固化促进剂对环氧塑封料性能的影响


      环氧塑封料(EMC)是应用较为广泛的集成电路封装材料之一,其基本组成包括环氧树脂、酚醛固化剂、固化促进剂、熔融二氧化硅、偶联剂和脱模剂等。EMC在制备过程中通常是将所有组分充分混合后进行物料粉碎,之后经过制饼工艺成型。使用过程中,通过高温模压成型应用于芯片等半导体器件的封装,为器件提供支撑保护、绝缘散热等作用。1972年,美国Morton公司率先使用环氧一酚醛树脂体系制备了EMC,之后EMC得到快速发展。由于塑封封装的半导体成本低,又适合大规模自动化生产,因此逐渐取代了陶瓷和金属封装体,目前全球塑封半导体器件已经占市场总量的90%以上。

环氧一酚醛树脂体系作为EMC的有机基体树脂,担负着将其他组分结合到一起的重要作用,它决定了塑封料成型时的流动性和反应性以及固化物的力学性能、电绝缘性能、热性能等。由于环氧塑封料是单组份材料,因此固化促进剂决定着EMC固化速度的快慢,对EMC的热性能、力学性能、吸湿性,尤其是成型工艺性和低温贮存稳定性有着显著的影响。考虑到半导体芯片的耐热温度、EMC固化特性及熔融黏度的平衡,EMC的成型固化温度一般为170180℃,最常用的固化促进剂为三苯基膦。

日本日立化成株式会社的Ogata等研究了不同固化促进剂对环氧树脂和EMC性能的影响,其研究中选用了12种固化促进剂。

研究者通过调整固化促进剂用量,维持塑封料在180℃下的凝胶化时间在35s左右,结果发现,在相同固化条件下,含不同固化促进剂的EMC固化交联密度不同,固化物的性能不同,随着固化物交联密度的升高,固化物升高。另外通过系统比较纯环氧树脂与EMC性能之间的关系,结果发现,两者之间的变化规律十分一致。固化促进剂对EMC的影响还体现在成型工艺过程中,采用不同固化促进剂的塑封料样品在混合过程中反应程度不同,加人活性较高的固化促进剂的塑封料容易发生固化反应,导致分子量上升,黏度增大,含不同固化促进剂的EMC混炼后的分子量变化。