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環(huán)氧樹脂的組成


發(fā)布日期：2009-10-07	閱讀：87

一般使用的封裝膠粉中除了環(huán)氧樹脂之外，還含有硬化劑、促進劑、抗燃劑、偶合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤滑劑等成分，現分別介紹如下：
1．1環(huán)氧樹脂(EPOXY RESIN)
使用在封裝塑粉中的環(huán)氧樹脂種類有雙酚A系(BISPHENOL-A)、NOVOLAC EPOXY、環(huán)狀脂肪族環(huán)氧樹脂(CYCLICALIPHATIC EPOXY)、環(huán)氧化的丁二烯等。封裝塑粉所選用的環(huán)氧樹脂必須含有較低的離子含量，以降低對半導體芯片表面鋁條的腐蝕，同時要具有高的熱變形溫度，良好的耐熱及耐化學性，以及對硬化劑具有良好的反應性�？蛇x用單一樹脂，也可以二種以上的樹脂混合使用。
1．2 硬化劑(HARDENER)
在封裝塑粉中用來與環(huán)氧樹脂起交聯(CROSSLINKING)作用的硬化劑可大致分成兩類:
(1)酸酐類(ANHYDRIDES);
(2)酚樹脂(PHENOLICNOVOLAC)。
以酚樹脂硬化和酸酐硬化的環(huán)氧樹脂系統有如下的特性比較： ●弗以酚樹脂硬化的系統的溢膠量少，脫模較易，抗?jié)裥约胺€(wěn)定性均較酸酐硬化者為佳； ●以酸酐硬化者需要較長的硬化時間及較高溫度的后硬化(POSTCURE)； ●弗以酸酐硬化者對表面漏電流敏感的元件具有較佳的相容性； ●費以酚樹脂硬化者在150-175~C之間有較佳的熱穩(wěn)定性，但溫度高于175~(2則以酸酐硬化者為佳。
硬化劑的選擇除了電氣性質之外，尚要考慮作業(yè)性、耐濕性、保存性、價格、對人體安全性等因素。
1．3促進劑(ACCELERATO OR CATALYST)
環(huán)氧樹脂封裝塑粉的硬化周期(CURING CYCLE)約在90-180秒之間，必須能夠在短時間內硬化，因此在塑粉中添加促進劑以縮短硬化時間是必要的。
現在大量使用的環(huán)氧樹脂塑粉，由于內含硬化劑、促進劑，在混合加工(COMPOUNDING)后已成為部分交聯的B-STAGE樹脂。在封裝使用完畢之前塑粉本身會不斷的進行交聯硬化反應，因此必須將塑粉貯存于5℃以下的冰柜中，以抑制塑粉的硬化速率，并且塑粉也有保存的期限。如果想制得不用低溫保存，且具有長的保存期限(LNOG SHELFLIFE)的塑粉，則一定要選用潛在性促進劑(LATENT CATALYST)，這種促進劑在室溫中不會加速硬化反應，只有在高溫時才會產牛促進硬化反應的效果。目前日本已有生產不必低溫貯存的環(huán)氧樹脂膠粉，其關鍵乃在潛在性促進劑的選用。
1．4 抗燃劑(FLAME RETARDANT)
環(huán)氧樹脂膠粉中的抗燃劑可分成有機與無機兩種。有機系為溴化的環(huán)氧樹脂或四溴化雙酚A(TETRABROMOBISPHENOL A)。無機系則為三氧化二銻(Sb203)的粉末。二者可分開單獨使用，也可合并使用，而以合并使用的抗燃劑效果為佳。
1．5 填充料(LILLER)
在封裝塑粉中，填充料所占的比例最多，約在70％左右，因此填充料在封裝朔粉中扮演著十分重要的角色。
1．5．1在塑粉中加入適量適質的填充料，具有下列幾個目的：
1)減少塑粉硬化后的收縮；
2)降低環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數；
3)改善熱傳導；
4)吸收反應熱；
5)改善硬化樹脂的機械性質與電學性質；
6)降低塑粉成本。
1．5．2填充料的種類
使用于環(huán)氧樹脂塑粉中的填充料，除了要能改善電絕緣性、電介質特性之外，尚須具有化學安定性及低吸濕性。一般常用的填充料有以下幾種： (1)石英；
(2)高純度二氧化硅(使用最為廣泛)；
(3)氫氧化鋁
4)氧化鋁；
(5)云母粉末；
(6)碳化硅。
1．5．3 二氧化硅(SiO2,Silica)
環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數平均約為65×10-6m／cm／℃；，比對封裝樹脂中的金屬埋人件的熱膨脹系數大很多。半導體所用的框架(LEAD FRAME)與環(huán)氧樹脂相差甚遠。若以純樹脂來封裝半導體元件，由于彼此間熱膨脹系數的差異及元件工作時所產生的熱，將會產生內應力及熱應力而造成封裝材料的龜裂。因此加入塑粉中的填充料，除了要能減少樹脂與金屬埋入件間的熱膨脹系數外，也要具有良好的導熱功能。
二氧化硅粉末可分成結晶性二氧化硅及熔融二氧化硅。結晶性二氧化磚具有較佳的導熱性但熱膨脹系數較大，對熱沖擊的抵抗性差。熔融二氧化硅的導熱性質較差，但卻擁有較小的熱膨脹系數，對熱沖擊的抵抗性較佳。表2是熔融性與結晶性二氧化硅充填的環(huán)氧樹脂膠粉的性質比較，可看出熔融性二氧化硅除了導熱性質較差外，撓曲強度及耐濕性均低于結晶性二氧化硅。
此外，填充料用量的多少以及粒子的大小、形狀、粒度分布等對于塑粉在移送成形(Transfermolding)時的流動性，以及封裝后成品的電氣性質均會造成影響，這些因素在選用填充料時均要加以考慮。
1．6偶合劑(COUPLIUNG AGENT)
在環(huán)氧樹脂中添加少量的偶合劑，能產生下列作用：
●增加填充料與樹脂之間的相容性與親和力;
●增加膠粉與埋人元件間的接著力;
●減少吸水性;
●提高撓曲強度；
●降低成形中塑粉的粘度，改善流動性;
●改善膠粉的熱消散因子(THERMALDUSSIPATION FACTOR)、損失因子(LOSS FAC-TOR)及漏電流(LEAKAGE CURRENT)。
1．7脫模劑(日ELEASE AGENT)
環(huán)氧樹脂的粘著性良好，對模具也會產生接著力，而影響加工封裝完畢后的脫模，因此加入脫模劑來改善膠粉與模具之間的脫模能力。一般常用的脫模劑有：臘、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。脫模劑的種類與用量要視塑粉配方(樹脂、硬化劑、填充料)而定。脫模劑的用量要適當，如果用量太少會使脫模不易；相反，如果用量過多，不但容易污染模具，更會降低膠粉與埋入框架、引線間的粘著力，直接影響到元件的耐濕性及可*性。下圖為脫模劑添加量與接著力的關系，脫模劑添加愈多，膠粉與埋人件間的接著力下降也愈多。
1．8顏料(PIGMENT)
通常視成品的顏色來添加顏料。一般的封裝膠粉均以碳黑為顏料，因此成品具有黑色的外觀。
1．9潤滑劑(LUBRICANT) 為了增加膠粉在加工成形中的流動性，有時可加入部分潤滑劑來降低粘度。但是此舉往往會造成膠粉的玻璃轉移溫度(Tg GLASS TRANSISTION TEMPERATURE)的降低及電氣特性的劣化，因此若有需要加入潤滑劑，最好選用反應性稀釋劑(RE-ACTIVE DILUENT)，使稀釋劑分子能與樹脂產生化學結合，以避免T2及電氣特性的劣化。


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