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环氧树脂在包封材料中的应用概况
关键词：半导体包封材料、环氧树脂、耐热性、耐湿性
摘要：本文讲述了环氧树脂在半导体封装材料中的应用和发展动态, 其中包括应用现状、半导体封装材料对环氧树脂的要求、工业化的环氧树脂和它的技术发展动向。
正文：半导体封装材料发展很快, 从占主流地位的陶瓷封装, 被塑料封装取代, 约经过四分之一世纪, 而塑料封装中目前已广泛应用
环氧树脂, 环氧树脂已占90%以上。至今, 塑料封装已占到整个封装材料的以个数为基础的95%以上。
塑料封装中所采用的环氧树脂材料称为环氧模塑料EMC。EMC主要组成为环氧树脂、固化剂、固化促进剂、填料、润滑剂、着色剂等, 以及其它助剂, 而环氧树脂所占比例约为10%—25%左右。目前已商品化的半导体包封材料, 绝大多数均采用邻甲酚酚醛环氧树脂, 固化剂采用甲阶酚醛树脂或线性酚醛树脂, 这主要因为这种包封材料具有优良的快速生产性和价格相对便宜, 但是因其耐热性和吸湿性尚不能满足迅速发展的电子封装材料的需求, 因此国外不少厂家正在致力于新品种的开发, 有些品种已部分商品化。 一、环氧树脂适于包封材料的基本特性
环氧树脂适于电子电器包封材料的应用, 因其主要具备以下特性：
①由于环氧树脂与固化剂反应属于加成聚合, 一般来讲收缩率比较小, 没有副产物。
②具有优良的耐热性, 能满足一般电子电器绝缘材料的要求。 ③具有优良的密着性, 这是其它材料所不能比的。
④具有优良的电绝缘性能, 这也是不饱和聚酷树脂和酚醛树脂等一般热固性树脂达不到的。
⑤基于配方中固化剂和促进剂的选择,配方可千变万化, 从而具备各种不同的性能,以达到各种不同的要求。 二、半导体包封用的环氧树脂
现在商品化的环氧树脂品牌繁多, 但是经过研究筛选广泛用于半导体包封料的环氧树脂品种为邻甲酚酚醛环氧树脂ECN。这类树脂被开发后即投入了半导体包封料的应用研究, 经过了20多年的考核, 已确定作为半导体包封材料的主体地位的材料, 目前ECN专用的邻甲酚酚醛环氧树脂在日本已达到年产1.2万t。
随着高新技术的发展, 以及半导体技术自身的发展, 对半导体包封料不断提出新的要求, 原有材料很难满足, 因此新型环氧树脂不断被开发, 新品种不断出现。在新开发的环氧树脂中, 有的品种已部分取代邻甲酚酚醛环氧树脂, 开始应用, 但是存在价格和成型性等方面的问题。从今后发展态势上看, 邻甲酚酚醛环氧树脂所占的比例有可能下降, 但是占据主流地位的这种格局不会改变。 三、半导体包封材料的技术动向
在半导体包封材料的发展变化中, 半导体组装技术的变化, 即由插脚插入型向表面实装型的转变, 被认为是半导体包封技术的第一次革命。
半导体包封的高密度实装化, 显著地提高了生产性, 但是至今这种实装方式, 由于缺乏经验, 常常发生焊接开裂现象。这种开裂不是指焊锡开裂, 而是在表面实装时, 吸湿的半导体封装件在经受高温锡焊溶时, 潮气水分子气化膨胀导致包封材料发生开裂。这种包封的工艺过程, 对包封材料主剂环氧树脂提出更高要求, 提高耐热性和低吸
水性, 邻甲酚酚醛环氧树脂已很难满足要求,因此新型环氧树脂正在开发研究, 以取代目前的邻甲酚酚醛环氧树脂。通过研究发现, 单
纯采用提高Tg型的环氧树脂, 虽然可以提高高温强度指标, 但是难以满足包封材料EMC成型性的要求, 而采用新开发的低熔融粘度型环氧树脂, 大幅提高无机填料填充率, 在满足EMC要求方面, 更为有效, 已占了重要位置。 四、半导体包封材料今后发展动向
因为高新技术日新月异, 不断发展, 对半导体应用技术不断促进, 所以对其环氧包封材料提出了更加苛刻的要求, 今后环氧树脂半导体包封材料出现主要向以下四个方面发展的动向。
1、适宜于表面实装化的高性能化和低价格化
上面已经提到这种倾向, 适应这种要求的新型环氧树脂不断出现。ECN等一般类型的环氧树脂属于无定形类树脂, 这类树脂是 没有明确的熔点、低熔融粘度低分子质量的树脂, 所以软化点也低, 对于传递成型的包封材料难以适用。与此相反, 结晶性
树脂, 因分子质量低, 熔融粘度低, 但熔点高, 由于具有优良的操作性, 适用于高流动性的包封材料。目前已经有的结晶性环氧树脂, 为了得到适用于包封材料的熔点范围, 多数接枝了柔软的分子链段, 但是成型性和耐热性难以满足包封材料的要求, 所以必须开发新的结晶性环氧树脂, 国外不少厂家目前正在致力于这项工作。
2、适宜倒装实装型的包封材料
最近随着电子工业的发展, 作为提高高密度实装方法, 即所谓裸管芯实装引起人们的高度重视。这种方法不用引线连接, 采用芯片表面格子型接端, 直接与基板相结合, 与以前的裸管芯倒装装备方法相比, 高密度程序更加提高。在裸管芯倒装法实装中, 为了保护芯片,
防止外界环境的污染, 采用液体包封材料。现在国外采用具有蔡环结构的新型环氧树脂。
3、要求开发高散热性的包封材料
随着电子仪器的发展, 要求消费电力高的器件增加, 因此包封材料散热性的课题已提出, 因为环氧树脂属于有机高分子材料, 基于分子结构的不同, 热传导性的改善受到局限, 因此从引线框架的金属材料着手, 提出采用“ 铜合金, 因为有比较高的热传导率,铜合金引线框架表面有一层氧化膜, 因此要求包封材料与其有良好的粘接密着性。国外有些厂家正在研究开发, 通过引入链段, 提高范德瓦尔引力, 以提高环氧树脂与铜框架的引力。
环氧树脂在电子领域应用不断深入, 不断提高, 环氧树脂在其它领域的应用也在不断发展, 而且新的应用领域不断出现, 正是这些最活跃的因素, 不断推动着环氧树脂新品种不断涌现, 应用技术不断深入、完善和提高。这个过程要不停止地进行下去, 这正是环氧树脂生命力之所在。
参考文献：
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