1、环氧树脂对环氧模塑料(EMC)的性能影响分析陈昭，吴娟，黄道生(汉高华威电子有限公司，连云港 江苏 222006)摘要：在环氧模塑料中，环氧树脂是环氧模塑料的基体树脂，也是环氧模塑料的主要原材料，起着将其他组分交联结合到一起的重要作用。具有粘合性高、固化收缩率小、耐化学介质稳定性好、电绝缘性优良、工艺性能良好等特点。因此环氧树脂类型的选择及其性能对环氧模塑料的性能都有很大的影响。本文主要探讨了不同结构环氧树脂对环氧模塑料的粘接性、稳定性、收缩率、 电性能及机械性能等性能的影响.关键词：环氧树脂 环氧模塑料(EMC) 性能 影响Influence of Epoxy Resin on the Pr
2、operties of EMCChen Zhao，Wu Juan，Huang Daosheng（Henkel Huawei Electronics Co., Ltd, Lianyungang Jiangsu 222006）Abstract: Epoxy resin is the main raw material in the formulation of epoxy molding compound (EMC), and plays a role of cross linkage for all components of EMC. High cross linkage,low molded
3、 shrinkage, high stability of chemical resistant, excellent insulation and workability are the main properties of epoxy resin, and these properties also fit in with the properties of EMC. In this paper, mainly introduce the influence of the different struction of epoxy resin on EMC. Key Words: Epoxy
4、 Resin Epoxy Molding Compound(EMC) Properties Influence1 前言随着微电子封装技术的迅速发展，作为主要的电子封装材料环 氧 模 塑 料（ EMC） 也得到了快速发展。因其具有低成本和高生产效率等优点，目前已经约占封装市场的 90以上。环氧树脂作为环氧模塑料的基体材料，环氧树脂的选择方案及其性能对环氧模塑料的性能有着非常重要的影响，对环氧模塑料的综合性能起着决定性作用。 2 EMC 用环氧树脂的分类环氧树脂的种类很多，但是能用于生产环 氧 模 塑 料 的 环氧树脂是比较有限的。目前常用的环氧树脂有以下几种类型：双酚A型环氧树脂、邻甲酚型环氧树
5、脂、联苯型环氧树脂、多官能团型环氧树脂，荼型和改性环氧树脂等。结构见图1。邻甲酚型双酚A型多官能团型联苯型萘型图1 不同结构的环氧树脂环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂 ，加上填料、促进剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂及其它微量组分，按一定的比例经过特定的工艺加工而成的。环氧树脂的种类和它所占比例的不同，直接影响着环氧模塑料各种特性。比如：粘度、热膨胀系数、溢料性、热导率、吸水率等。不同结构的树脂对EMC性能的影响也不同，各种结构的树脂对环氧模塑料性能影响见表1。表1 不同结构环氧树脂对EMC性能影响代号 环氧树脂 影 响A 邻甲酚型 热稳定性和化学稳定性B 双酚 A 型 低收缩性
6、和低挥发成份C 多官能团型 高稳定性、固化性和 TgD 联苯型 粘度、高填充性E 荼型 高 Tg 、高耐热性能3 环氧树脂的特点和作用（1）高粘合性（胶接强度高）：这是因为，（a）羟基和醚键等强极性基团使环氧分子和相邻界面间产生较强的粘附力；（b）环氧基与含活泼氢的金属表面反应生成强化学键。（2）固化收缩率小：由于环氧树脂与固化剂反应属于加成聚合，一般来讲收缩率较小，没有什么副产物，因而材料内部的应力较小，而且避免了气泡空洞的产生。（3）耐化学介质稳定性好：在固化体系中的醚基、苯环和脂肪羟基不易受酸碱侵蚀。（4）电绝缘性优良。 （5）工艺性能良好、制品尺寸稳定、耐性良好和吸水率低。EMC从本质
7、上说是一种非气密性封装。树脂是高分子材料，其分子间距为50-200nm，这种间距大得足以让水分子渗透过去。水分子进入半导体的途径有两条：从树脂本身渗透过去到达芯片；从树脂和引线框架的界面出侵入而到达芯片在水存在的条件下，塑封料中若含有离子杂质等，则会由于电化学反应而腐蚀芯片上的铝布线。4 环氧树脂对EMC性能的影响用它作环氧模塑料的胶粘剂主要目的是使EMC热膨胀系数、吸水率及成型收缩率低；耐热性、机械性能、介电性能及导热系数提高。环氧树脂在EMC中的含量虽然只有5-20，但它们的性能优劣对EMC的品质有着十分重要的影响。下面主要简单介绍环氧树脂影响EMC粘接性、稳定性、收缩率、 电性能及机械性
8、能原理。环氧树脂最通用的具有代表性的品种是双酚A二缩水甘油醚，通常称双酚A环氧树脂，从它的化学结构来分析具有以下特性：4.1 环氧树脂对EMC粘接性的影响环氧树脂的结构中具有羟基（ ）、醚键（-O-）、和活性极大的环氧基团（），它们使环氧树脂的分子和相邻界面产生电磁吸附或化学键，尤其是环氧基又能在固化剂作用下发生交联聚合反应生成三向网状结构的大分子，分子本身有了一定的内聚力。因此环氧树脂型胶粘剂粘结性特别强，对绝大多数的金属和非金属都具有良好的粘接性。用它为胶粘剂的环氧模塑料封装固化后，能使芯片、引线和和引线角牢牢的结合在一起。因此，环氧模塑料被称为“黑胶”。 可供半导体分立器件、功率器件、特
9、种器件、大规模和超大规模集成电路封装使用。4.2 环氧树脂对EMC稳定性的影响环氧树脂具有很好的稳定，只要不含有酸、碱、盐等杂质，是不易变质的。如果贮存得好（如低温5以下，密封、不受潮）可以有一年的使用寿命。它与固化剂及其他材料结合在一起生成的EMC也具有很好的稳定性。下面的存储试验就是对EMC稳定性的一个很好的说明。储存条件：恒温5；测试条件：室温醒料2h、温度1752；样品量15g，测试仪器：测试压机HB-121-75T型，模具螺旋流动金属模。用不同环氧树脂的EMC的流动长度的存储试验，见图20204060801001200day 2days 4days 6days 8days 10day
10、s 12days 14days 28days 90days 150days 210days 270days 330daysABCDE图 2 不同环氧树脂的 EMC 的储存曲线由上图可知，使用邻甲酚型环氧树脂、双酚 A 型环氧树脂、联苯型环氧树脂的环粘结性 耐腐蚀性粘结性耐热性及刚性耐热性及刚性耐腐蚀性粘结性氧模塑料的稳定性较好。由此可以为我们在针对某些稳定性要求较高的环氧模塑料的树脂材料的选择上提供依据。4.3 环氧树脂对 EMC 收缩率的影响环氧树脂的固化主要是依靠环氧基的开环加成聚合，因此固化过程中不产生低分子物；环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧树脂固化时派生的部分残留羟基，它们的氢键缔
11、合作用使分子排列紧密，因此环氧树脂的面化收缩率是热固性树脂中最低的品种，一般为 1%-2%。如果选用适当的填料可使收缩率降至 2%左右。表 2 为各种纯热固性树脂的固化收缩率。环氧树脂的固化收缩率低这一特性使加工制品尺寸稳定。内应力小，不易开裂。表 2 为各种纯热固性树脂的固化收缩率。树脂名称 固化收缩率（%）酚醛树脂 8 - 10聚酯树脂 4 - 6有机硅树脂 4 - 8环氧树脂 1 - 2环氧模塑料利用硅微粉作为填料，可得到固化收缩率更小的环氧模塑料。下面是汉高华威几种不同型号的EMC的固化收缩率，见表3表 3 不同型号的 EMC 的固化收缩率代号 型 号固化收缩率（ %）A KL-100
12、0 0.38B KL-4500 0.20C GR9810 0.01D KL-G680H 0.07E KL-G450H 0.074.4 环氧树脂对EMC电性能的影响固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性。环氧树脂代表性的电性能见表4.表 4 环氧树脂代表性的电性能项 目 数 据击穿电压 25Kv.mm 2 3550体积电阻率 25.cm 1（10 1310 15）介质常数（50Hz） 34损耗因数（50Hz）Kv.mm -10004 以下抗电弧s 100140也因环氧树脂的具有良好的电性能，是用它作为胶粘剂EMC同样具有良好的电性能。下面表5是汉高华威几个
13、产品EMC具有代表性的电性能。表 5 不同环氧树脂的 EMC 的电性能参数代号 型 号体积电阻率（25）250 voltsohm-cm x 1015介质常数（1MHz）A KL-1000 3.2 4.0B KL-4500 4.0 3.8C GR9810 3.2 3.8D KL-G680H 3.5 3.8E KL-G450H 3.5 4.04.5 环氧树脂对EMC机械性能的影响环氧模塑料用来封装芯片主要是起到保护和支撑作用，因此就要求其具有很好的机械性能。因固化后的环氧树脂具有很强的内聚力，而分子结构致密，它的机械强度是树脂中比较好的。表6未增强的环氧树脂浇注铸件性能。表 6 是未增强的环氧树脂
14、浇注铸件性能项 目 数 据拉伸强度/MPa 45 70弯曲强度/MPa 80 120压缩强度/MPa 85 170杨氏弹性模量/MPa 22000 - 35000冲击强度/Pa 95 200相对密度 1.10 1.20下面表7是汉高华威几个产品EMC具有代表性的机械性能。表 7 不同环氧树脂的 EMC 的机械能参数代号 型 号弯曲强度/MPa弯曲模量/MPaA KL-1000 135 13000B KL-4500 140 14500C GR9810 140 20000D KL-G680H 145 16000E KL-G450H 145 155005 结束语通过以上对相关环氧树脂的介绍以及相对应
15、的EMC的主要参数分析来看，结合实际应用，邻甲酚型，双酚A型环氧树脂的EMC主要可用于二极管和分离器件的封装，联苯型，多官能团和萘型环氧树脂可用于集成电路的封装。环氧树脂影响着EMC的综合性能。而现代封装行业正向着小型化，高集成方向发展，对环氧模塑料的综合性能要求也越老越高。因此环氧树脂的研究和开发也应向相应的方向发展，以达到环氧模塑料的应用要求。参考文献：1孙忠贤.电子化学品M.北京化学工业出版社，2001.2王德忠.环氧树脂生产与应用（第二版）. 北京化学工业出版社，2001.3王同霞.环氧树脂对环氧模塑料的性能影响分析与研究。集成电路应用200年第9期。4成兴明.环氧模塑料性能及其发展趋势，半导体技术2004年01期.5天津市合成材料工业研究所.环氧树脂与环氧化物.天津人民出版社，1974 6陈平，刘胜平.环氧树脂.化学工业出版社，1997 作者简介：陈 昭（ 1968- ） ，男，江苏徐州人，南京大学工程硕士，现任汉高华威电子有限公司质量部部长。吴 娟（ 1979- ） ，女，江苏连云港人，2003 年毕业于江苏工业学院，工学学士，南京大学工程硕士（在读） ，现工作于汉高华威电子有限公司，从事质量检测工作。黄道生（1981- ） ，男，江苏连云港人，南京大学工程硕士，现工作于汉高华威电子有限公司，
