CN101857789B

CN101857789B - 光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶及其制备方法

Info

Publication number: CN101857789B
Application number: CN 201010185684
Authority: CN
Inventors: 贺英; 裴昌龙; 宋继中; 朱棣; 陈杰; 王均安
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: CN101857789A

Abstract

本发明涉及一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶及其制备方法。该杂化胶使用时基体树脂、固化剂及其余组分的混合组成和质量百分含量为：改性环氧倍半硅氧烷(12％～18％)，其结构式为：其中R为或双酚A型环氧树脂(36％～42％)，聚酰胺(30％～38％)，N，N-二氨基二苯基甲烷(5％～10％)，三乙胺(0.5％～1.5％)。本发明所合成的环氧倍半硅氧烷的分子量高，最大数均分子量达到1.1×10⁶，重均分子量达到1.21×10⁶。制备的胶兼具环氧倍半硅氧烷与环氧树脂的优点，耐热、耐寒、耐腐蚀，以及粘接性能高、固化收缩率小、电性能好，达到光电器件的封装要求，而且制备过程工艺简单，易于操作。具有耐热性好、耐紫外辐射、耐化学品腐蚀和力学性能优异。

Description

光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光电器件封装用杂化胶及其制备方法，特别是一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶及其制备方法。

背景技术

随着电子集成技术和印刷电路板技术的发展，电子组装的密度大幅提高，电子元器件在成千上万倍地缩小，同时运算速度也越来越快。在这种高频工作频率下，半导体的工作热环境向高温方向迅速移动；此时，电子元器件产生的热量迅速积累、增加。温度升高可能是导致材料电绝缘性能、机械性能等下降以及电子元器件寿命降低的重要原因，因此要使电子元器件能高可靠性地正常工作，封装材料的耐热性能的好坏成为其使用寿命的关键因素。

传统的环氧胶满足不了固化后使用要求，其固化后存在内应力大、质脆，耐疲劳性、耐热性、耐冲击性差等不足，以及剥离强度低和耐湿热性较差等缺点，加之表面能高，在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用，而有机硅树脂具有防锈、耐寒、耐腐蚀、耐辐射、耐臭氧等性能而备受关注，但单纯的有机硅封装胶的粘结强度低、机械性能差以及生产成本较高，难以满足光电器件封装的应用要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种光电器件封装用的环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶。

本发明的目的之二在于提供该杂化胶的制备方法。

为达到上述目的，本发明的机理为：采用水解法制备出环氧倍半硅氧烷，并对其进行改性，在所制备的改性环氧倍半硅氧烷中加入双酚A型环氧树脂、促进剂三乙胺，搅拌均匀后成为光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂胶的A组分，使用时A组分与作为B组分的固化剂聚酰胺、N，N-二氨基二苯基甲烷，混合后在一定温度下进行固化即可。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶，为A、B双组份的杂化胶，其特征在于所述的A组分的组成和质量百分含量为：

改性环氧倍半硅氧烷 12％～18％，其结构式为：

其中R为

和

双酚A型环氧树脂 36％～42％，

三乙胺 0.5％～1.5％；

所述的B组分为固化剂聚酰胺和N，N-二氨基二苯基甲烷，其用量分别为A组分总质量的30％～38％和5％～10％。

上述的聚酰胺的重均分子量为：9.0×10²～1.8×10³。

一种制备上述的光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.改性环氧倍半硅氧烷的合成：将有机溶剂四氢呋喃、γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和去离子水按0.28∶1∶(0.2～0.4)的体积比混合均匀；缓慢滴加甲酸催化剂，其与γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷体积比为1∶(0.42～0.39)，升温至60～85℃，搅拌反应6～10小时；减压除去水后，加入四氢呋喃，且四氢呋喃与γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷体积比为1∶(0.15～0.2)，继续搅拌反应2～5小时；减压去除水与溶剂，获得环氧倍半硅氧烷；再加入三甲基氯硅烷，三甲基氯硅烷与环氧硅氧烷的体积比为(0.005～0.1)∶1，混合均匀后得到改性的环氧倍半硅氧烷，其结构式为；

其中R为

和

所述的γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的结构式为：

所述的三甲基氯硅烷的结构式为：

b.光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的制备：将改性环氧倍半硅氧烷与双酚A型环氧树脂按在45℃下搅拌5分钟；加入固化剂促进剂三乙胺；混合均匀后，即得到光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的A组分；

c.该光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的B组分为聚酰胺和N，N-二氨基二苯基甲烷，其用量分别为A组分总质量30％～38％和5％～10％。

上述的制备改性环氧倍半硅氧烷的反应机理为：

式中R为

和其中

来自γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，

来自三甲基氯硅烷；这两种取代基在终产物改性环氧倍半硅氧烷的结构中随机出现。

本发明通过合成高分子量的改性环氧倍半硅氧烷，并采用聚酰胺与芳胺的复合固化剂将此改性后的环氧倍半硅氧烷引入环氧链段中，使得改性后的环氧倍半硅氧烷和环氧树脂封装材料兼具环氧树脂和有机硅杂化树脂的优异性能，并提高了杂化胶的粘结强度与断裂伸长率，达到光电器件的封装要求。所合成的环氧倍半硅氧烷的分子量高，最大数均分子量达到1.1×10⁶，重均分子量达到1.21×10⁶。制备的胶兼具环氧倍半硅氧烷与环氧树脂的优点，耐热、耐寒、耐腐蚀、耐腐蚀，以及粘接性能高、固化收缩率小、电性能好，达到光电器件的封装要求，而且制备过程工艺简单，易于操作。具有耐热性好、耐紫外辐射、耐化学品腐蚀和力学性能优异的。

具体实施方法

实施例一：

1、环氧倍半硅氧烷的合成：

a)在反应装置中加入有机溶剂四氢呋喃10mL和有机硅氧烷γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷25mL以及去离子水5mL。

b)缓慢滴加甲酸催化剂11mL，升温至65℃，搅拌反应6h。

c)减压除去水后，加入5mL四氢呋喃，体系继续反应2h。

d)减压去除水与溶剂，获得环氧倍半硅氧烷。

e)加入三甲基氯硅烷，其与环氧硅氧烷的体积比为0.01∶1。

2、光电封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的制备：

a)称取1.0g上述所制产物和1.0g双酚A环氧树脂，在45℃下混合均匀。

b)加入三乙胺0.02g，混合均匀。

c)加入低分子聚酰胺0.9g和N，N-二氨基二苯基甲烷0.1g，混合均匀。

d)将上述的制好的试样在一定的温度下固化，其固化温度为60℃，固化时间为4h。

本实施例制备的光电器件封装用改性环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的剪切强度为9.36MPa，断裂伸长率为1.32％。

实施例二：

1、环氧倍半硅氧烷的合成：

a)在反应装置中加入有机溶剂四氢呋喃15mL和有机硅氧烷γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷28mL以及去离子水7mL。

b)缓慢滴加甲酸催化剂13mL，升温至65℃，搅拌反应6h。

c)减压除去水后，加入6mL有机溶剂四氢呋喃，体系继续反应2h。

d)减压去除水与溶剂，获得环氧倍半硅氧烷。

e)加入三甲基氯硅烷，其与环氧硅氧烷的体积比为0.01∶1。

2、光电封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的制备：

a)称取0.4g上述所制产物和0.6g双酚A环氧树脂，在45℃下混合均匀。

b)加入三乙胺0.015g，混合均匀。

c)加入低分子聚酰胺0.5g和N，N-二氨基二苯基甲烷0.06g，混合均匀。

d)将上述制好的试样在一定的温度下固化，其固化温度为60℃，固化时间为4h。

本实施例制备的光电器件封装用改性环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的剪切强度为11.12MPa，断裂伸长率为1.68％。

实施例三：

1、环氧倍半硅氧烷的合成：

a)在反应装置中加入有机溶剂四氢呋喃22mL和有机硅氧烷γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷34.86mL以及去离子水11.31mL。

b)缓慢滴加甲酸催化剂14.5mL，升温至80℃，搅拌反应6h。

c)减压除去水后，加入8mL有机溶剂四氢呋喃，体系继续反应6h。

d)减压去除水与溶剂，获得环氧倍半硅氧烷。

e)加入三甲基氯硅烷，其与环氧硅氧烷的体积比为0.01∶1。

2、光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的制备：

a)称取0.3g上述所制产物和0.7g双酚A环氧树脂，在45℃下混合均匀。

b)加入三乙胺0.02g，混合均匀。

c)加入低分子聚酰胺0.6g和N，N-二氨基二苯基甲烷0.15g，混合均匀。

d)将上述的制好的试样在60℃下固化，固化时间为2h。然后升温至135℃固化时间为2h。

本实施例制备的光电器件封装用的改性环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的剪切强度为14.59MPa，断裂伸长率为2.07％。

Claims

1.一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶，为A、B双组份的杂化胶，其特征在于所述的A组分的组成和质量为：

改性环氧倍半硅氧烷 1g，其结构式为：

Figure 2010101856849100001DEST_PATH_IMAGE001

其中R为和，

双酚A型环氧树脂 1g，

三乙胺 0.02g；

所述的B组分为固化剂聚酰胺和N,N-二氨基二苯基甲烷，其用量分别为0.9g和0.1g。

2.一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶，为A、B双组份的杂化胶，其特征在于所述的A组分的组成和质量为：

改性环氧倍半硅氧烷 0.3g，其结构式为：

其中R为

和

，

双酚A型环氧树脂 0.7g，

三乙胺 0.02g；

所述的B组分为固化剂聚酰胺和N,N-二氨基二苯基甲烷，其用量分别为0.6g和0.15g。

3.一种光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶，为A、B双组份的杂化胶，其特征在于所述的A组分的组成和质量为：

改性环氧倍半硅氧烷 0.4g，其结构式为：

其中R为和，

双酚A型环氧树脂 0.6g，

三乙胺 0.015g；

所述的B组分为固化剂聚酰胺和N,N-二氨基二苯基甲烷，其用量分别为0.5g和0.06g。

4.根据权利要求1、2或3所述的光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶，其特征在于所述的聚酰胺的重均分子量为：9.0×10² ~1.8×10³。

5.一种制备根据权利要求1、2或3所述的光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 改性环氧倍半硅氧烷的合成：将有机溶剂四氢呋喃、γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷和去离子水按0.28 : 1 : (0.2~0.4) 的体积比混合均匀；缓慢滴加甲酸催化剂，其与γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷体积比为1: (0.42 ~ 0.39)，升温至60~85 ℃，搅拌反应6~10小时；减压除去水后，加入四氢呋喃，且四氢呋喃与γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷体积比为1 : (0.15 ~ 0.2)，继续搅拌反应2~5小时；减压去除水与溶剂，获得环氧倍半硅氧烷；再加入三甲基氯硅烷，三甲基氯硅烷与环氧硅氧烷的体积比为(0.005 ~ 0.1) : 1，混合均匀后得到改性的环氧倍半硅氧烷，其结构式为；

其中R为

和

所述的γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷的结构式为：

；

所述的三甲基氯硅烷的结构式为：；

b. 光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的制备：将改性环氧倍半硅氧烷与双酚A型环氧树脂按在45 ℃下搅拌5分钟；加入促进剂三乙胺；混合均匀后，即得到光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的A组分；

c.该光电器件封装用环氧倍半硅氧烷/环氧树脂杂化胶的B组分为固化剂聚酰胺和N,N-二氨基二苯基甲烷。