CN1337975A - 包含环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物的电子电路器件 - Google Patents
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Abstract
一种包含树脂组合物的电子电路器件,该树脂组合物包含90-100重量%可固化的环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物、可任选的最多为10重量%的环氧树脂,和有效量的环氧固化剂,所述共聚物和环氧树脂的重量百分数是以除固化剂以外的具有环氧的材料的重量计的。树脂组合物可用作电子粘合剂、面层或密封剂。该电子电路器件具有优良的热和湿度的不敏感性,包括在处于85℃和85%相对湿度168小时,然后处于220℃10-40秒的条件下没有形成空洞和经固化的树脂组合物与其底材不脱层。
Description
发明领域
本发明涉及包含环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物的电子电路器件。该共聚物可包含在树脂组合物中,该树脂组合物可用作例如粘合剂、保护面层或密封剂。
发明背景
电子工业的主要趋势是使得产品更小、更轻且更快,同时保持或提高其功能性。能够产生越来越小型的产品的关键技术之一是电子封装和装配技术。电子封装和装配指定要求将半导体芯片(IC芯片)与其它电子组件或电组件互相连接的材料和方法。除了半导体芯片之外,多种材料可包括在电子封装中,如柔性电路(聚酰亚胺或其它聚合物膜上的金属电路)、金属加强层、导电层、电绝缘层和散热片。通常粘合剂用来将这些多种底材粘合在一起,并将多层电路粘合到底材上,形成电路密度增加的多层电子结构,如多芯片模块所要求的。需要面层和密封剂来保护电路免受产品应用中会遇到的恶劣环境。这些组合件与印刷线路板或其它电子组件的电连接要求组合件经过回流焊,这会使组合件处于220℃的温度数十秒种至数分钟。该过程被证实对粘合剂和面层的要求很高,会导致产品失效,如形成空洞和/或与各种底材脱层。“爆米花”就是为这些失效造出的通用术语。组合件中存在湿气,再迅速加热至回流焊温度就促使了“爆米花”现象。湿气被许多有机底材(如聚酰亚胺膜)和有机粘合剂所吸附,还会被金属和无机组分所吸附。
电子工业联合会的电子设备工程联合委员会(JEDEC)以及互联和封装电子电路协会制定的联合工业标准“塑料集成电路表面安装器件的湿气/回流敏感性分类”1996年10月,J-STD-020,是用于测试组合件在暴露于湿气之后的耐焊接性的电子工业标准。该标准通过级别来评定材料,JEDEC级别1(处于85%/85%R.H.中168小时,接着于220℃的峰值温度进行回流焊10-40秒)是要求最严格的试验。通过JEDEC级别1试验的组合件具有最高水平的耐焊接性,无需进行封装来防止环境中的湿气。通不过级别1、但能通过要求较低级别试验的组合件需要进行防护性封装。
粘合剂开发技术领域的目前状况是允许达到JEDEC级别3(处于30℃/60%R.H.中192个小时,接着于220℃的峰值温度回流焊),仅有数量非常有限的粘合剂声称成功地具备JEDEC级别2的性能(处于85℃/60%R.H.中168个小时,接着于220℃的峰值温度回流焊)。特殊的聚酰亚胺能通过JEDEC级别1,但这些材料需要非常高的层压温度(约为350℃)。该层压温度阻止了聚酰亚胺用于含有会在这些高温下分解或发生变化的材料(如有机面层、焊接掩模、焊料等)的组合件。在层压时所有存在于组合件中的材料都能承受高层压温度的情况下,可使用聚酰亚胺。然而,这些高温会导致工艺困难且昂贵。
美国专利5,478,885已描述了环氧化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物,如环氧化的苯乙烯-丁二烯或环氧化的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。在一些场合,环氧化的嵌段共聚物已被用作橡胶增韧剂用于通用的环氧树脂。一般来说,增韧剂占整个组合物的百分数小。
EP658603中已描述了包含环氧树脂和环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物的经固化组合物。该组合物可含有5-95重量份,较好是20-80重量份的环氧树脂。当组合物所含的环氧树脂或环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物低于5重量份时,报道了机械性能的损失。该文献未提出将这些材料用于电子封装应用。
已经显示,通过主链环氧基团交联环氧化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物能制得粘合剂组合物,例如可用于压敏粘合剂胶带、标签、密封剂和涂层,如美国专利5,229,464和WO97/30101中所揭示。粘合剂可配制成包含活性稀释剂,包含占组合物总量1-50重量%的环氧树脂。但未提出将这些材料用于电子封装场合。
WO98/22531已描述了包含固化的环氧化苯乙烯-二烯嵌段共聚物的组合物用作多层成型材料。该组合物可用各种各样的己知环氧固化剂进行固化。还描述了组合物还包含外加的多功能共反应剂,其含量为0.01-25重量份。但未揭示将环氧树脂用作共反应剂。该文献未指出将这些材料用于电子封装应用。
EP387066(还可参见US5,843,251)已描述了用于电子封装的粘合剂,它包含液态环氧树脂和外加的官能化树脂。为了延长粘合剂的贮存期限,在配制时要求微胶囊型的固化剂。在官能化树脂之中提到官能化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物,但未举例,其中官能团可以是环氧基团。外加的官能化树脂存在量可为20-80重量%。粘合剂可被加工成粘合剂胶带,它可用来电连接芯片上的电路和线路底材。未说明粘合剂在JEDEC级别1条件下的性能。
用于电子应用的包含在分子中具有环氧基的聚烯烃的胺类可交联热熔粘合剂已描述于例如WO96/33248,其中需要芳族胺固化剂,组合物可任选地包含环氧树脂。所提及的聚烯烃是乙烯和含(甲基)丙烯酸缩水甘油酯基团的单体的共聚物,因此环氧基团侧接在聚合物主链上。该文献未提到环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物。当外加环氧树脂存在时,其用量约为5-200重量份,以每100份聚烯烃共聚物计。粘合剂被用于电子体系,但未提到它们在JEDEC级别1的条件下的应用。
发明概述
简要地说,本发明提供了一种包含树脂组合物的电子电路器件,该树脂组合物包含90-100重量%可固化的环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物(以除固化剂以外的具有环氧的材料的重量计)、可任选的最多10重量%的环氧树脂(以具有环氧的材料的重量计)和有效量的环氧固化剂。
当用热(即高达约250℃的温度)和UV辐射之一或这两者进行固化时,共聚物树脂组合物和相邻的一块或多块底材显示优越的耐焊接性或耐热性和湿气不敏感性。特别是经固化的树脂组合物在处于85℃和85%相对湿度(R.H.)的条件下168个小时,再迅速加热至220℃的温度10-40秒种之后是稳定的(即没有形成空洞或从一块或多块底材上脱层)。
本发明的另一个方面提供了一种在制品中使用可固化树脂组合物的方法,该方法包括以下步骤:
在底材的至少一面上提供可固化的树脂组合物,所述树脂组合物包含90-100重量%环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物、可任选的最多10重量%的环氧树脂和有效量的环氧固化剂,前两种组分的重量均以具有环氧的材料的重量计,和
将所述树脂组合物作为粘合剂、面层或密封剂加入到制品中,所述制品较好可以是电子电路器件。
该树脂组合物可以是一层,也可以是块状的。
如上所述,当用热和UV辐射之一或两者对共聚物进行固化时,经固化的共聚物树脂组合物显示优越的耐焊接性和湿气不敏感性。
经固化的共聚物树脂组合物可以是粘合剂、密封剂或者可以是用于电子电路器件的保护性面层。将粘合剂用于电子电路器件的例子包括:将一层柔性电路粘合到另一层柔性电路上,或粘合到金属加强层,或粘合到半导体芯片上;将铜或其它金属箔粘合到聚合物底材上;将电子组件(如半导体芯片)与底材上的电路粘合。粘合剂可以是绝缘的,也可以通过加入导电性颗粒制成导电的。
在本申请中:
“电子电路”指电流或电子的路径,可包括诸如导电体(如金属线或金属迹线)的元件和诸如半导体芯片、晶体管、二极管、电容器、电阻器、电感器等电子元器件;
“电子电路器件”指包含电子电路或电子元器件的器件,例如(1)电子组件,如球栅阵列(BGA)、层压微互联(LMI)、多芯片模块或芯片级组件(chip scalepackage,CSP),(2)铜箔通过粘合剂与聚合物底材粘合的简单柔性电路,或者(3)电子元器件(如半导体芯片)与底材上的电路连接;
“具有环氧的材料”是指环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯加上环氧树脂(如果存在的话);
“耐焊接性”是指在回流焊的温度下耐热;
“树脂组合物”是指具有环氧的材料加上固化剂或催化剂;和
“环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物”包括在环氧改性之前或之后部分氢化的这类共聚物。
本发明是有利的,因为共聚物树脂组合物提供了优越的耐焊接性和湿气不敏感性,所用的层压温度(例如220℃)大大低于常规聚酰亚胺基材料所需的层压温度(例如350℃)。此外,共聚物树脂组合物对KaptonTM聚酰亚胺膜(DuPont)具有优良的剥离强度(50-325牛顿/分米),并在85℃/85R.H.、已与共聚物层压的相互交叉铜试验电路上5伏特偏压的条件下提供超过1000个小时的性能。将共聚物树脂组合物于室温浸泡11天后用肉眼观察也未显示喷墨墨水吸附。共聚物树脂组合物还具有优良的耐腐蚀性、耐酸性和/或碱性含水环境的性能。还已知,电子组件中常规的粘合剂和面层在回流焊条件下显示湿气引起的失效。本发明的共聚物树脂组合物在回流焊条件下不显示湿气引起的失效。
附图的简要说明
图1示出了本发明较佳组合物的剪切模量对温度的曲线。
较佳实施方案的详细说明
本发明电子电路器件的粘合剂、密封剂或面层共聚物树脂组合物包含90-100重量%环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物(其中该嵌段共聚物也可以是氢化的),10-0重量%环氧树脂(以树脂组合物中具有环氧的材料的重量计)和用量为0.01-5.00重量%的环氧催化剂或固化剂(以具有环氧的材料的总重量计)。
环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物的环氧当量较好是100-2500,更好是100-2000,最好是200-1000。
环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物,较好是环氧化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物,包含(i)得自聚合芳族乙烯基部分的聚合物嵌段和(ii)得自聚合至少一种含共轭双键的单体的聚合物嵌段,其中聚合物主链的双键是至少部分环氧化的,作为化学结构的主要部分。嵌段共聚物较好是不含侧接的环氧基团。
在环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物中,芳族乙烯基聚合物嵌段可以由聚合例如以下化合物获得:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、对叔丁基苯乙烯、二乙烯基苯、对甲基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、1,1-二苯基苯乙烯、2,4,6-三甲基苯乙烯、4-环己基苯乙烯、3-甲基-5-正己基苯乙烯等。
尽管可以使用一种或多种芳族乙烯基化合物,通常且较好的是使用苯乙烯。
在环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物中,主链中的双键可以得自聚合含共轭双键的化合物,例如丁二烯、异戊二烯、1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、戊间二烯、3-丁基-1,3-辛二烯、1-苯基-1,3-丁二烯、1,3-辛二烯、4-乙基-1,3-己二烯等。
尽管可使用一种或多种具有共轭双键的化合物,通常且较好是使用丁二烯、异戊二烯、戊间二烯以及它们的混合物。
本发明中的嵌段共聚物主要包含得自一种或多种芳族乙烯基化合物的聚合物嵌段A和得自一种或多种具有共轭双键的化合物的聚合物嵌段B。
芳族乙烯基化合物对于具有共轭双键的化合物的共聚重量比通常为5/95至70/30,较好是10/90至60/40。
本发明中所用的嵌段共聚物的数均分子量通常为5,000-600,000,较好是10,000-500,000,重均分子量(Mw)对数均分子量(Mn)的分子量分布(Mw/Mn比)小于10。
本发明所用的嵌段共聚物的分子结构可以是任何线形、支链和星形的,以及它们的任意组合。
环氧化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物可用例如(A-B)xA、(B-A)x和(A-B)4Si等的通式结构表示,其中A和B如上定义,x是聚合物中A-B嵌段的数目。
其中,常用的是(A-B)xA型共聚物。
留在嵌段共聚物中的不饱和键可以部分或全部氢化的。或者,可以在环氧化之前进行部分氢化。
较佳的环氧化共聚物包括环氧化的非氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(如EpofriendTM A1020、A1010和A1005,Daicel Chemical Industries LTD,Osaka,Japan)。该环氧化的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物由于氧化稳定性增加因此预期可用于本发明。
另一种可用于本发明粘合剂、面层或密封剂的较佳环氧化苯乙烯-二烯共聚物包括环氧化的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。
可与环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物混合并随后反应的环氧树脂包括最多10重量%,较好是0-5重量%,更好是0-3重量%的脂族或芳族环氧树脂(以具有环氧的材料的总重量计)。
用于本发明粘合剂、密封剂或面层树脂组合物的环氧树脂较好是包含含有一个或多个1,2-、1,3-和1,4-环醚的化合物,也可以称为1,2-、1,3-和1,4-环氧化物。较好是1,2-环醚。这些化合物可以是饱和或不饱和的脂族、脂环族、芳族和杂环的,也可以包含它们的组合。较好是含有多于一个环氧基团的化合物(即多环氧化合物)。
可用于本发明的芳族多环氧化合物(即至少含有一个芳环结构(如苯环)和多于一个环氧基团的化合物)包括多元酚的多缩水甘油醚,如双酚A型树脂及其衍生物、环氧甲酚-线型酚醛树脂(epoxy cresol-novolac resins)、双酚F树脂及其衍生物、环氧可溶可熔酚醛树脂(epoxy phenol-novolac resins);芳族羧酸的缩水甘油酯,如邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二酸二缩水甘油酯、1,2,4-苯三酸酐三缩水甘油酯和1,2,4,5-苯四酸四缩水甘油酯,以及它们的混合物。较佳的芳族多环氧化合物是多元酚的多缩水甘油醚,如EPONTM系列的双酚A的二缩水甘油醚,包括EPON 828和EPON 1001F(得自Shell Chemicals,Inc.,Houston,TX)。较好的还有可水解氯化物含量较低的芳族多环氧化合物,如EPON 828 LS、EPON 1462(Shell Chemicals,Inc.)和DERTM 332(Dow ChemicalCo.,Midland,MI)。
用于本发明代表性的脂族环状多环氧化合物(即含一个或多个饱和碳环和多于一个环氧基团的环状化合物,也被称为脂环族化合物)包括"ERLTM"系列的脂环族环氧化物(得自Union Carbide Corp.,Danbury,CT),如二氧化乙烯基环己烯(ERL-4206)、3,4-环氧环己烷羧酸3,4-环氧环己基甲酯(ERL-4221)、3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸3,4-环氧-6-甲基环己基甲酯(ERL-4201)、己二酸二(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)酯(ERL-4289)、二聚戊烯二氧化物(ERL-4269)和2-(3,4-环氧环己基)-5,1"-螺-3",4"-环氧环己烷-1,3-二噁烷、4-(1,2-环氧乙基)-1,2-环氧环己烷和2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷。较佳的脂环族多环氧化合物是ERLTM系列。
代表性的脂族多环氧化合物(即不含碳环但含多于一个环氧基团的化合物)包括1,4-二(2,3-环氧丙氧基)丁烷、脂族多元醇(如甘油、聚丙二醇、1,4-丁二醇等)的多缩水甘油醚,和亚油酸二聚体的二缩水甘油酯。有用的还有环氧化的植物油,如以VikoflexTM树脂获得的环氧化亚麻子油和豆油,单环氧化物,如以VikoloxTM树脂获得的环氧化α-烯烃(两者均得自ElfAtochem NorthAmerica,Inc.,Philadelphia,PA),和环氧化KratonTM液态共聚物,如得自ShellChemical Co.,Houston,TX的L-207TM。
用于本发明的其它多环氧化合物包括液态的环氧化共轭二烯,如购自ElfAtochem North America,Inc.的Poly bdTM 600和Poly bd 605。
可获得各种各样的市售环氧树脂,它们列于或描述于例如Lee和Neville的“环氧树脂手册”(Handbook of Epoxy Resins),McGraw-Hill Book Co.,NewYork(1967)、“环氧树脂、化学和技术”(Epoxy Resins,Chemistry and Technology),第二版,C.May编辑,Marcell Decker,Inc.New York(1988)和“环氧树脂技术”(Epoxy Resin Technology),P.F.Bruins编辑,Interscience Publishers,New York(1968)。这些文献中所述的环氧树脂的任一种均可用于制备本发明的材料。
合适的固化剂或催化剂较好是能经受本发明的熔融或溶液加工步骤而基本上不会固化环氧组分,同时保持在稍后时间在热或光的影响下固化环氧组分的能力。例如,在处于熔融加工步骤中的温度期间或之后,环氧仍应保持基本上未被固化。其它影响催化剂选择的因素包括欲被固化的膜的厚度、膜对固化辐照的透明度,以及膜的最终用途。在这些限制条件下,合适的固化剂可以选自任何已知的环氧固化剂或催化剂。
本发明的固化剂可以是光催化剂、热催化剂或热固化剂。
已知的光催化剂包括两种类型:鎓盐和阳离子有机金属盐,两者用于本发明。
Ar1和Ar2可以相同或不同,是具有4-约20个碳原子的芳族基团,选自苯基、噻吩基、呋喃基和吡唑基;
Z选自氧、硫、碳-碳键,和
式中,R可以是芳基(含6-约20个碳原子,如苯基)或者酰基(含2-约20个碳原子,如乙酰基或苯甲酰基),和式中,R1和R2选自氢、含1个至约4个碳原子的烷基、以及含2个至约4个碳原子的烯基;
m是0或1;和
X可具有化学式DQn,其中D是选自元素周期表(化学文摘版)中IB-VIII族的金属,或者选自IIIA至VA族的准金属,Q是卤原子,n是具有1-6数值的整数。金属较好是铜、锌、钛、钒、铬、镁、锰、铁、钴或镍,准金属较好是硼、铝、锑、锡、砷和磷。较好的是卤素Q为氯或氟。合适的阴离子说明性例子是BF4 -、B(C6F5)4 -、PF6 -、SbF6 -、FeCl4 -、SnCl5 -、AsF6 -、SbF5OH-、SbCl6 -、SbF5 -2、A1F5 -2、GaCl4 -、InF4 -、TiF6 -2、ZrF6 -、CF3SO3 -等。阴离子较佳为BF4 -、B(C6F5)4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、SbF5OH-和SbCl6 -。更好是,阴离子为B(C6F5)4 -、SbF6 -、AsF6 -、PF6 -和SbF5OH-。
用作本发明催化剂和引发剂的阴离子部分的其它阴离子说明于美国专利5,554,664中。阴离子通常可以被分成氟化(包括高度氟化和全氟化)的三烷基或芳基磺酰基甲基化物和相应的二烷基或芳基磺酰亚胺,分别由化学式I和II表示,此后分别简称为“甲基化物”阴离子和“亚胺”阴离子。
(RfSO2)3C- (RfSO2)2N-
(I) (II)式中,每个Rf单独选自高度氟化或全氟化的烷基或氟化芳基。甲基化物和酰亚胺当任意两个Rf基团连接成桥时也可以是环状的。
Rf烷基链可含有1-20个碳原子,较好是1-12个碳原子。Rf烷基链可以是直链、支链或环状链,较好是直链。正如本领域中熟知的,杂原子或原子团(如二价氧、三价氮或六价硫)可以***骨架链中。当Rf是环状结构或含有环状结构时,该结构较好是具有5元或6元环,环中1个或2个原子可以是杂原子。烷基Rf还可不含烯键式不饱和度或其它的碳-碳不饱和度:例如它可以是饱和的脂族、脂环族或杂环族基团。“高度氟化”是指链上的氟化程度足以向该链提供类似于全氟化链的性能。更好的是高度氟化烷基有多于总数一半的链上氢原子被氟原子所代替。尽管氢原子可以保留在链上,较好是所有的氢原子均被氟原子代替以形成全氟化烷基,而在至少一半被氟取代以外的剩下的氢原子被溴或氯所代替。更好的是,烷基上的三个氢原子中至少有两个被氟代替,更好的是四个氢原子中至少有三个被氟代替,最好的是所有氢原子被氟代替,形成全氟化烷基。
式I和II的氟化芳基可含有6-22个环碳原子,较好是6个环碳原子,其中每个芳基的至少一个,较好是至少两个环碳原子被氟原子或者高度氟化或全氟化的烷基(如上述定义,如CF3)所取代。
用于本发明实践的阴离子的例子包括:
(C2F5SO2)2N-,(C4F9SO2)2N-,(C8F17SO2)3C-,(CF3SO2)3C-,(CF3SO2)2N-.
(C4F9SO2)3C-,(CF3SO2)2(C4F9SO2)C-,(CF3SO2)(C4F9SO2)N-,
[(CF3)2NC2F4SO2]2N-,(CF3)2NC2F4SO2C-(SO2CF3)2,(3,5-二(CF3)C6H3)SO2N-SO2CF3,等。更好的阴离子描述于化学式I,其中Rf是含1-4个碳原子的全氟烷基。
Ar1和Ar2芳基可任选地包含一个或多个稠合苯并环(如萘基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、氧芴基等)。如有必要,芳基还可以被一个或多个非碱性基团取代,如果这些基团与环氧化物和羟基官能团是基本上不反应的。
有用的芳族碘鎓配盐在美国专利4,256,828中有更全面的说明。
用于本发明的芳族碘鎓配盐只有在紫外线光谱区中是光敏的。然而,它们可以用已知可光解的有机卤素化合物的敏化剂敏化至光谱的近紫外和可见光区域。敏化剂的说明性例子包括芳族胺和有色的芳族多环烃,如美国专利4,250,053中所述。
R3、R4和R5可以相同或不同,只要至少一个基团是芳族的。这些基团选自含4个至约20个碳原子的芳族部分(如取代和未取代的苯基、噻吩基和呋喃基)和含1个至约20个碳原子的烷基。术语“烷基”包括取代的烷基(如取代基例如是卤素、羟基、烷氧基和芳基)。R3、R4和R5较好都是芳族基团;
z、m和x均如以上对碘鎓配盐中的定义。
如果R3、R4或R5是芳基,它可任选地具有一个或多个稠合苯并环(如萘基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、氧芴基等)。如有必要,芳基还可以被一个或多个非碱性基团取代,如果这些基团与环氧化物和羟基官能团是基本上不反应的。
较佳的锍盐是三芳基取代的盐,如六氟锑酸三苯基锍和六氟锑酸对(苯基(苯硫基))二苯基锍,如美国专利4,256,828中实施例37所述。六氟锑酸三苯基锍(Ph3SSbF6)是最佳的催化剂。有用的锍盐更全面地说明于美国专利5,256,828中。
用于本发明的芳族锍配盐只有在紫外线光谱区中是光敏的。然而,它们可以用选定的一组美国专利4,256,828和4,250,053中所述的敏化剂敏化至光谱的近紫外和可见光区域。
用于本发明合适的可光活化或可热活化的有机金属配盐包括美国专利5,059,701、5,19l,101和5,252,694中所述的配盐。所述有机金属阳离子的盐具有以下通式:
[(L1)(L2)M]+e(X-)q式中,M表示选自周期表IVB、VB、VIB、VIIB和VIII族元素的金属原子,较好是Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe和Co;L1表示一个也没有,一个或两个提供π电子的配位体,可以是相同或不同的配位体,选自取代和未取代的无环和环状不饱和化合物和基团,取代和未取代的碳环芳族和杂环芳族化合物,每种化合物和基团都能够向金属原子M的价电子层提供2个至12个π电子。较好是L1选自取代和未取代的η3-烯丙基、η5-环戊二烯基、η7-环庚三烯基化合物,以及选自η6-苯和取代的η6-苯化合物(如二甲苯)的η6-芳族化合物,和含2-4个稠环的化合物,每种化合物能够向M的价电子层提供3-8个π电子;L2表示一个也没有,或者1-3个提供偶数数目的σ电子的配位体,可以是相同或不同的配位体,选自一氧化碳、亚硝鎓离子、三苯膦、三苯和磷、砷和锑的衍生物,条件是L1和L2贡献给M的电荷总量对配合物产生净残留正电荷e,e是值为1或2的整数,是配阳离子的残留电荷;q是值为1或2的整数,是中和配阳离子上电荷e所需的配阴离子X的数目;如上所述,x是含卤素的配阴离子。
用于环氧树脂的一些热活化的固化剂可用于本发明,例如通过参加与环氧化物的化学反应而实现环氧化物的固化和交联的化合物。这些固化剂宜在发生组分混合的温度下是热稳定的。
合适的热固化剂包括脂族和芳族的伯胺和仲胺,如二(4-氨基苯基)砜、二(4-氨基苯基)醚和芴二胺,如美国专利4,684,678中所述的物质,和2,2-二(4-氨基苯基)丙烷;脂族和芳族叔胺,如二甲基氨基丙胺;咪唑,如甲基咪唑,和吡啶;季铵盐,特别是吡啶鎓盐,如六氟磷酸N-甲基-4-甲基吡啶鎓;锍盐;三氟化硼配合物,如BF3·Et2O和BF3·H2NC2H5OH;肼,如己二肼(adipohydrazine);和胍,如四甲基胍和双氰胺(氰基胍(cyanoguanimide),常称为DiCy);含有两个或多个羧酸基团的化合物,或者含有一个或多个羧酸酐基团的化合物,以及后两种化合物与促进剂(如咪唑)的组合,如美国专利5,229,464中所述。
可用于本发明的其它热环氧催化剂包括简单的吡啶鎓盐,喹啉鎓盐,吲哚鎓盐,烷基、芳基和烷芳基铵盐,以及磷鎓盐。有用的铵盐和磷鎓盐说明于PCT申请WO98/08906中。
用于本发明的较佳固化剂包括UV光催化剂,如锍盐和碘鎓盐。含有这些光催化剂的树脂组合物可以用UV辐射迅速进行部分固化。经部分固化的组合物在随后施加热和压力来层压粘合剂与底材并进一步固化粘合剂的热层压步骤中显示改进的尺寸稳定性。
用于本发明的催化剂的存在量为0.01-5重量%,以具有环氧的材料总重量计,较好是0.01-4重量%,最好是0.01-3重量%。固体或液体催化剂可以溶解或分散在所选的环氧树脂中。可能需要加热,但加热应当不足以固化环氧树脂。该操作无需溶剂。然后,环氧树脂(如上所述)/催化剂的混合物可以泵入用于熔融加工步骤的挤出机中。或者,可以在熔融混合时将催化剂直接加入热塑性塑料/环氧混合物中。在溶液加工的情况下,催化剂可以与具有环氧的材料一起溶解在合适的溶剂中,或者催化剂可预溶解在环氧树脂中,然后再加入溶剂中。有用的溶剂包括甲基乙基酮、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯和环己烷。
此外,本发明的树脂组合物可包含0至最多80重量份的聚苯醚树脂(PPE),以每100重量份环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物计,其中环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物加上PPE的总重量占全部组合物减去固化剂的90-100重量%。聚苯醚包含多个具有以下化学式的结构单元:
每个Q1各自是卤素、伯或仲的低级烷基(即含有最多7个碳原子的烷基)、苯基、卤代烷基、氨基烷基、烃氧基或卤代烃氧基(其中至少有两个碳原子将卤素和氧原子隔开);每个Q2各自是卤素或者如上定义的Q1。合适的伯低级烷基的例子是甲基、乙基、正丙基、正丁基、异丁基、正戊基、异戊基、2-甲基丁基、正己基、2,3-二甲基丁基、2-,3-或4-甲基戊基和相应的庚基。仲低级烷基的例子是异丙基、仲丁基和3-戊基。较好是,任何烷基是直链而非支链的。最通常的是各Q1为烷基或苯基,尤其是含有1-4个碳原子的烷基,各Q2是氢。
均聚物和共聚物的聚苯醚是本发明方法中有用的添加剂。合适的均聚物是含有例如2,6-二甲基-1,4-苯醚单元的聚合物。合适的共聚物包括含有上述单元和例如2,3,6-三甲基-1,4-苯醚单元组合的无规共聚物。许多合适的无规共聚物,以及均聚物揭示于专利文献中,包括美国专利4,054,553、4,092,294、4,477,649、4,477,651和4,517,341。
较佳的PPE,聚(2,6-二甲基苯醚),得自General Electric Co.,Pitsfield,MA的商品名BlendexTM HPP820。
可任选的是,本发明的树脂组合物可包含增粘剂。任何合适的增粘剂均可用于本发明。增粘剂的存在量是0.1-150重量份,以每100份树脂组合物计。有用的增粘剂包括松香酯、脂族和芳族的烃类树脂及其混合物,以及萜烯树脂。有用的松香酯可包含HercoflexTM、HercolynTM和ForalTM系列的松香和氢化松香增粘剂(得自Hercules Chemical Specialties Co.,Wilmington,DE)。有用的脂族和芳族烃类树脂可包括WingtackTM和Wingtack PlusTM系列的脂族和混合的脂族/芳族树脂(得自Goodyear Tire and Rubber Co.,Chemical Div.,Akron,OH);EscorezTM系列的脂族、芳族和混合的脂族/芳族树脂(得自Exxon ChemicalCo.,Houston,TX);和PiccotacTM和RegalrezTM系列的脂族和芳族树脂(得自Hercules)。有用的萜烯树脂增粘剂可包括ZonarezTM系列的萜烯(得自ArizonaChemical Div.,International Paper Co.,Panama City,FL)和PiccolyteTM和PiccofynTM系列的萜烯(得自Hercules)。较好是用于本发明的增粘剂包括EscorezTM混合的脂族/芳族烃类增粘剂。
此外,树脂组合物还可包含多元醇。多元醇较好是可以在固化条件下与环氧基团反应。多元醇较好是能改进固化速度和最终的粘合剂性能,可在环氧树脂制剂中用作增链剂。多元醇可以对环氧树脂的重量比为0.1/99.9至40/60加入。
所述多元醇的例子包括乙二醇、1,2-和1,3-丙二醇、1,2-、1,3-、1,4-和2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、新戊二醇、1,4-二羟甲基环己烷(1,4-环己烷二甲醇)、2-甲基-1,3-丙二醇、二溴丁烯二醇、甘油、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,6和2,5-己二醇、1,12-十二烷二醇、1,12-和1,18-十八烷二醇、2,2,4-和2,4,4-三甲基-1,6-己二醇、环己烷-1,4-二醇、2,2-二(4-羟基环己基)丙烷、二(4-羟基苯基)甲烷、二(4-羟基苯基)砜、1,4-二(羟甲基)苯、1,4-二羟基苯、2,2-二(4-羟基苯基)丙烷、1,4-二(ω-羟基乙氧基)苯、1,3-二羟基烷基乙内酰脲、异氰脲酸三(羟基烷基)酯和三(羟基烷基)***烷(triazolidane)-3,5-二酮、三羟甲基乙烷、季戊四醇、对环己二醇、甘露糖醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、双丙甘醇、高级聚丙二醇、高级聚乙二醇、高级聚丁二醇、4,4′-二羟基二苯基丙烷、二羟甲基氢醌,以及它们的混合物。
较高分子量的多元醇包括分子量在约200-20,000范围内的聚环氧乙烷和聚环氧丙烷聚合物,如CarbowaxTM系列的聚环氧乙烷化合物(得自UnionCarbide Corp.,Danbury,CT)、分子量约为200-5000的己内酯多元醇,如ToneTM系列的多元醇(得自Union Carbide)、分子量约为200-4000的聚(四亚甲基醚)二醇,如TerethaneTM 1000和2000系列的多元醇(得自DuPont Co.,Wilmington,DE)、羟基封端的聚丁二烯材料,如Poly bdTM系列的多元醇(得自Elf Atochem,Philadelphia,PA)、聚碳酸酯二醇,如KMTM系列,包括KM-10-1667TM和KM-10-1733TM(得自Stahl USA,Peabody,MA)、聚氨酯二醇,如K-flexTM材料,包括K-flex UD-320-100TM(得自King Industries,Norwalk,CT)、芳族聚醚多元醇,如SynfacTM材料,包括Synfac 8024TM(得自Milliken Chemical,Spartanbburg,SC)和聚(四氢呋喃)/聚碳酸酯的无规共聚物,如PolyTHFTM CD系列的多元醇(得自BASF Corporation,Mount Olive,NJ)。较佳的聚酯多元醇包括DesmophenTM系列,得自Bayer,Elkart,IN。较佳的丙烯酸类多元醇是JoncrylTM 587,购自S.C.Johnson&Son,Inc.,Racine,WI。
另一组较佳多元醇包括羟烷基化的双酚衍生物。该组的较佳多元醇具有以下通式:
(HO-R6-OA)2-CR7R8式中,R6是由1-10个碳原子组成的直链或支链或环状的亚烷基(如亚甲基、亚乙基、亚丁基、亚癸基),或者由7-14个碳原子组成的亚芳烷基(如亚苄基、1,2-二苯基亚乙基、亚苯乙基);R7和R8各自可以是烷基、芳烷基、环烷基、烷芳基、或芳基,具有1-约30个碳原子(较好是甲基、乙基和三氟甲基)和没有杂原子或者有1-约10个杂原子。R7和R8一起可包括含2-约660个碳原子和没有杂原子或有1-约10个杂原子的亚烷基、亚环烷基、亚芳基、亚烷芳基或亚芳烷基;
A可以是取代或未取代亚芳基,较好是具有6-约12个碳原子,最好是对亚苯基、邻亚苯基或二甲基萘。
具体的较佳羟烷基化双酚包括9,9-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)芴(即芴酮的羟乙基化双酚)、2,2-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)丁烷(即2-丁酮的羟乙基化双酚)、2,2-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)六氟丙烷(即羟乙基化双酚F)、1,2-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)丙烷、2,2-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)降冰片烷、2,2-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)-5,6-环戊并降冰片烷和1,1-二-4-(2-羟基乙氧基苯基)环己烷。
适用于制造本发明所用环氧树脂的其它多元醇包括通过将任选取代的环氧烷(如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷和氧化苯乙烯)加成到上述多元醇上获得的羟基烷基醚。
本发明的任选组分是抑制或阻滞热降解、氧化、结皮和形成颜色的稳定剂。稳定剂通常加入本发明的制剂中以防止在组合物的制备、使用和高温贮存过程中聚合物发生热降解和氧化。本领域已知的其它稳定剂也可加入组合物中保护其免受例如氧气、臭氧和紫外线辐射。然而,这些外加稳定剂应与上述的主稳定剂相容。
此外,树脂组合物可包含0至最多99重量份的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物,以每100重量份环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物计。该组的较佳共聚物是苯乙烯-丁二烯和苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物,其中二烯嵌段可以是氢化的。
还可以向本发明的组合物中加入多种辅助剂,以改变最终材料的物理特性。有用的辅助剂包括触变剂,如热解法二氧化硅;增强色调的颜料,如氧化铁、炭黑和二氧化钛;填料,如云母、二氧化硅、针状硅灰石、碳酸钙、硫酸镁和硫酸钙;导电和/或导热的填料,包括金属颗粒、石墨、和涂有金属的微球;短纤维和须晶,包括玻璃和碳;粘土,如膨润土;玻璃珠和玻璃泡;增强材料,如有机纤维和无机纤维(如聚酯、聚酰亚胺、玻璃纤维、聚酰胺(如聚(对苯二甲酰对苯二胺)、碳纤维和陶瓷纤维)的单向织造和非织造的织物。每100份树脂组合物可使用最多约200份的辅助剂。
通过至少部分环氧化由聚合含共轭双键的化合物获得的聚合物嵌段中的不饱和键可制备环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物是本领域已知的,例如描述于EP0658603A2。
本发明的材料可通过间歇过程或连续过程加以制备。任一种均可包括熔融加工或溶液加工。
间歇熔融过程可如下进行:向经预热的混合机中加入通常为粒料形式的热塑性环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物,所述混合机例如是配有如凸轮或∑形桨叶的Brabender混合机(C.W.Brabender Instruments,Inc.,SouthHackensack,NJ)。搅拌约5分钟后,热塑性材料熔融,边连续搅拌边加入环氧树脂和环氧固化剂的混合物。搅拌所得混合物以确保完全混合,持续时间和温度应短于和低于会基本上固化环氧组分的时间和温度,从混合机中将其取出。然后,将混合物涂覆、模制、成形、成型或压制成所需的最终结构。接着对已成型的物体进行辐照和/或加热,以固化环氧树脂组分。特别是当需要薄片或薄膜时,可以将熔融物质压入经加热的平板压机(如Carver实验室压机(F.Carver,Inc.,Wabash,IN))。
连续熔融过程用挤出机进行,例如双螺杆挤出机,配有下游口、混合部件和合适的出料孔(薄膜模头、片材模头、纤维模头、型材模头等),如果合适,还可配有引出辊或流延辊和收卷辊。流延辊可以被冷却或者通过恒温装置保持在设定温度。向挤出机的进料端加入固态热塑性材料,加工使用的温度分布适合于热塑性材料,基本上不会固化环氧组分,并考虑到加工时材料在挤出机中的停留时间。固态环氧树脂和固化剂可与热塑性材料一同加入挤出机的进料端,或者加入在混合区之前的沿挤出机的其它位置。液态环氧树脂和可溶解或分散在该环氧树脂中的固化剂可通过齿轮泵或注射泵注入,经过下游口进入混合部件之前的挤出机中。将引出的线速度调节至适合于输出(片材,纤维等),通常约为0.5-200米/分钟。
在需要于挤出后(即在热塑性聚合物冷却和固化之前)立即对环氧组分进行热固化的情况下,可以在模孔或浇铸滚筒上直接对挤出物进行进一步加热。当需要在热塑性聚合物冷却和固化之后才固化环氧化物时,热源可以放置在紧挨着引出辊之前。最后,在不需要于挤出后进行环氧化物固化的情况下,则无需这类加热装置。
在需要于挤出后(即在热塑性聚合物冷却和固化之前)立即对环氧组分进行光固化的情况下,可以在模孔处直接对经加热的挤出物进行紫外线辐照。辐照可以用多种市售UV源中的任一种来完成,例如一个或多个Fusion Systems"D"或"H"灯泡(得自Fusion UV固化***,Rockville,MD)或Sylvania BL 350灯泡。当需要在热塑性聚合物冷却和固化之后才固化环氧化物时,光源可以放置在紧挨着引出辊之前。最后,在不需要于挤出后立即进行环氧化物固化的情况下,则无需这类辐照装置,并采取措施防止紫外线照射。
由片材模头得到的共混膜当其从模头中出来时可以进行单向或双向拉伸,这包括在本发明的范围内。如上所述固化可以在拉伸前、拉伸时或拉伸后进行。
溶液加工可以通过在溶剂中混合环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物、环氧树脂和固化剂来完成。该过程可在配有混合器和可任选的加热器的容器中进行。各组分可基本上溶解于溶剂中,得到透明、或稍有浑浊、或乳白色的溶液或混合物。该溶液可被传送至涂覆机,在涂覆机中该溶液被涂覆到欲用于电子电路装置组件的底材上。或者,该溶液可涂覆在载体或剥离衬垫上。涂覆方法可包括刮刀涂覆、夹辊涂覆、吻涂、幕涂、凹槽辊涂布和本领域已知的其它涂覆方法。然后,干燥经涂覆的底材或载体以除去溶剂。在干燥步骤中或其后,可用前述用于熔融加工树脂的方法进行环氧固化。
当膜被用作粘合剂或涂层时,未固化状态的材料可作为片材施用到最终底材上,并通过施加热、压力、紫外光或其任意顺序的结合来就地固化。或者,未经固化的膜可施用到底材上,然后用UV辐照或热进行部分固化,接着将第二块片材施加到经部分固化的粘合剂上,然后用UV辐照、热和/或压力对该结构件进行完全固化。此外,还可以在施用于底材之前用UV辐照或热对未固化的膜进行部分固化,然后施用到底材上,再用热和/或压力进一步固化。粘合剂膜的厚度可以是0.0025-6.35mm。
当使用热固化时,产生热的方法并无限制。通常的方法包括燃料燃烧和电能转化成热。后者可包括电阻加热(包括红外加热)、感应加热、电弧(等离子体)加热和介电加热(包括微波加热)。
本发明在制造高性能粘合剂和涂层方面是有用的,尤其是需要改进的耐热性和湿气不敏感性的情况。例如,本发明可用于层压膜用于电子应用。本发明可用作粘合剂、密封剂、保护性面层或其组合的任一种。
共聚物树脂组合物的底材可以是那些本领域已知的底材,包括聚酰亚胺、金属加强层、半导体芯片、印刷线路板、玻璃、陶瓷和金属(较好是铜)箔。
包含本发明树脂组合物的电子电路器件可用于球栅阵列(BGA)、层压微互联(LMI)、芯片级组件(CSP)、位于板上的芯片、位于玻璃上的芯片、即使在高湿度的存在下其中的器件也能进行回流焊的柔性电路。
用以下实施例进一步说明本发明的目的和优点,但这些实施例中引用的具体材料及其用量以及其它条件和细节不应看做是对本发明不恰当的限制。
实施例
将数种苯乙烯-丁二烯(SB)嵌段共聚物在班伯里混合机中与环氧树脂和六氟锑酸三芳基锍(Ar3SSbF6)熔融混合。将Ar3SSbF6预溶解在液态环氧树脂中,或者在不加入环氧树脂的情况下将Ar3SSbF6溶解在甲基乙基酮中,加入班伯里混合机。在混合过程中蒸发除去甲基乙基酮。评定常规的环氧化和马来酸化SB嵌段共聚物。下表I列出了SB基热塑性塑料的概况。
Epofriend材料是其中一定量的丁二烯嵌段不饱和度已被环氧化的SB嵌段共聚物。这些材料由Daicel Chemical Industries,Ltd.出售。Kraton FG1901X和FG1924X是有酐接枝其上的SEBS(氢化丁二烯嵌段)材料。Kraton D1101是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。这些Kraton材料由Shell Chemical Company出售。
表ISB嵌段共聚物性能 | ||||
商品名 | wt%苯乙烯 | 丁二烯是否氢化 | 环氧当量 | 酐当量 |
Epofriend A1020 | 40 | 否 | 500 | - |
Epofriend A1010 | 40 | 否 | 1000 | - |
Epofriend A1005 | 40 | 否 | 2000 | - |
Kraton D1101 | 31 | 否 | - | - |
Kraton FG1901X | 30 | 是 | - | 5866 |
Kraton FG1924X | 13 | 是 | - | 9806 |
在具有电加热压板的平板压机(F.Carver,Inc.,Wabash,IN)中由混合物熔融压制膜(0.037毫米厚)。膜可用于制备180°T-剥离样品、带状球栅阵列(TBGA)样品和LMI样品,用于评定热和湿气敏感性。还由混合物压制较厚的膜(1.25-2.00毫米厚),用于动态力学分析(DMA)。
对Kapton E的剥离强度
剥离样品如下制备:将粘合剂膜放置在0.05毫米厚的Kapton E聚酰亚胺膜底材上,用Sylvania 350BL灯泡以2.2毫瓦/厘米2紫外线辐照该粘合剂膜3分钟,在顶部放置另一片Kapton E底材,于210-220℃和690 kPa层压50分钟。将所得层压物切割成宽0.64毫米的条,用Instron仪器(Instron,Inc.,ParkRidge,IL)于室温下评定180°T-剥离。剥离强度给出在表II、III和IV中。含有2重量%Ar3SSbF6(以Epon 828的重量计)的各种SB嵌段共聚物与Epon 828(Shell Chemical)的混合物的剥离强度示于表II。含有环氧化或马来酸化SB嵌段共聚物的混合物的剥离强度高于常规或非官能化的SB(Kraton D1101)。在环氧化SB的情况下,具有最高级别环氧化的材料Epofriend A1020提供最大的剥离强度。该剥离强度最大是在5重量%Epon 828情况下。
表II含2重量%ArxSSbF6的SB/Epon 828混合物在Kapton E上的180°T-剥离强度,牛顿/分米 | |||||||
热塑性SB | 以总重量计的Epon 828重量% | ||||||
0 | 2.5 | 5.0 | 10 | 20 | 30 | 35 | |
Epofriend A1020 | 68.3 | 105 | 222 | 80.5 | 28.0 | 21.0 | 12.3 |
Epofriend A1010 | 75.3 | 45.5 | 5.3 | 5.3 | |||
Epofriend A1005 | 66.5 | 5.3 | |||||
Kraton D1101 | 49.0 | 36.8 | 24.5 | ||||
92.5 Kraton D1101/2.5 Epofriend A1020 | 17.0 | ||||||
Kraton FG1901X | 135 | ||||||
Kraton FG1924X | 201 |
还测定了含2重量%Ar3SSbF6(以ERL 4221的重量计)的Epofriend A1020与ERL 4221(Union Carbide)的混合物的剥离强度,结果示于表III。剥离结果与用Epon 828所获得的一致。
表III含2重量%Ar3SSb6F的Epofriend A1020/ERL 4221混合物在Kapton E上的180°T-剥离强度,N/dm | |||||
热塑性SB | 以总重量计的ERL 4221重量% | ||||
0 | 5 | 10 | 20 | 35 | |
Epofriend A1020 | 68.3 | 221 | 24.5 | 12.3 | 8.8 |
在剥离强度示于表II和表III的混合物中,环氧催化剂Ar3SSbF6的浓度是环氧树脂量的恒定百分数。因此,以SB嵌段共聚物加上环氧树脂的总量计的Ar3SSbF6浓度实际上随环氧树脂含量的减少而下降。例如,含0重量%环氧树脂的混合物不含Ar3SSbF6,含2.5重量%环氧树脂的混合物所含的Ar3SSbF6是含5.0重量%环氧树脂的混合物的一半。制得含有以SB嵌段共聚物和环氧树脂(Epon 828)的总重量计的0.1重量%Ar3SSbF6的数种混合物。它们对KaptonE的剥离强度示于表IV。
表IV含0.1重量%Ar3SSbF6(以SB+Epon 828的总重量计)的SB/Epon 828混合物在Kapton E上的180°T-剥离强度,N/dm | |||
热塑性SB | 以总重量计的Epon 828重量% | ||
0 | 2.5 | 5.0 | |
Epofriend A1020 | 208 | 299 | 222 |
Epofriend A1010 | 215 | 144 | 45.5 |
Epofriend A1005 | 54.3 | 64.8 | 66.5 |
Kraton D1101 | 77.0 |
通常,含100-95重量%的环氧化SB嵌段共聚物和0-5重量%环氧树脂的混合物提供最高的剥离强度。环氧当量为500-1000(Epofriend A1020和A1010)的SB嵌段共聚物具有较大的剥离强度。这些对Kapton E的剥离强度是优良的。与之相比,Pyralux LF和Kapton KJ(购自DuPont的选择粘合剂)对KaptonE的剥离强度均约为70.0N/dm。
将含有2重量%Ar3SSbF6(以Epon 828计)的95重量%Epofriend A1020/5重量%Epon 828的膜以2.1毫瓦/厘米2紫外线辐照10分钟,然后用来迅速、在1周后和1月后制备T-剥离样品。对Kapton E的剥离强度分别为194.3、171.5和221N/dm。该数据表明,SB嵌段共聚物/环氧膜可以在其制造时进行UV辐照,而不用在其就要用于层压之前进行。
剪切模量
对未经辐照和在就要进行DMA之前以2.1毫瓦/厘米2进行UV辐照10分钟的1.25-2.0mm厚的粘合剂膜进行DMA。将样品以2℃/分钟的速率从室温加热至210℃,然后保持在210℃30分钟,以模拟热固化。在这一保温之后,以20℃/分钟的速率迅速冷却回到25℃,使其平衡5分钟,然后以2℃/分钟的速率加热至250℃。通常,经过UV辐照的膜于220℃(回流焊温度)提供较高的剪切模量G′。含0.1重量%Ar3SSbF6(以Epofriend A1020+Epon 828的总重量计)的95重量%Epofriend A1020/5重量%Epon 828的剪切模量对温度的曲线示于图1。该图表明,经辐照的样品的剪切模量高于未经辐照的膜。在该图中,轨迹A表示由经UV辐照的膜获得的数据,轨迹B表示由未经UV辐照的膜获得的数据。在经UV辐照的样品的情况下,G′随温度升高而下降,直至139℃这一开始反应温度,在这一点上G′由于环氧基团的反应开始增加。G′在保持于210℃的整个30分钟内连续增加。保持30分钟后的G′与开始反应温度时的G′的差值在表V中被称为dG′。在30分钟的保持之后,样品温度下降至25℃,然后升高至250℃。在该第二次加热至250℃过程中保持了在第一次加热和保温中显现出来的G′增加。表V总结了经UV辐照的混合物的DMA数据。用于组合物的命名按以下格式:重量%SB热塑性材料/重量%环氧树脂(重量%Ar3SSbF6)。所有的重量%都是以SB热塑性材料加上环氧树脂的总重量计的。
表V经UV辐照的SB热塑性材料/环氧混合物的DMA结果 | |||||
配方 | 开始反应温度(℃) | G′,开始反应温度105Pa | 在210℃固化后的G′105Pa | dG′105Pa | G′220℃105Pa |
95 Kraton D1101/5 Epon 828(0.1) | 210 | 0.78 | 0.91 | 0.13 | 0.96 |
95 Kraton FG1924X/5 Epon 828(0.1) | 210 | 1.36 | 1.30 | -0.06 | 1.37 |
100 Epofriend A1005(0.1) | 210 | 1.14 | 1.14 | 0.00 | 1.20 |
95 Epofriend A1005/5 Epon 828(0.1) | 210 | 1.10 | 1.11 | 0.01 | 1.15 |
100 Epofriend A1010(0.1) | 176 | 3.50 | 3.60 | 0.10 | 3.69 |
97.5 Epofriend A1010/2.5 Epon 828(0.5) | 152 | 1.02 | 1.09 | 0.07 | 1.10 |
97.5 Epofriend A1010/2.5 Epon 828(0.1) | 149 | 2.18 | 2.35 | 0.17 | 2.43 |
95 Epofriend A1010/5.0 Epon 828(0.1) | 156 | 1.84 | 2.06 | 0.22 | 2.22 |
100 Epofriend A1020(0) | 210 | 1.07 | 1.17 | 0.10 | 1.25 |
100 Epofriend A1020(0.1) | 137 | 1.97 | 3.51 | 1.54 | 3.67 |
97.5 Epofriend A1020/2.5 Epon 828(0.05) | 146 | 1.16 | 1.79 | 0.63 | 1.92 |
97.5 Epofriend A1020/2.5 Epon 828(0.1) | 128 | 5.39 | 7.94 | 2.55 | 8.16 |
95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1) | 139 | 1.41 | 2.83 | 1.42 | 3.06 |
90 Epofriend A1020/10 Epon 828(0.2) | 123 | 3.77 | 7.94 | 4.17 | 7.86 |
80 Epofriend A1020/20 Epon 828(0.4) | 102 | 3.04 | 7.08 | 4.04 | 6.30 |
95 Epofriend A1020/5 ERL 4221(0.1) | 143 | 2.72 | 5.93 | 3.21 | 6.21 |
90 Epofriend A1020/10 ERL 4221(0.2) | 119 | 9.68 | 21.6 | 1 1.9 | 21.4 |
对于100-95重量%SB嵌段共聚物和0-5重量%Epon 828的组合物,那些含有非官能化SB(Kraton D1101)或稍微官能化SB(Kraton FG1924X和Epofriend A1005)的组合物显示非常小的固化时的剪切模量增加dG′。含有Epofriend A1010(它是更高度官能化的)的组合物显示稍大的固化时剪切模量的增加。那些含有Epofriend A1020(最大官能化的材料)的组合物显示显著得多的剪切模量增加。这符合这样一个事实:材料的官能化程度越高,提供的交联程度越大。将Epon 828的浓度升至10%或更大,能将剪切模量增加至某一值,然而剥离强度开始下降。
热和湿度的敏感性评定
热和湿度的敏感性用类似于联合工业标准“塑料集成电路表面安装器件的湿气/回流敏感性分类”1996年10月,J-STD-020用于JEDEC级别1性能的以下方法进行评定。待评定的典型树脂组合物包含环氧化的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物,可任选的环氧树脂和Ar3SSbF6固化剂。此外,在班伯里混合机中混合包含Epofriend A1020和分别为0.25或11.1重量%一种芳族二胺固化剂9,9-二(3-甲基-4-氨基苯基)芴(OTBAF,3M.St.Paul,MN)的组合物。由该混合物于180℃熔融压制厚0.037mm的膜。并且,在甲苯中制备60重量%EpofriendA1020、30重量%聚苯醚(PPO)HPP 820(General Electric Plastics,Pittsfield,MA)和10重量%EPON 828(以所有三种组分的总重量百分数计)的混合物,形成固体含量为14重量%的混浊溶液。该溶液还含有0.075重量%Ar3SSbF6,以其组分的总重量计。将溶液刮刀涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯剥离衬垫上,然后空气干燥24小时,接着在烘箱中于150℃进一步干燥2小时。制得厚0.017毫米的膜。
对于所有结构件(2层柔性电路、TBGA和LMI),按照的层压过程类似于上述T-剥离样品所用的过程,只是其中OTBAF是固化剂的样品的情况。在该情况下,只使用于231℃热固化30分钟(即不用UV辐照)。
热和湿度敏感性评定如下进行:于125℃干燥经固化的结构件24小时,然后将它们放在85℃/85%R.H.的湿度室中168个小时。在从湿度室中取出后15分钟内,经结构件通过型号GF-12的红外(IR)回流炉(Automated ProductionSystems,Inc.,Huntingdon Valley,PA),该回流炉在约70秒内将结构件从室温加热至145℃,将结构件保持于145℃约90秒,然后加热至峰值温度220℃。从145℃加热至183℃花去20-25秒。结构件处于183℃以上的温度约160秒,包括位于峰值温度220℃10-40秒。当结构件经过回流炉时进行肉眼观察。观察到的任何气泡或空洞构成失效。在结构件从回流炉中送出后,在光学显微镜下观察是否有任何空洞、气泡或其它缺陷。若该结构件无缺陷,则将其再次送过回流炉。如果在两次经过IR回流炉后未观察到缺陷,则认为该结构件“通过”评定。
两层柔性电路
对具有两层柔性电路通过厚0.037毫米的本发明使用Ar3SSbF6固化剂的粘合剂膜层压在一起的结构件进行热和湿度的敏感性评定。柔性电路是铜电路位于0.025毫米厚的Kapton E底材上。该结构件是通过粘合剂层与一片柔性电路的铜迹线面接触,并与另一片柔性电路的聚酰亚胺面(即非铜迹线面)接触而形成的,其尺寸为5.0cm×5.0cm。结果示于表VI。
表VI2层柔性电路的热和湿度敏感性结果 | |
配方 | 结果 |
95 Epofriend A1005/5 Epon 828(0.1) | 通过 |
95 Epofriend A1010/5 Epon 828(0.1) | 通过 |
95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1) | 通过 |
TBGA结构件
对TBGA类结构件进行热和湿度的敏感性评定,所述TBGA类结构件由一层Kapton E膜(0.05mm厚)与SB热塑性材料/环氧混合物(0.037mm厚的膜)一起层压到金属(镀镍的铜)加强层上组成。该结构件约为4.3cm×4.3cm见方。所按照的层压方法类似于用于T-剥离样品的方法,不同的是层压压力为1749kPa。除了注解以外,TBGA结构件通过IR回流炉的温度分布类似于2层柔性电路结构件所示的温度分布。结果示于表VII:
表VIITBGA的热和湿度的敏感性结果 | |
配方* | 结果 |
100 Epofriend A1020(0.1) | 通过 |
100 Epofriend A1020(0.25 OTBAF) | 通过 |
100 Epofriend A1020(11.1 OTBAF) | 未通过 |
97.5 Kraton D1 101/2.5 Epon 828(0.05) | 未通过 |
97.5 Kraton D1 101/2.5 Epon 828(0.1) | 未通过 |
97.5 Epofriend A1010/2.5 Epon 828(0.1) | 未通过 |
97.5 Epofriend A1020/2.5 Epon 828(0.05) | 通过 |
97.5 Epofriend A1020/2.5 Epon 828(0.1) | 通过 |
95 Kraton D1101/5 Epon 828(0.1) | 未通过 |
95 Kraton FG1924X/5 Epon 828(0.1) | 未通过 |
95 Epofriend A1010/5 Epon 828(0.1) | 未通过 |
95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1) | 通过 |
95 Epofriend A1020/5 Epon 1001F(0.1) | 通过 |
90 Epofriend A1020/10 Epon 828(0.2) | 未通过 |
83.3 Epofriend A1020/16.7 ERL-4221(0.33) | 未通过 |
80 Epofriend A 1020/20 Epon 828(0.4) | 未通过 |
70 Epofriend A1 020/30 Epon 828(0.6) | 未通过 |
65 Epofriend A1020/35 Epon 828(0.7) | 未通过 |
60 Epofriend A1020/30 HPP 820/10 Epon 828(0.075) | 通过 |
*除非另外指出,为Ar3SSbF6固化剂
表VII的数据表明,包含100-95重量%Epofriend A1020和0-5重量%环氧树脂的混合物提供的结构件具有类似于通过JEDEC级别1所要求的优良的热和湿度不敏感性。表VII中注明未通过的所有配方都是在第一次经过IR回流炉时就观察到失效的。所有通过第一次的配方也通过了第二次。
对具有95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1)的粘合剂膜的TBGA结构件进行如上所述相同的评定,不同的是通过IR回流炉时结构件的峰值温度升高至240℃。这是比JEDEC级别1性能要求更高的加热分布。该结构件通过了该评定。
除了在单独的Kapton E(用于柔性电路的底材)上获得的结果以外,在厚0.025毫米的其上沉积有铜电路的Kapton E膜上观察本发明粘合剂配方的性能。TBGA结构件和金属加强层的尺寸与上述所用相同。对具有97.5 EpofriendA1020/2.5 ERL 4221(0.05)的粘合剂膜的TBGA结构件进行与表VII中结构件相同的评定(峰值温度220℃),不同的是该结构件循环经过IR回流炉共三次。该结构件通过了该评定。另一种具有厚0.062毫米的97.5 Epofriend A1020/2.5Epon 828(0.1)的粘合剂膜的TBGA结构件进行了相同的评定,不同的是循环经过IR回流炉的结构件的峰值温度升高至240℃。该结构件循环经过IR回流炉3次。该结构件通过了该评定。在后一种情况下的粘合剂膜是在25毫米的Berstorff双螺杆挤出机(Berstorff Corp.,Charlotte,NC)中而不是在班伯里混合机中熔融混合的。
对更多的TBGA结构件进行评定,观察本发明的粘合剂制剂在厚0.025毫米的其上沉积有镀金的铜电路的Kapton E膜上的性能。金属加强层是镀镍的铜,厚度为0.5毫米,29mm×29mm见方,在其中心冲有13mm×13mm见方的孔。以2mw/cm2对95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1)的膜进行UV辐照3分钟,然后于215℃和690kPa层压在柔性电路和金属加强层之间50分钟。经层压的组件在125℃最少烘烤24小时,然后放在85℃/85%RH炉中168小时。
从炉中取出之后,将该组件置于室温至少15分钟且不超过4小时。用两种方法来检查湿气敏感性:(1)热板和(2)对流烘箱:
将热板加热至220℃。将组件加强层一面朝下放置1分钟,并迅速加热至220℃。用放大照相机观察该样品是否脱层或开裂。任何没有脱层或开裂的样品稍后会在显微镜中仔细检查,以证实发生少于10%的空洞形成。如果没有,则组件“通过”试验。需注意,热板法有比JEDEC试验方法A112-A更严格的升温速率,要求温度以6℃/秒最大值升高,并在220℃保持10-40秒。因此,用热板加热是比JEDEC标准所要求更严格的试验。对于本发明的样品,5个中有5个组件通过了该热板方案。
对流烘箱是Unitherm SMR 400(Vitronics Corp.,Newmarket,NH)。放在组件上的热电偶表明,热以约3℃/秒的速率增加,达到220℃的最大值,在220℃和以上温度静置约40秒种。在显微镜中观察样品以证实空洞形成小于10%。对于本发明的样品,4个中有4个组件通过了该对流烘箱方案。
LMI结构件
还对LMI结构件进行热和湿气的敏感性评定。LMI结构件由5层柔性电路(Kapton E膜上的铜迹线)与4层粘合剂层压在一起组成,柔性电路和粘合剂各层交替。每层柔性电路排列成以3×3栅格布置的9个3.2cm×3.2cm见方的区域。层压时,形成含有5层柔性电路和4层粘合剂的9块3.2cm×3.2cm的试样块。层压条件与上述用于T-剥离样品的相同。LMI结构件通过IR回流炉的温度分布类似于上述2层柔性电路结构件的温度分布。如果在两次循环通过IR回流炉后未观察到缺陷,则LMI结构件被认为“通过”评定。评定结果示于下表VIII:
表VIIILMI的热和湿气的敏感性结果 | |
配方 | 结果 |
95 Kraton D1101/5 Epon 828(0.1) | 9个试样块中0个通过 |
95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1) | 9个试样块中7个通过 |
温湿偏压(THB)评定
用95 Epofriend A1020/5 Epon 828(0.1)粘合剂膜将Kapton E膜(厚0.005厘米)层压在具有的柔性电路是互相交叉的铜试验电路的Kapton E膜上。粘合剂填充在相互交叉的铜迹线之间的空间内。铜迹线约宽70微米,迹线之间的间距为80微米。将试验电路置于85℃/85%R.H.,并在试验电路上施加5伏特偏压。监测漏电以确定是否有任何的性能变差。评定两个这种试验电路,均记录1000小时,它们的性能没有变差,显示非常低的漏电。
在不偏离本发明范围和目的的情况下对本发明做出的各种改动和变化是本领域技术人员显而易见的,应理解为本发明不局限于所列的说明性实施方案。
Claims (12)
1.一种包含树脂组合物的电子电路器件,该树脂组合物包含90-100重量%可固化的环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物、0至最多10重量%的环氧树脂,和有效量的环氧固化剂,所述共聚物和环氧树脂的重量百分数是以除固化剂以外的具有环氧的材料的重量计的。
2.如权利要求1所述的电子电路器件,其特征在于所述环氧树脂包含脂族或脂环族的环氧。
3.如权利要求1所述的电子电路器件,其特征在于所述环氧树脂包含芳族环氧。
4.如权利要求2所述的电子电路器件,其特征在于所述脂环族环氧选自二氧化环己烯、3,4-环氧环己烷羧酸3,4-环氧环己基甲酯、3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸3,4-环氧-6-甲基环己基甲酯、己二酸二(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)酯、二聚戊烯二氧化物、2-(3,4-环氧环己基)-5,1"-螺-3",4"-环氧环己烷-1,3-二噁烷、4-(1,2-环氧乙基)-1,2-环氧环己烷和2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷。
5.如权利要求3所述的电子电路器件,其特征在于所述芳族环氧选自多元酚的多缩水甘油醚及其衍生物、环氧甲酚-线型酚醛树脂、环氧可溶可熔酚醛树脂;芳族羧酸的缩水甘油酯,以及它们的混合物。
6.如权利要求1-5中任一项所述的电子电路器件,其特征在于所述环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物选自环氧化的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和环氧化、部分氢化的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
7.如权利要求1-6中任一项所述的电子电路器件,其特征在于所述固化剂是三芳基锍盐。
8.如权利要求1-8中任一项所述的电子电路器件,其特征在于所述环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物的环氧当量在100-1000的范围内。
9.如权利要求1-8中任一项所述的电子电路器件,其特征在于所述90-100重量%可固化的环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物包括聚苯醚树脂,其用量是每100份所述可固化的环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物最多为80份所述聚苯醚。
10.如权利要求1-9中任一项所述的电子电路器件,其特征在于所述包含环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物和可任选的环氧树脂的树脂组合物用UV辐照和加热中的一种或这两者进行固化,所述器件对于处于85℃和85%相对湿度168小时,然后处于220℃10-40秒的条件显示稳定性。
11.一种使用电子粘合剂、面层或密封剂的方法,包括以下步骤:
提供可固化的树脂组合物,所述树脂组合物包含90-100重量%环氧改性的芳族乙烯基-共轭二烯嵌段共聚物、可任选的环氧树脂,以及环氧固化剂,所述共聚物和环氧树脂的重量百分数是以除固化剂以外的具有环氧的材料的重量计的,
将所述树脂组合物作为粘合剂、面层或密封剂加入制品中。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于该方法还包括对所述可固化的树脂组合物进行热固化和UV辐照固化的一种或这两者的步骤。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/219,265 | 1998-12-23 | ||
US09/219,265 US6294270B1 (en) | 1998-12-23 | 1998-12-23 | Electronic circuit device comprising an epoxy-modified aromatic vinyl-conjugated diene block copolymer |
Publications (2)
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