隨著電子產(chǎn)業(yè)的日益繁榮,電子元器件封裝產(chǎn)業(yè)也快速發(fā)展,從而帶動塑封料等行業(yè)的發(fā)展。電子封裝可分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝三種,其中后兩種為氣密性封裝,主要用于航天、航空及軍事領(lǐng)域,而塑料封裝則廣泛用于民用領(lǐng)域。
由于采用塑料封裝方式成本低,又適用于大規(guī)模自動化生產(chǎn),近年來無論晶體管還是集成電路都已越來越多地采用塑料封裝,目前塑料封裝占集成電路和電子元器件封裝的90%以上?,塑料封裝所用的材料包括灌封膠、聚酰亞胺、環(huán)氧塑封料等,其吸水率、黏度等性能。其中環(huán)氧塑封料占90%~97%,而環(huán)氧塑封料中填充劑的含量占總重量的60%~90%。塑封料近幾年在中國發(fā)展很快,生產(chǎn)產(chǎn)量保持20%左右的增長速度。
環(huán)氧塑封料是以環(huán)氧樹脂為基體的復(fù)合材料,以酚醛樹脂為固化劑,填充60wt%-90wt%的填充劑和5wt%左右的其他添加劑混煉而成環(huán)氧塑封料常見的生產(chǎn)過程分三個階段,先預(yù)混合,然后混煉粉碎制備成環(huán)氧塑封料粉料,最后冷壓成型制備不同規(guī)格的餅料。理想狀態(tài)的環(huán)氧塑封料結(jié)構(gòu),填充劑大小均勻分布,硅粉的周圍均勻地浸潤環(huán)氧酚醛樹脂,并且環(huán)氧酚醛樹脂反應(yīng)達到理想的要求,其他小量添加劑完全分散其中。由于塑封料中60wt%一90wt%是填充劑,因此填充劑的種類、含量及性能都直接影響環(huán)氧塑封。
電子元器件和集成電路用環(huán)氧塑封料封裝成型收縮會導(dǎo)致封裝器件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力,將造成強度下降、耐熱沖擊差、老化開裂、空洞、鈍化和離層等各種缺陷,因此必須采用有效的手段降低這種內(nèi)應(yīng)力。環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)遠高于芯片、基板、框架和連線等材料,SiO,粉熱膨脹系數(shù)較小,因此可以通過添加填充劑含量來有效地降低塑封料熱膨脹系數(shù)。通過增加填充劑含量、降低熱膨脹系數(shù)可以有效減小熱應(yīng)力,但是增加填充劑含量的同時又會增加環(huán)氧塑封料的彈性模量,會增加熱應(yīng)力,因此常通過添加增韌劑降低模量來共同降低熱應(yīng)力。
增加塑封料的物理性能
填充劑可以有效地增加復(fù)合材料的強度、模量和硬度。另外填充劑還影響塑封料的線膨脹系數(shù)、體積電阻率,吸濕性等物理性能,填充劑對塑封料性能的影響。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T)和熱失重溫度常被用來分析材料的耐熱性。T越高則材料耐高溫性能越好;熱失重溫度越高,則材料熱穩(wěn)定性越好,在高溫環(huán)境中的使用壽命也越長。郎搏萬公司研究了熱塑性聚醚酰亞胺(PEI)/環(huán)氧樹脂共混體系的T在不同條件下的變化情況。在不同的固化溫度下,加入特性黏度不同的PEI都使體系中環(huán)氧富集相的T較純環(huán)氧體系更高;固化溫度相同時,PEI特性黏度越大則環(huán)氧富集相的T上升幅度越大。另外,聚酰胺酸(PAA)改性環(huán)氧樹脂體系失重50%的溫度達600℃,而800℃時的余重為24%。雙羥基鄰苯酰亞胺固化環(huán)氧樹脂的T達230℃,雙羥基或雙羧基鄰苯酰亞胺固化環(huán)氧樹脂體系熱穩(wěn)定溫度達370~380℃,其羧基當(dāng)量和環(huán)氧當(dāng)量比例適當(dāng)時,用以固化酚醛型環(huán)氧時,900℃殘留量高達41.3%。
力學(xué)性能
用橡膠和聚丙烯酸酯改性環(huán)氧樹脂,雖然也能提高其韌性,但并不能提高其熱性能,利用熱塑性聚酰亞胺可在不降低體系的玻璃化溫度、強度和硬度等優(yōu)點的情況下改善體系的韌性。
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