化学功能材料 第七章 环氧塑封料

环氧塑封料

按包封材料分类的封装类型：

•陶瓷封装：气密性封装

•金属封装：气密性封装

•塑料封装：非气密性封装, >90%, 民用产品

塑料封装用树脂选择原则：

•优良的介电性能

•耐热、耐寒、耐湿、耐大气、耐辐射，散热性能好•CTE匹配好，粘结性能好

•固化收缩率小，尺寸稳定

•不污染半导体器件表面

•加工性能好

环氧塑封料的组分与性能

环氧塑封料是由环氧树脂及其固化剂酚醛树脂等组分组成的模塑粉，在热和固化促进剂作用下, 环氧树脂与固化剂发生反应, 产生交联固化作用, 成为热固性树脂。

•优良的粘结性

•优异的电绝缘性能

•机械强度高

•耐热性、耐化学腐蚀性良好

•吸水率低

•成型收缩率低, 成型工艺性能良好

•应用范围宽

环氧塑封料组成

环氧树脂 固化剂

10-30% 6% 固化促进剂 惰性填充剂 阻燃剂 < 1% 60-90% < 8% 痕量 脱模剂 偶联剂 痕量 着色剂

< 2% < 2.5% < 2%

释放应力添加剂 其它

1. 环氧树脂

•作为基体树脂将其它成分结合到一起；

•决定塑封料成型时的流动性和反应性;

•决定固化物的机械、电气、耐热性能。

环氧当量是环氧树脂最重要技术指标。

环氧当量低(官能团密度高)，交联密度高，Tg 高，塑封料弯曲强度高，耐热性及介电性能好。

若交联密度过高，材料变脆。

选择合适的基质树脂分子量、环氧当量和交

联密度是制备模塑料的关键。

2. 固化剂

与环氧树脂发生化学反应形成交联结构的化合物。

固化剂与环氧树脂共同影响塑封料的流动性、热性能、机械性能、电性能。

环氧交联剂：胺、酸酐、酚类

微电子封装常用：苯酚酚醛树脂、邻甲酚醛树脂

成型性、电学性能、热学性能和抗潮性良好。

3. 促进剂

提高聚合反应速度，缩短在模固化时间。

常见促进剂：胺类、咪唑、有机磷酸盐，Lewis 酸及盐

重要性质：反应性增强程度，反应时间，电性能

Lewis 酸及盐

适中 胺类

有机磷酸盐 反应性 好 好 短 好 好

固化时间 短 电学性能 差 抗潮性

差

理想 理想 理想

4. 填充料

改善环氧塑封料的参数与性能：材料粘性、固化时收缩、CTE、热导率、弹性模量、成本等•使用填充料的优点：

减少收缩，增强韧性，增强耐磨性，减少吸水性，提高热形变温度，提高热导率，减少CTE。

•使用填充料的缺点：

增加重量，增加粘度，提高介电常数

填充料选择：

大小，机械性能，化学稳定性，导热性，抗潮性，放射性(存储器)，磨蚀性(磨具寿命)

常见填充剂及其对塑封料特性的改进 填充剂 特性 Al O 耐磨性, 电阻率, 尺寸稳定性, 韧性,热

2 3 导率

Sb O 阻燃性 热导率 2 3 BeO CaSiO 抗拉强度, 抗弯强度 3 Cu 电导率, 热导率, 抗拉强度 SiO 耐磨性, 电性能, 尺寸稳定性, 热导 2

率，抗潮性

Ag 电导率, 热导率

SiO (硅微粉)

2

介电性能优异，CTE低，导热系数高，价格低

降低：CTE, 吸水率，成型收缩率，成本

提高：耐热性，机械强度，介电性能，导热率

SiO 在塑封料中含量：60-90%，其性能优劣2

影响塑封料的品质。

SiO 的粒径：10-25um较合适，<125um 2

增加填充料含量，可降低CTE，改善失配，但粘度增加，带来流动性、成型问题，如空洞增加。

5. 阻燃剂

•溴代环氧树脂

溴代双酚A环氧树脂，溴代酚醛环氧树脂

溴离子有锈蚀性

•锑化物Sb O

2 3

成本高

•其它阻燃剂

氯化石蜡，Al(OH) ，磷衍生物

3

使用非水溶性化合物及离子吸收剂，可控制阻燃剂的锈蚀效应

6. 应力释放添加剂

应力释放添加剂：降低热收缩应力，降低诱导

和扩展在塑封料或芯片钝化层内产生的裂纹，

降低弹性模量，增加柔韧性，降低CTE。

增塑剂：降低张力系数，提高塑封料的可延展性，减少收缩，改进粘附特性。

主要应力释放剂：

硅树脂，丙烯腈-丁二烯橡胶，聚丁烯丙烯酸盐

7. 着色剂

遮盖封装器件的设计，防止光透过。

高色素碳黑：<0.5%

含有机染料的塑封料，热稳定性不及无机添加剂。

光阻器件用白色塑封料。

8. 脱模剂

使固化后的产品容易地从磨具中取出。

脱模剂的选择：由模具材料和封装类型而定•保证模块可从磨具中脱离

•芯片、框架材料和塑封料间有很好的粘性

可通过控制脱模剂的活性（与温度有关）实现环氧塑封料中的脱模剂：

烃腊(巴西棕榈蜡)、硅树脂、碳氟化合物、有机酸盐

9. 离子捕获剂

减少封装体内部金属与包封料界面处水气的导电性，从而延缓电化学锈蚀降解过程。

电化学锈蚀条件：水、迁移离子

•吸潮性：难克服

•降低离子含量或降低离子的可迁移性

离子捕获剂：金属氧化物水合物粉末