CN101033383A - 胶粘剂组合物 - Google Patents

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Abstract

用于各种电子应用中的胶粘剂。一种这样的胶粘剂是可B－阶段的胶粘剂，其提供与电子元件的优良粘合，所述电子元件例如包含各种材料的封盖和基板，所述材料包括液晶聚合物。该胶粘剂提供了潜伏期和在封盖和基板之间提供完全密封的能力，所述封盖和基板包括含有LCP的那些封盖和基板。所述胶粘剂包括溶剂、一种或多种固体环氧树脂、一种或多种潜硬化剂和一种或多种触变剂。

Description

胶粘剂组合物
技术领域
[0001]本发明涉及用在电子封装件中的胶粘剂。
背景技术
[0002]电子封装件在各种应用中经常使用胶粘剂。一种这样的常规应用是用于将封盖(lid)固定于基板的胶粘剂。所述封盖以提供接近真空密封的方式被用封盖密封胶粘剂(a lid seal adhesive)固定至基板，旨在保护位于所述封盖与基板之间空腔中的电子电路。粘结封盖与基板的方法一般包括将胶粘剂放置在待固定至基板的封盖的一部分上，之后将该封盖放置在基板上的期望位置上。然后通过机械力将封装件固定在一起，并加热以固化胶粘剂。
[0003]目前用于粘结封盖与基板的胶粘剂的类型包括膏状胶粘剂或液体胶粘剂和可B-阶段的胶粘剂。在涂敷至封盖上之后，膏状胶粘剂具有足够的触变性，使得胶粘剂不会流动或下沉(slump)，除非外部应力如机械夹紧被应用在胶粘剂上。膏状胶粘剂必须在施用于封盖后，立刻进行粘结。一旦暴露于热、光线或辐射，湿润的膏状胶粘剂在固化之后将从液体变为固体。可B-阶段胶粘剂通过两种不同的技术得以形成。形成可B-阶段胶粘剂的一种方法是形成具有溶剂、固体树脂和任何其它期望成分的溶液。在将湿润的膏应用于封盖之后，然后通常通过加热将溶剂去除，以形成分子量轻微增加或没有增加的固体无粘性B-阶段胶粘剂。形成可B-阶段胶粘剂的第二种方法是通过导致分子量增加的化学反应。分子量增加提高了胶粘剂的玻璃化转变温度，并且胶粘剂基质的流动性因此在室温下将得到限制。结果在室温下是固体或半固体无粘性胶粘剂。不管形成胶粘剂的方式如何，B-阶段化的胶粘剂都作为湿润的胶粘剂被应用于电子封装件如封盖和基板，并被转化为膜、片等形式的中间未反应的无粘性固态。在施加另外的热之后，该B-阶段化的胶粘剂被转化为最终的固化固态。一般而言，可B-阶段胶粘剂在室温下需要合理的潜伏期。此外，此类胶粘剂必须保持反应性，以使它们可以容易地进行加工、运输和贮存。有利地，反应性在增高温度下是快速的，以便缩短所需的生产时间。
[0004]可B-阶段胶粘剂为制造商提供很多优势。可B-阶段胶粘剂可以在一个地点被施用，而粘结/装配可以在第二个不同的地点进行。在不同地点进行加工的能力是大规模装配操作特别期望的，例如在外部进行其操作各阶段的OEM。在此神情况下，通过使次承包商将可B-阶段的胶粘剂预先施用到封盖上，然后将该封盖运送至处于准备粘结状态的OEM，OEM可以避免处理液体胶粘剂。
[0005]具有较长贮存期限的商业可得的胶粘剂在较高温度下需要长的固化时间，如一小时或更长，而在较低温度如170℃至180℃具有较短固化时间的胶粘剂具有相对短的贮存期限，通常基本在2个月以内。例如，在25℃具有两个月以上的贮存期限的商业可得的胶粘剂一般需要一个小时或以上的时间来固化。因此，提供在25℃具有长贮存期限、在低温下具有快速固化时间的胶粘剂将是有利的。
[0006]用于电子封装目的的封盖传统上是陶瓷制品，而基板传统上是金属。目前可得的封盖密封胶粘剂为此类材料提供了可接受的粘合。然而，封盖和基板，尤其对于无线和电力应用，日益由液晶聚合物(“LCP”)形成。LCP封装件为制造商提供了成本降低，而不危害封装件的电性能。由于LCP上的低表面能，LCP比金属或陶瓷制品更难于粘结，并且目前可得的封盖密封胶粘剂当用于LCP时不提供足够的密封。因此，提供具有与LCP之间优良粘合的封盖密封胶粘剂将是有利的。
附图说明
[0007]图1是具有胶粘剂的封装件封盖的透视图。
[0008]图2是固定于基板的封装件封盖的透视图。
发明内容
[0009]本发明涉及用在电子应用中的胶粘剂。一种这样的胶粘剂是可B-阶段胶粘剂，其提供与电子元件的优良粘合，所述电子元件如包含各种材料的封盖和基板，所述材料包括LCP。所述胶粘剂具有潜伏期和在封盖与基板之间提供完全密封的能力，所述封盖和基板包括LCP。所述胶粘剂包括溶剂、一种或多种固体环氧树脂、一种或多种潜硬化剂和一种或多种触变剂。
具体实施方式
[0010]本发明提供可B-阶段胶粘剂，其包括溶剂、一种或多种固体环氧树脂、一种或多种潜硬化剂和一种或多种触变剂。所述胶粘剂用于各种电子装配应用，包括封盖密封应用。本发明的胶粘剂提供了在25℃为两个月以上的贮存期限以及低温下的快速固化。胶粘剂的贮存期限被定义为胶粘剂可以在规定条件下贮存并且仍满足所规定的性能要求的最大时间。所述胶粘剂可以在大约170℃的温度下在10分钟以下的时间内固化，以及在大约180℃的温度下在5分钟以下的时间内固化。长贮存期限和在低温下快速固化的组合未被任何商业可得的胶粘剂提供。在B-阶段期间，湿胶粘剂(A-阶段)被施用于期望表面，然后以在该表面上形成无粘性涂层的方式进行B-阶段。在B-阶段过程之后，加热该部件，并且固化胶粘剂，在元件如封盖和基板之间形成粘结。
[0011]所述组合物的固体环氧树脂可以包括一种或多种增韧环氧树脂(flexibilized epoxies)，诸如环氧官能橡胶，包括但不限于环氧官能丁二烯、环氧官能硅氧烷、环氧官能丙烯酸橡胶、环氧官能丁腈橡胶、环氧-CTBN加合物、环氧-氨基甲酸乙酯加合物以及它们的混合物。这些物质是通过使过量的环氧化合物与官能化橡胶反应以产生加合物而产生的。一些商业可得的增韧环氧树脂包括商业供应自Reichold的EPOTUF、商业供应自Shell的EPON、商业供应自Dow的DER和商业供应自Huntsman的ARALDITE。
[0012]液体环氧组分可以和固体环氧组分一起被包括。适合用在本发明胶粘剂组合物中的液体环氧树脂的例子是那些可以被增韧的物质，包括双酚-A和双酚-F的单官能和多官能缩水甘油醚、脂族和芳族环氧树脂、饱和及不饱和环氧树脂或脂环系环氧树脂或其组合。
[0013]非缩水甘油醚环氧衍生物的例子包括3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己烷羧酸酯，其含有两个为环状结构一部分的环氧基以及酯键；乙烯基环己烯二酮，其含有两个环氧基，其中一个为环状结构的一部分；3，4-环氧-6-甲基环己基甲基-3，4-环氧环己烷羧酸酯和二氧化双环戊二烯。
[0014]在本发明中，缩水甘油醚环氧衍生物是优选的，或者单独使用，或者结合非缩水甘油醚环氧衍生物使用。优选的此种类型的环氧树脂是双酚A树脂。另一种优选的环氧树脂是双酚F型树脂。这些树脂一般通过一摩尔双酚F环氧树脂和两摩尔表氯醇的反应来制备。进一步优选的环氧树脂类型是环氧酚醛清漆树脂。环氧酚醛清漆树脂一般通过酚醛树脂和表氯醇的反应来制备。优选的环氧酚醛清漆树脂是苯基缩水甘油醚/甲醛共聚物。联苯型环氧树脂也可以被用在本发明中。此种类型的树脂通常通过联苯树脂与表氯醇反应而制备。双环戊二烯-苯酚环氧树脂、萘醛树脂、环氧官能丁二烯丙烯腈共聚物、环氧官能聚二甲基硅氧烷和它们的混合物是可以使用的另外类型的环氧树脂。商业可得的双酚-F型树脂来自新泽西Maple Shade的CVC SpecialtyChemicals，其名称为8230E，以及来自Performance Products LLC，名称为RSL1739。双酚-A型树脂以EPON 828、EPON 1001、EPON 1002商业供应自Resolution Technology，以及双酚-A和双酚-F的掺合物以名称ZX-1059供应自Nippon Chemical Company。也可以使用以XP71756.00商业得自Vantico的树脂。
[0015]为使溶液基方法能够产生可B-阶段胶粘剂，将固体环氧树脂掺合物在施用于基板之前溶解在溶剂中。优选地，所述溶剂将在B-阶段过程中蒸发。容易溶解环氧树脂、非活性的且具有范围在大约70℃至170℃的适当沸点的普通溶剂可以用于本应用。可以使用的溶剂的例子包括酮、酯、乙酸酯、醇、醚以及其它稳定且溶解组合物中的环氧和酚醛树脂的普通溶剂。优选的溶剂包括γ-丁内酯和丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)。
[0016]一种或多种潜硬化剂包括在胶粘剂组合物中。优选的潜硬化剂一般是固态的且包括咪唑。可以使用的咪唑包括但不限于非-N-取代的咪唑，如2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、2-苯基咪唑和咪唑。其它有用的咪唑组分包括烷基-取代的咪唑、N-取代的咪唑及它们的混合物。另外，可以使用包封的咪唑和其它包封的硬化剂。一种可接受的硬化剂是商业供应自Asahi Kasei的NOVACURE。
[0017]尽管系统的粘度可以用溶液基可B-阶段膏的溶剂调整，但粘度也可以用可B-阶段的、溶液型和化学促进(chemical advancement)型胶粘剂的稀释剂来调整。示例性活性稀释剂为缩水甘油醚，例如1，4-丁二醇二缩水甘油醚；乙烯基醚，例如亚乙基乙烯基醚(ethylene vinylether)；和乙烯基酯，例如亚乙基乙烯基酯(ethylene vinyl ester)；和丙烯酸酯，例如，甲基丙烯酸甲酯；对-叔丁基-苯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、甘油二环氧甘油醚(glycerol diblycidyl ether)、烷基酚的缩水甘油醚(以Cardolite NC513商业供应自Cardolite Corporation)和丁二醇二环氧甘油醚(Butanediodiglycidylether)(以BDGE商业供应自Aldrich)，尽管可以使用其它稀释剂。
[0018]所述胶粘剂可以包括一种或多种触变剂。可以使用多种触变剂，包括但不限于二氧化硅、火成二氧化硅、矿物填料、陶瓷填料、金属填料以及其它本领域普通技术人员已知的常规触变胶。另外，也可以根据需要加入表面活性剂、偶联剂、脱气剂、流动添加剂、助粘剂和其它成分。如果需要，也可以加入导电填料以减少所述胶粘剂的体积电阻率。示例性导电填料包括但不限于银、铜、金、钯、铂、镍、镀金镍或镀银镍、炭黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡(indium tin oxide)、镀银铜、镀银铝、涂金属玻璃球、涂金属填料、涂金属聚合物、涂银纤维、涂银球、锑掺杂的氧化锡、导电纳米球、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、碳纳米管及其混合物。此外，可以根据需要加入非传导性填料，以减小所述胶粘剂的热膨胀系数。示例性非传导性填料包括二氧化硅、氧化铝、粘土及其混合物。
[0019]本发明的胶粘剂组合物含有约50wt.％至约90wt.％的环氧化合物；约30wt.％至约50wt.％的溶剂；约0.1wt.％至约10wt.％的触变剂；和约2wt.％至约20wt.％的潜硬化剂；总计100wt.％。优选地，所述胶粘剂组合物包括约65wt.％至约85wt.％的环氧化合物；约35wt.％至约45wt.％的溶剂；约0.2wt.％至约10wt.％的触变剂；和约5wt.％至约15wt.％的潜硬化剂。
[0020]本发明的胶粘剂可以用于任何期望的应用，特别是涉及电子元件装配的应用。优选的应用是将封盖连接至基板。封装件封盖被用于覆封和保护固定至基板的易碎、敏感的电子元件。如图1所示，封装件封盖10具有围绕在封盖开口周边的边11。本发明的胶粘剂可以以粘性液体或无粘性可B-阶段形式被施用于所有或部分边。在电子元件装配过程中，如图2所示，封盖10被放置在基板20上的期望位置，以使边11与该基板直接接触。热、紫外光和/或压力被施用于部件上，以使所述胶粘剂固化而形成与外界隔绝密封的封装件，其保护包含在其中的电子元件。在胶粘剂作为可B-阶段胶粘剂应用的情况下，封装件封盖可以在装配进行之前被运送或贮存。本发明的胶粘剂是非传导性的，并为包括液晶聚合物在内的多种表面提供了耐化学性、柔韧性和优良粘合的优势。
[0021]在不违背本发明的精神和范围的条件下，可以对本发明作出许多修改和变化，这对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。本文所述的具体实施方案仅以实施例的方式提供，并且本发明仅通过所附权利要求以及这样的权利要求所授权的等效物的全部范围来加以限定。

Claims (26)

1.用于电子元件中的胶粘剂，其包括一种或多种固体环氧树脂、一种或多种潜硬化剂、一种或多种触变剂和一种或多种溶剂。
2.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种固体环氧树脂的至少一种是增韧环氧树脂。
3.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种固体环氧树脂选自环氧官能丁二烯、环氧官能硅氧烷、环氧官能丙烯酸橡胶、环氧官能丁腈橡胶、环氧-CTBN加合物、环氧-氨基甲酸乙酯加合物以及它们的混合物。
4.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种潜硬化剂包括一种或多种咪唑。
5.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种潜硬化剂是微囊包封的。
6.权利要求4所述的胶粘剂，其中所述一种或多种咪唑选自非-N-取代的咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基-咪唑、2-苯基咪唑、烷基-取代的咪唑、N-取代的咪唑及它们的混合物。
7.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种溶剂选自酮、酯、醇、醚、γ-丁内酯、乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯以及它们的混合物。
8.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述一种或多种触变剂选自无机填料、金属填料、有机触变胶以及它们的混合物。
9.权利要求1所述的胶粘剂，还包括液体环氧组分。
10.权利要求1所述的胶粘剂，还包括稀释剂、表面活性剂、偶联剂、脱气剂、流动添加剂、助粘剂以及它们的混合物中一种或多种。
11.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂能够作为可B-阶段的无粘性组合物应用于元件。
12.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂包括约50wt.％至约90wt.％的环氧树脂。
13.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂包括约30wt.％至约50wt.％的溶剂。
14.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂包括约2wt.％至约20wt.％的潜硬化剂。
15.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂包括约0.1wt.％至约10wt.％的触变剂。
16.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂在范围为约170℃的温度下在约10分钟以下的时间内固化。
17.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂在范围为约180℃的温度下在约5分钟以下的时间内固化。
18.权利要求11所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂在被施用于所述元件之后在25℃下具有两个月以上的贮存期限。
19.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂粘附于液晶聚合物表面。
20.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂还包括一种或多种导电填料。
21.权利要求1所述的胶粘剂，其中所述胶粘剂还包括一种或多种非传导性填料。
22.在电子装配中将封盖密封到基板上的方法，包括将权利要求1所述的胶粘剂施用于所述封盖并使所述封盖与所述基板接触的步骤。
23.权利要求22所述的方法，包括将热和/或压力应用于所述封盖和基板的进一步的步骤。
24.在电子装配中将封盖密封到液晶聚合物基板上的方法，包括将权利要求1所述的胶粘剂施用于所述封盖并使所述封盖与所述基板接触的步骤。
25.权利要求24所述的方法，包括将热和/或压力应用于所述封盖和基板的进一步的步骤。
26.一种电子器件，其具有权利要求1所述的胶粘剂。
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