本發(fā)明涉及環(huán)氧塑封料，尤其涉及一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧塑封料(emc)具有許多優(yōu)異的性能，在封裝領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，是半導(dǎo)體元器件、集成電路封裝的主流材料。當(dāng)前emc在電子器件封裝中，存在最大的問題是應(yīng)力問題。emc與芯片、基帶、導(dǎo)電膠或框架等材料熱膨脹系數(shù)不匹配，這些作用會在芯片和塑封料的界面處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的長期存在和反復(fù)作用(如在溫度循環(huán)的工作環(huán)境下)可能導(dǎo)致界面分層，即芯片與emc分離，還可能引起塑封料自身的開裂，使水汽、雜質(zhì)等容易進(jìn)入封裝內(nèi)部，在后續(xù)的可靠性比如tct?1000循環(huán)測試中分層甚至電性能失效等問題，嚴(yán)重影響器件可靠性與使用壽命。而且在emc固化過程中的體積收縮也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同樣可能引發(fā)上述問題。對于高精度的電子器件封裝，熱膨脹系數(shù)不合適會影響封裝尺寸的穩(wěn)定性。如果熱膨脹系數(shù)過大，在溫度變化時(shí)，封裝體的尺寸變化超出允許范圍，可能會對器件內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)(如芯片與引腳之間的連接)產(chǎn)生影響芯片與外部電路的電氣連接，出現(xiàn)短路或斷路等問題，降低了電子器件的可靠性。

2、然而功率分立器件或模塊封裝中，為了提高器件傳輸?shù)男剩阪I合工藝中會使用鋁線，鋁線抗氧化性以及硬度和延展性，價(jià)格優(yōu)勢明顯，電氣傳輸性能優(yōu)良，在國產(chǎn)化方案上占據(jù)重要地位；但是與常規(guī)的銅基材相比，鋁線的膨脹系數(shù)23(×10-5/k)高于銅線17(×10-5/k)；在封裝中，針對emc的技術(shù)要點(diǎn)，為了鋁線匹配，需要提高emc的膨脹系數(shù)；常規(guī)的做法是降低emc填料的含量來實(shí)現(xiàn)；但是填料的含量下降也會帶來自身阻燃性和成本問題。所以，目前對于功率器件在使用高膨脹系數(shù)的材質(zhì)基體(比如：鋁線，鋁帶)時(shí)，如何在不損失填料含量下與之匹配是亟須解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物及其應(yīng)用，以解決使用高膨脹系數(shù)的材質(zhì)基體(比如：鋁線，鋁帶)時(shí)，環(huán)氧樹脂組合物的膨脹系數(shù)與之不匹配的問題。

2、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，按重量份數(shù)計(jì)，由60-80份共混環(huán)氧樹脂、25-32g份酚醛樹脂、850-900份填料、1.5-3份炭黑、3-10份偶聯(lián)劑、1-3份氧化聚乙烯蠟、0.5-2份酯蠟、1.5-2份促進(jìn)劑、5-7份應(yīng)力改質(zhì)劑和2-4份離子捕捉劑混煉得到。

3、優(yōu)選的，所述混煉的溫度為90-110℃。

4、進(jìn)一步的，所述共混環(huán)氧樹脂由鄰甲酚醛型環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅環(huán)氧樹脂按重量比60-100:5-15混合制備得到。

5、優(yōu)選的，所述共混環(huán)氧樹脂的制備方法如下：(2)將鄰甲酚醛型環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅環(huán)氧樹脂經(jīng)粉碎過60-100目篩后混合，升溫到95-105℃，攪拌1-2h，自然冷卻后再粉碎過60-100目篩，得到共混環(huán)氧樹脂。

6、進(jìn)一步的，所述有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的制備方法如下：

7、將烯丙基縮水甘油醚、d4h環(huán)四硅氧烷和單端乙烯基硅油加入無水甲苯中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入催化劑，升溫到105-115℃，攪拌反應(yīng)2-4h，加入活性炭除去殘余催化劑，過濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到有機(jī)硅環(huán)氧樹脂。

8、優(yōu)選的，所述烯丙基縮水甘油醚、d4h環(huán)四硅氧烷、單端乙烯基硅油、無水甲苯和karstedt催化劑的重量比為3.42:2.96:10:50-80:0.05-0.2。

9、優(yōu)選的，所述單端乙烯基硅油的重均分子量為800-1200。

10、優(yōu)選的，所述酚醛樹脂為線型酚醛樹脂。

11、優(yōu)選的，所述填料為二氧化硅、氧化鋁、滑石粉、高嶺土、碳纖維、玻璃纖維中的一種或其中幾種按任意比例的混合物。

12、優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑為咪唑化合物、叔胺化合物、有機(jī)膦化合物、酰胺化合物中的一種或其中幾種按任意比例的混合物。

13、優(yōu)選的，所述應(yīng)力改質(zhì)劑為硅橡膠。

14、優(yōu)選的，所述催化劑為karstedt催化劑。

15、優(yōu)選的，所述活性炭的目數(shù)為150-250目。

16、進(jìn)一步的，本發(fā)明采用了一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物的應(yīng)用，用于在鍵合工藝中使用鋁線的模塊封裝。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、本發(fā)明通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與界面調(diào)控協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧樹脂組合物綜合性能的突破性提升。創(chuàng)新的有機(jī)硅環(huán)氧樹脂構(gòu)建了剛?cè)岵?jì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的架構(gòu)通過化學(xué)鍵合同時(shí)錨定剛性環(huán)氧基團(tuán)與柔性硅氧烷鏈段，在保持材料機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)賦予優(yōu)異的形變緩沖能力。梯度分布的界面過渡層有效消除填料與基體間的熱失配應(yīng)力，通過氫鍵相互作用與化學(xué)鍵合的協(xié)同效應(yīng)建立穩(wěn)定的多尺度界面體系。

19、材料的熱膨脹特性與鋁基板實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配，顯著降低溫度交變工況下的界面剪切應(yīng)力。互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的“分子彈簧”效應(yīng)可高效耗散機(jī)械沖擊能量，大幅提升抗開裂性能。優(yōu)化的流變特性使體系兼具寬加工窗口與快速固化優(yōu)勢，確保復(fù)雜結(jié)構(gòu)封裝時(shí)熔體前沿的完整填充與均勻固化。

20、該組合物在濕熱老化、溫度循環(huán)等嚴(yán)苛環(huán)境下保持穩(wěn)定的界面結(jié)合強(qiáng)度，特別適用于高功率密度器件的鋁線鍵合封裝。創(chuàng)新的預(yù)分散工藝使填料以納米級原生粒子均勻分布，消除傳統(tǒng)機(jī)械混合導(dǎo)致的團(tuán)聚缺陷。分子量精準(zhǔn)調(diào)控的硅氧烷組分有效抑制相分離傾向，形成均質(zhì)透明的連續(xù)相結(jié)構(gòu)。這種多維度性能提升使材料能夠滿足航空航天、車規(guī)級電子等高端領(lǐng)域?qū)Ψ庋b材料的長壽命可靠性要求。

技術(shù)特征：

1.一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，由60-80份共混環(huán)氧樹脂、25-32g份酚醛樹脂、850-900份填料、1.5-3份炭黑、3-10份偶聯(lián)劑、1-3份氧化聚乙烯蠟、0.5-2份酯蠟、1.5-2份促進(jìn)劑、5-7份應(yīng)力改質(zhì)劑和2-4份離子捕捉劑混煉得到；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述酚醛樹脂為線型酚醛樹脂。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述填料為二氧化硅、氧化鋁、滑石粉、高嶺土、碳纖維、玻璃纖維中的一種或其中幾種按任意比例的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述促進(jìn)劑為咪唑化合物、叔胺化合物、有機(jī)膦化合物、酰胺化合物中的一種或其中幾種按任意比例的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述應(yīng)力改質(zhì)劑為硅橡膠。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述催化劑為karstedt催化劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述活性炭的目數(shù)為150-250目。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述共混環(huán)氧樹脂的制備方法如下：(2)將鄰甲酚醛型環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅環(huán)氧樹脂經(jīng)粉碎過60-100目篩后混合，升溫到95-105℃，攪拌1-2h，自然冷卻后再粉碎過60-100目篩，得到共混環(huán)氧樹脂。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述混煉的溫度為90-110℃。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的高可靠性環(huán)氧樹脂組合物的應(yīng)用，其特征在于，用于在鍵合工藝中使用鋁線的模塊封裝。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及環(huán)氧塑封料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性環(huán)氧樹脂組合物及其應(yīng)用。該組合物由共混環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、高含量填料及多種功能助劑組成，其中共混環(huán)氧樹脂通過鄰甲酚醛型環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的協(xié)同作用構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。有機(jī)硅環(huán)氧樹脂采用烯丙基縮水甘油醚、D4H環(huán)四硅氧烷和特定分子量單端乙烯基硅油經(jīng)催化反應(yīng)制得。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與填料界面調(diào)控，在保持高填料含量的前提下，使材料熱膨脹系數(shù)與鋁線精準(zhǔn)匹配，解決了高膨脹系數(shù)基體材料封裝時(shí)的熱失配難題，特別適用于功率器件鋁線鍵合封裝。

技術(shù)研發(fā)人員：石培培,李進(jìn),林建彰,朱艷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆山興凱半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22