环氧树脂组成物可靠性影响较大，在潮湿环境下湿气是影响塑封器件可靠性的主要问题，在高温高湿环境下环氧树脂组成物吸湿，把其中的部分未参与反应的物质萃取出来，形成副产物进入芯片粘结的金属底座和塑封料的界面，因为腐蚀、氧化、离子迁移导致器件性能退化，甚至失效。上述失效模式也会交叉发生，如热失效导致机械失效，机械失效使腐蚀加剧。

有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术***有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性，在涂料工业中有重要的应用价值。在油漆油墨、航空、冶金、化纤、石油等工业中也有广泛的应用。但如果直接使用，由于膨润土离子含量高，偏碱性、端羟基的钝化、吸水性高会影响环氧树脂组成物的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有大pad封装时环氧树脂组成物产生气孔、界面粘结性差、可靠性差等缺陷，提供一种适用于大Pad封装用环氧树脂组成物。

发明人通过研究发现，茚的低聚物改性膨润土可兼顾膨润土本身特点，起到低压增稠，高压触变性能，同时解决了膨润土中钠离子含量偏高、茚低聚物端羟基钝化问题。因为在有机茚改性膨润土中茚的低聚物和膨润土以氢键形式连接，避免在环氧树脂组成物生产过程中茚低聚物的端羟基钝化引起的密着力下降，茚低聚物的引入在封装过程中使界面连接不仅有氢健的作用力，还有缩聚反应的键合力，避免在高温下因为氢键作用力下降而导致的界面分层，因此在环氧树脂组成物中引入有机茚低聚物膨润土可有效解决模流异常和界面粘结性问题。

一种环氧树脂组成物，按质量份数包括2-15份环氧树脂、2-10份硬化剂、0.01-1份硬化促进剂、70-95份无机填充材料、0.1-0.8份偶联剂、0.1～1.0份的有机茚改性膨润土、0.1-0.6份的脱模剂、0.1-1份的应力改质剂和0.01-1份着色剂。

所述环氧树脂为双酚环氧树脂、联苯型环氧树脂、三苯酚甲烷型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、芪型环氧树脂、含有三嗪核结构的环氧树脂、酚醛环氧树脂、改性酚醛环氧树脂和双环戊二烯环氧树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

所述硬化剂为酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘型酚醛树脂、和环戊二烯型酚醛树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物；所述硬化促进剂为胺类、含氮杂环类化合物中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

所述无机填充材料为硅微粉、氧化铝中的一种或两种的任意比例的混合物；所述硅微粉和氧化铝为球型，且硅微粉和氧化铝的最大粒径均小于75微米。

所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述脱模剂为巴西棕榈蜡、褐煤蜡、合成蜡中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

所述有机茚改性膨润土制备方法如下，

将有机膨润土和茚低聚物投入到正庚烷中搅拌均匀后加入适量硅烷偶联剂，充分搅拌1h～3h，搅拌完成后放在80～90度鼓风箱中，直至干燥结块，将制得块状粉碎、过筛，装袋备用。

所述茚低聚物分子式结构如下：

R表示氢原子、甲基、乙基；m＝5～10；n＝5～15；分子量2000～3000；

所述应力改质剂为丁腈橡胶、ABS橡胶共聚物和有机硅油中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

一种环氧树脂组成物的应用，作为封装材料用于分立器件和集成电路封装。

本发明的优点：本发明的一种环氧树脂组成物，采用有机茚改性膨润土，在环氧树脂组成物中分散兼容性好，提升产品低压高粘特性，低离子高界面粘结性，同时可解决封装后产品的内外气孔和提升金属界面的粘结性问题，作为封装材料用于分立器件和集成电路封装时，具有外观好，可靠性高的特点。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

具体实施方式一：本实施方式提供一种环氧树脂组成物，它按质量份数由2-15份环氧树脂、2-10份硬化剂、0.01-1份硬化促进剂、70-95份无机填充材料、0.1-0.8份偶联剂、0.1-1.0份有机茚改性膨润土、0.1-0.6份的脱模剂、0.1-1份的应力改质剂和0.01-1份着色剂制备而成。

本实施方式的一种环氧树脂组成物，是通过以下步骤制备完成的：先称取各组分，将偶联剂与填料混合均匀，再与环氧树脂、硬化剂、硬化促进剂、脱模剂、有机茚改性膨润土、应力改质剂及着色剂混合均匀，于炼胶机上进行混炼，混炼温度为80～110℃，混炼时间为2～10分钟，混炼均匀后拉片、冷却、粉碎打饼成型。

本实施方式的一种环氧树脂组成物，环氧树脂于高温下在硬化促进剂作用下环氧基开环和硬化剂中的酚羟基交联反应形成网状结构；在高温反应过程中，增加填料表面润湿，表现出良好的分散性。

本实施方式的一种环氧树脂组成物，引入有机茚改性物膨润土，此物质既可去除游离自由Na离子，又可以解决茚低聚物的端羟基钝化问题，即可解决低压高粘性质，又不影响高离子带来的电性不良，还有同时改善因为端羟基钝化导致环氧树脂组成物的粘结性不足，从而改善客户封装产品的内外气孔和提升产品的可靠性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述双酚环氧树脂、联苯型环氧树脂、三苯酚甲烷型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、芪型环氧树脂、含有三嗪核结构的环氧树脂、酚醛环氧树脂、改性酚醛环氧树脂和双环戊二烯环氧树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述硬化剂为酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘型酚醛树脂、和环戊二烯型酚醛树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物；所述硬化促进剂为胺类、咪唑化合物、含氮杂环类化合物中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述无机填充材料为硅微粉、氧化铝中的一种或两种的任意比例的混合物；所述硅微粉和氧化铝为球型，且硅微粉和氧化铝的最大粒径均小于75微米。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述脱模剂为巴西棕榈蜡、褐煤蜡、合成蜡中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述有机茚改性膨润土为下述方法制备：

将有机膨润土和茚低聚物投入到正庚烷中，搅拌均匀后，加入适量硅烷偶联剂，充分搅拌1h～3h，搅拌完成后放在80～90度鼓风箱中，直至干燥结块，将制得块状物料粉碎、过筛，装袋备用。

所述茚低聚物分子式结构如下：

R表示氢原子、甲基、乙基；m＝5～10；n＝5～15；分子量2000～3000；

本实施方式中，采用有机茚改性膨润土提升产品在低压高粘特性，低离子高界面粘结性，同时可解决封装后产品的内外气孔和提升金属界面的粘结性问题，作为封装材料用于分立器件和集成电路封装时，外观好，可靠性高的特点。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述应力改质剂为丁腈橡胶、ABS橡胶共聚物和有机硅油中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

具体实施方式八：本实施方式提供一种环氧树脂组成物的应用：环氧树脂组成物作为封装材料用于分立器件和集成电路封装。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

本实施例提供一种环氧树脂组成物，通过添加不同量测试产品的性能差异。

实施例的评价方法如下：

粘度测试：取适量环氧树脂组成物粉料预成形为φ10±0.3mm圆柱体，采用高化流变仪测试。

密着力：通过传递模塑法制备圆柱体黑胶(底面直径3.5mm*高度5mm)，将黑胶粘结到镀Ag/Cu/Ni金属片(6.5mm*6.5mm)，在加热到75度时用推晶机测试。

气孔：采用SOP8五排框架模具，将环氧树脂组成物粉料制作成43*50g的饼料，经过预热投入到加热好的模具中，通过冲杆转进注塑成型，固化后冷却取出，通过显微镜和扫描仪观察内外部气孔以及分层。

Disc flow：取环氧树脂组成物粉料8～10g，垂直倒在加热平台上，通过5～10kg平板直接压在呈锥形的粉料上，待固化后拿下平板，用直尺测试固化后环氧树脂组成物饼料的直径。

评价结果见表1。

本实施例表1中涉及的各组分代码说明如下：

环氧树脂E：多芳香环氧树脂HP5000，购自日本DIC

硬化剂P：苯酚甲醛型酚醛树脂TD-2090，购自日本DIC

无机填充材料S：硅微粉SS-0183R，购自韩国KOSEM

硬化促进剂C1：三苯基膦

偶联剂C2：硅烷偶联剂KH560

有机茚改性膨润土F:由有机膨润土(GEL-1)和茚低聚物(IP100新日铁)制备而成

有机膨润土H:有机膨润土GEL-1

脱模剂W：棕榈蜡Carnauba No.1，购自东亚化成公司

碳黑C3：MA-600，购自日本三菱公司。

实施例1～4，采用上述具体实施方式一至八的方法步骤，将涉及的各组分代码的物质带入到具体的方法中，具体的含量数据见图表内，其中实施例1采用有机膨润土，不使用有机茚低聚物膨润土，对比例1，不使用膨润土，实施例2～4添加不同含量的有机茚低聚物膨润土。

表一

其中，SF为螺旋流动长度，GT为胶化时间，Vis为熔融粘度。

从表1中可以得到，实施例1-4的一种环氧树脂组成物，测试结果显示具有高压SF略低，粘度略高，但低压模流Disc flow明显下降的特点；实施例1-4与比较例相比较，加入了有机茚改性膨润土的材料低压模流下降明显，从密着力来看增加也比较明显；但未进行茚低聚物改性的有机膨润土密着性有明显下降，由此可见本发明的环氧树脂组成物，可有效的提高产品可靠性。上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种环氧树脂组成物，其特征在于：按质量分数包含如下组分：2-15份环氧树脂、2-10份硬化剂、0.01-1份硬化促进剂、70-95份无机填充材料、0.1-0.8份偶联剂、0.1-1份有机茚改性膨润土、0.1-0.6份的脱模剂、0.1-1份的应力改质剂和0.01-1份着色剂。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述环氧树脂为双酚环氧树脂、联苯型环氧树脂、三苯酚甲烷型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、芪型环氧树脂、含有三嗪核结构的环氧树脂、酚醛环氧树脂、改性酚醛环氧树脂和双环戊二烯环氧树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述硬化剂为酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘型酚醛树脂、和环戊二烯型酚醛树脂中的一种或其中几种按任意比例的混合物；所述硬化促进剂为胺类、含氮杂环类化合物中的一种或其中几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述无机填充材料为硅微粉、氧化铝中的一种或两种的混合物；所述硅微粉和氧化铝为球型，且硅微粉和氧化铝的最大粒径均小于75微米。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述脱模剂为巴西棕榈蜡、褐煤蜡、合成蜡中的一种或其中几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述有机茚改性膨润土由下述方法制备而成：

将有机膨润土和茚低聚物投入到正庚烷中，搅拌均匀后加入适量硅烷偶联剂，充分搅拌1h～3h，搅拌完成后放在80～90度鼓风箱中，直至干燥结块，将制得块状物料粉碎、过筛，备用；

所述茚低聚物分子式结构如下：

R表示氢原子、甲基、乙基；m＝5～10；n＝5～15；分子量2000～3000。

7.根据权利要求1所述的环氧树脂组成物，其特征在于：所述应力改质剂为丁腈橡胶、ABS橡胶共聚物和有机硅油中的一种或其中几种的混合物。

8.一种环氧树脂组成物的应用，使用权利要求1至7中任一权利要求所述的环氧树脂组成物，其特征在于：环氧树脂组成物作为封装材料用于分立器件和集成电路封装。