納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子器件封裝材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子 器件封裝材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微電子集成電路以及大功率整流器件中，密集的無數(shù)微小尺寸的元件產(chǎn)生大量 熱量，因芯片與封裝材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹配而引起的熱應(yīng)力疲勞以及散熱性能不佳 而導(dǎo)致的芯片過熱已成為微電子電路和器件的主要失效形式。電子元件的封裝成為了制約 系統(tǒng)性能的瓶頸問題。據(jù)估計(jì)，30%的芯片計(jì)算能力受到封裝材料的限制，其影響已變得 和芯片同等重要。所謂封裝是指用基片、底板、外殼來支撐和保護(hù)半導(dǎo)體芯片和電子電路， 同時(shí)起到散熱和/或?qū)щ姷淖饔谩ｋ娮臃庋b材料作為一種底座電子元件，用于承載電子元 器件及其相互聯(lián)線，因此封裝材料必須和置于其上的元器件在電學(xué)、物理、化學(xué)性質(zhì)方面 保持良好的匹配。塑料電子封裝材料主要以環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅為主，其次為有機(jī)硅環(huán)氧、聚 酞亞胺和液晶聚合物等。環(huán)氧樹脂價(jià)格便宜、成型工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)、可靠性也較 高，因此近來發(fā)展很快。目前國外半導(dǎo)體器件封裝80~90%由環(huán)氧樹脂材料所代替，尤其 消費(fèi)類電子產(chǎn)品的器件封裝幾乎全部采用塑料封裝，其發(fā)展前景十分看好。
[0003] 環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的耐熱性、電絕緣性、密著性、介電性及較小的收縮率，廣泛用 作電子器件和集成電路的封裝材料。隨著全球環(huán)境保護(hù)呼聲的日益高漲以及集成電路工業(yè) 對于電子封裝材料性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂面臨著巨大的挑戰(zhàn)。電子封裝材 料中鹵素阻燃劑和封裝工藝中含鉛焊料的禁用，對于環(huán)氧樹脂提出了更高的要求。為滿足 電子封裝發(fā)展的需要，科研人員做了大量的工作，研制出了多種新型電子封裝用環(huán)氧樹 脂。
[0004] 環(huán)氧樹脂易于燃燒，使用過程中通常要加入阻燃劑。目前所使用的阻燃劑絕大多 數(shù)是鹵素衍生物或含銻阻燃劑等。鹵素阻燃劑的使用存在很多問題：（1)燃燒時(shí)會產(chǎn)生對 危害人體和環(huán)境的有毒氣體，嚴(yán)重影響人類的身體健康；（2)處理或回收這些含鹵廢料相 當(dāng)困難。因此，含鹵阻燃劑的使用受到了很大限制。歐盟已經(jīng)立法禁止含鹵阻燃劑的使用。 如何實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂的"綠色"阻燃成為人們普遍關(guān)注的一個(gè)問題。有機(jī)硅熱穩(wěn)定性好、柔韌 性大，在電子封裝環(huán)氧樹脂中引入有機(jī)硅鏈段，既可提高耐熱性，又增強(qiáng)了其韌性，是國 內(nèi)外電子封裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。另一個(gè)誘人之處在于聚合物具有優(yōu)良的阻燃特性。當(dāng)燃燒 時(shí)，含硅基團(tuán)的低表面能致使其迀移到環(huán)氧樹脂的表面，形成耐熱保護(hù)層，從而避免聚合 物發(fā)生進(jìn)一步的熱降解。因此硅被認(rèn)為是"環(huán)境友好型"阻燃劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料及其制備方法，采用納米 硅配合相應(yīng)添加劑對環(huán)氧樹脂改性，提高了樹脂固化物的交聯(lián)密度，既增韌樹脂，又提高 其耐熱、耐沖擊等性能，還提高了封裝材料的耐熱性，降低了吸水率。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：環(huán)氧樹脂 40~60份，納米硅10~20份，氨基硅油3~8份，聚硅氧烷3~5份，聚四氟乙烯5~10份，丙 烯酸丁酯1〇~15份，壬基酚聚氧乙烯醚1~5份，鄰苯二甲酸二辛酯1~3份，甲基異丁基酮 0. 5~2. 5份，石蠟1~1.8份，三羥甲基丙烷1.5~2. 3份，固化劑10~18份。
[0007] 所述環(huán)氧樹脂為E44或者E51。
[0008] 所述固化劑為二苯酚二苯或者過氧化苯甲酰。
[0009] 所述納米硅的直徑為1~4納米。
[0010] 組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：環(huán)氧樹脂50份，納米硅15份，氨基硅油6份，聚硅 氧烷4份，聚四氟乙烯7.5份，丙烯酸丁酯12.5份，壬基酚聚氧乙烯醚3份，鄰苯二甲酸 二辛酯2份，甲基異丁基酮1.5份，石蠟1.2份，三羥甲基丙烷1.9份，固化劑14份。
[0011] 所述納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料的制備方法，包括如下步驟： 1)將納米硅與甲基異丁基酮和三羥甲基丙烷混合，超聲波處理20~60min，得分散的納 米相；2)將步驟1)分散的納米相、環(huán)氧樹脂以及剩余組分混合均勻，加入到平板硫化機(jī)上 模壓成型，制得納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料；其中制備工藝參數(shù)為：預(yù)固化溫 度60~80°C，模壓壓力1~5MPa，溫度90~100°C保壓20~40min，隨模具緩慢冷卻，當(dāng)溫度 降到30~50°C時(shí)轉(zhuǎn)入干燥箱，95~110°C退火1~3小時(shí)繼續(xù)固化、去應(yīng)力，自然冷卻至室溫。
[0012] 步驟1)中超聲波處理時(shí)間為40min，超聲頻率為120Hz。
[0013] 步驟2)中制備工藝參數(shù)為：預(yù)固化溫度70°C，模壓壓力3MPa，溫度100°C保壓 30min，隨模具緩慢冷卻，當(dāng)溫度降到40°C時(shí)轉(zhuǎn)入干燥箱，95°C退火2小時(shí)繼續(xù)固化、去應(yīng) 力，自然冷卻至室溫。
[0014] 有益效果：本發(fā)明提供一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料及其制備方 法，采用納米硅配合相應(yīng)添加劑對環(huán)氧樹脂改性，提高了樹脂固化物的交聯(lián)密度，既增韌樹 脂，又提高其耐熱、耐沖擊等性能，還提高了封裝材料的耐熱性，降低了吸水率。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下實(shí)施例中所采用的納米硅的直徑為2納米。
[0016] 實(shí)施例1 一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：環(huán)氧樹脂E44 40份，納米硅10份，氨基硅油3份，聚硅氧烷3份，聚四氟乙烯5份，丙烯酸丁酯10 份，壬基酚聚氧乙烯醚1份，鄰苯二甲酸二辛酯1份，甲基異丁基酮0.5份，石蠟1份，三 羥甲基丙烷1.5份，固化劑二苯酚二苯10份。
[0017] 制備方法，包括如下步驟： 1) 將納米硅與甲基異丁基酮和三羥甲基丙烷混合，超聲波處理40min，超聲頻率為 120Hz，得分散的納米相； 2) 將步驟1)分散的納米相、環(huán)氧樹脂以及剩余組分混合均勻，加入到平板硫化機(jī) 上模壓成型，制得納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料；制備工藝參數(shù)為：預(yù)固化溫度 70°C，模壓壓力3MPa，溫度100°C保壓30min，隨模具緩慢冷卻，當(dāng)溫度降到40°C時(shí)轉(zhuǎn)入 干燥箱，95°C退火2小時(shí)繼續(xù)固化、去應(yīng)力，自然冷卻至室溫。
[0018] 實(shí)施例2 一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：環(huán)氧樹脂E51 60份，納米硅20份，氨基硅油8份，聚硅氧烷5份，聚四氟乙烯10份，丙烯酸丁酯15 份，壬基酚聚氧乙烯醚5份，鄰苯二甲酸二辛酯3份，甲基異丁基酮2. 5份，石蠟1.8份，三 羥甲基丙烷2. 3份，固化劑過氧化苯甲酰18份。
[0019] 制備方法，包括如下步驟： 1) 將納米硅與甲基異丁基酮和三羥甲基丙烷混合，超聲波處理40min，超聲頻率為 120Hz，得分散的納米相； 2) 將步驟1)分散的納米相、環(huán)氧樹脂以及剩余組分混合均勻，加入到平板硫化機(jī) 上模壓成型，制得納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料；制備工藝參數(shù)為：預(yù)固化溫度 70°C，模壓壓力3MPa，溫度100°C保壓30min，隨模具緩慢冷卻，當(dāng)溫度降到40°C時(shí)轉(zhuǎn)入 干燥箱，95°C退火2小時(shí)繼續(xù)固化、去應(yīng)力，自然冷卻至室溫。
[0020] 實(shí)施例3 一種納米硅改性環(huán)氧樹脂電子器件封裝材料，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：環(huán)氧樹脂E44 45份，納米硅12份，氨基硅油5份，聚硅氧烷4份，聚四氟乙烯7份，丙烯酸丁酯12 份，壬基酚聚氧乙烯醚2份，鄰苯二甲酸二辛酯1份，甲基異丁基酮0.8份，石蠟1.3份，三 羥甲基丙烷1.9份，固化劑二苯酚二苯12份。
[0021] 制備方法，包括如下步驟： 1) 將納米硅與甲基異丁基酮和三羥甲基丙烷混合，超聲波處理40