CN103421279A

CN103421279A - 一种电子封装用环氧树脂组合物及其制备方法

Info

Publication number: CN103421279A
Application number: CN2012101592591A
Authority: CN
Inventors: 丁全青; 谢广超
Original assignee: Hysol Huawei Electronics Co Ltd
Current assignee: Huawei Huawei Electronic Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: CN103421279B

Abstract

本发明公开了一种具有高导热系数的环氧树脂组合物及其制备方法。所述的环氧树脂组合物包括环氧树脂、酚醛树脂和填料，还可以包括各种添加剂如阻燃剂、偶联剂、脱膜剂和着色剂中的一种或多种。通过选用结晶型二氧化硅，氧化铝和碳化硅作为填料并调节各种填料之间的质量份数和粒径大小，固化后的环氧树脂组合物具有不低于2.7W/m·k的导热系数，适用于大功率全包封电子器件。

Description

一种电子封装用环氧树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于电子封装用材料的技术领域，具体涉及一种具有高导热性能的环氧树脂组合物及其制备方法。

背景技术

环氧模塑料用于半导体封装，该封装材料需具有优良的导热性能。随着电子封装行业的发展，封装技术日趋成熟，全包封形式的封装如表面贴装SOP(Small Outline Package)16对封装材料散热性的要求也越来越高。通常，环氧模塑料选用熔融型和结晶型的二氧化硅作为填料，并通过增加结晶型二氧化硅的比例来提高环氧模塑料的导热性能。但是仅仅依靠增加结晶型二氧化硅的含量并不能完全满足微电子封装中对封装材料的散热要求，因此需要选用新型的填料对环氧模塑料的导热性进行改善。

环氧模塑料的主要组分为环氧树脂、酚醛树脂和填料。通常，环氧模塑料的导热系数为0.5-2.0W/m·K，其中，环氧树脂和固化剂反应后的交联产物的导热系数为0.13－0.26W/m·K，熔融型二氧化硅的导热系数约为1.5W/m·K，结晶型二氧化硅的导热系数约为14W/m·K。而氧化铝的导热系数约为30W/m·K，碳化硅的导热系数约为80W/m·K。使用氧化铝和碳化硅作为填料，可大幅提高环氧模塑料的导热系数，从而大幅提高封装后器件的散热性。

电子封装领域中使用的环氧模塑料除导热性能，还需要满足电性能及材料加工性能。本发明中高导热环氧模塑料在提高导热性能的同时，能保持材料的其他相关性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高导热系数的环氧树脂组合物及其制备方法，用于全包封形式的大功率电子器件的封装。上述环氧树脂组合物在固化后具有良好的导热性能（导热系数不低于2.7W/m·K）。为了实现上述技术效果，选用结晶型二氧化硅混合氧化铝和碳化硅作为环氧树脂组合物中的重要组分之一即填料。

本发明提供的环氧树脂组合物的主要成分按重量份数计如下：

上表中所述的重量份数基于环氧树脂组合物的总重量。

采用球磨机将上述部分大颗粒物质球磨细化，再用高速搅拌机将上述物质高速搅拌混合，使用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将混合后的产物加热和混合，再将经混合的产物冷却并粉碎。即可得到本发明的终产物。

通过用本发明的环氧模塑料封装电子元件，可以使用模塑方法使之固化和模塑，诸如传递成型法，压缩模塑法和注塑成型法。

本发明所得到的环氧模塑料具有以下特点：高的热导系数，固化后的产物具有2.7W/m·K以上的导热系数，可用于各种全包封的大功率器件封装形式，在电子封装领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1

将8份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，6份苯酚酚醛清漆型树脂，0.3份咪唑衍生物催化剂，70份平均粒径在20微米的结晶型二氧化硅，10.4份平均粒径在12微米氧化铝，3份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例2

将8.4份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，6.1份苯酚酚醛清漆型树脂，0.3份咪唑衍生物催化剂，68份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，11.9份平均粒径在12微米氧化铝，3份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例3

将9份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，6.6份苯酚酚醛清漆型树脂，0.3份咪唑衍生物催化剂，66.8份平均粒径在20微米的结晶型二氧化硅，10份平均粒径在12微米氧化铝，2份平均粒径在0.8微米的碳化硅，3份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例4

将9.5份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份三苯基磷催化剂，65.9份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，9.1份平均粒径在12微米氧化铝，2.5份平均粒径在0.8微米的碳化硅，1.3份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，2份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例5

将9.5份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份咪唑衍生物催化剂，63.9份平均粒径在20微米的结晶型二氧化硅，9.5份平均粒径在12微米氧化铝，3份平均粒径在0.8微米的碳化硅，1.3份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，2份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例6

将10份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7.4份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份咪唑衍生物催化剂，59.5份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，14份平均粒径在12微米氧化铝，2.9份平均粒径在0.8微米的碳化硅，2份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，1.5份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例7

将10份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7.4份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份三苯基磷催化剂，60份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，12.5份平均粒径在12微米氧化铝，3.9份平均粒径在0.8微米的碳化硅，2份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，1.5份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例8

将10份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7.4份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份咪唑衍生物催化剂，58.5份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，13份平均粒径在12微米氧化铝，4.9份平均粒径在0.8微米的碳化硅，2份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，1.5份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例9

将10份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，7.4份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份三苯基磷催化剂，56份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，14.5份平均粒径在12微米氧化铝，5.9份平均粒径在0.8微米的碳化硅，2份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，1.5份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

实施例10

将10.6份邻甲酚醛清漆型环氧树脂，8份苯酚酚醛清漆型树脂，0.4份咪唑衍生物催化剂，53.4份平均粒径在25微米的结晶型二氧化硅，15份平均粒径在12微米氧化铝，6.5份平均粒径在0.8微米的碳化硅，2.5份氰尿酸三聚氰胺阻燃剂，1.3份氧化锌阻燃剂，1份偶联剂，1份脱模剂，0.3份炭黑，使用高速搅拌机搅拌均匀后，放入双螺杆挤出机进行加热混合，将混合后的产物冷却粉碎，得到产品并测试其性能，产品性能列于表1中。

表征方法

<凝胶化时间>: HW/ZL/JS015-HPGT

将环氧模塑料放置在加热到175℃的固化盘上，用秒表计时，使用刮刀前段均匀搅拌试样，至试样凝胶时停止秒表，该时间为凝胶化时间。

<螺旋流动长度>: HW/ZL/JS015-SF

采用螺旋流动测量模具，在175℃模塑温度、70kg/cm²注塑压力和90s固化时间条件下进行测量。

<导热系数>: GB10294-88

使用Anter的热导率测试仪，型号为quickline-10,样块厚度为5mm，直径50mm，温度控制在43℃。

<热膨胀系数和玻璃化转变温度>: HW/ZL/JS015-TMA

使用TA热机械分析仪，型号为Q400，进行测试，测量参数为：10℃/min加热至280℃，载荷为0.1N。

<粘度>: HW/ZL/JS027

使用岛津毛细管流变仪，型号为CFT-500D，进行测试，测量参数：175℃，载荷为10Kgf。

<阻燃性>: HW/ZL/JS015-UL

使用垂直燃烧仪，型号为CZF-01,进行测试，样块厚度为6.5mm。

表 1

性能指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						凝胶化时间（s）	29	30	32	28	26
螺旋流动长度（inch）	25	28	29	26	25
						导热系数（W/m·K）	2.75	2.79	2.86	2.84	2.93
热膨胀系数（ppm/degC）	16	16	16	17	17
						玻璃化转变温度（℃）	148	150	152	157	160
粘度（Pa·s）	68	64	61	55	58
						UL-946.5mm	V-0	V-0	V-0	V-0	V-0

性能指标	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	实施例10
						凝胶化时间（s）	28	30	28	31	32
螺旋流动长度（inch）	26	27	23	20	21
						导热系数（W/m·K）	2.90	2.98	3.05	3.13	3.16
热膨胀系数（ppm/degC）	16	16	16	16	16
						玻璃化转变温度（℃）	157	156	154	151	148
粘度（Pa·s）	55	51	61	72	64
						UL-946.5mm	V-0	V-0	V-0	V-0	V-0

根据本行业公认的标准，对于性能优良的环氧模塑料，其凝胶化时间须处于18～38s之间；螺旋流动长度须处于15～35英寸；导热系数须大于0.7W/m·K；热膨胀系数须小于20ppm/^oC；玻璃化转变温度须大于135℃；粘度须大于20Pa·s；阻燃性须大于V-1。

由表1可见，本发明的环氧树脂模模塑料的各项性能指标均非常优异，并且显著提高了环氧模塑料的导热性能，适用于全包封的大功率器件的封装。

Claims

1.一种电子封装用环氧树脂组合物，包括环氧树脂、酚醛树脂和填料，其中所含填料包括：

结晶型二氧化硅质量分数为 40％～70％；

氧化铝质量分数为 5％～30％；

碳化硅质量分数为1％～10％

上述质量分数基于环氧树脂组合物的总质量；上述结晶型二氧化硅的粒径分布为5～50μm；上述氧化铝的粒径分布为1～35μm；上述碳化硅的粒径分布为小于5μm。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于还包括催化剂，所述催化剂为胺类、有机磷类、咪唑类和咪唑衍生物类中的一种过多种。

3.根据权利要求2所述的环氧树脂组合物，其特征在于所述的催化剂优选为1，8-二氮杂二环（5,4,0）-7-十一碳烯或三苯基膦。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于还包括添加剂。

5.根据权利要求4所述的环氧树脂组合物，其特征在于所述添加剂为阻燃剂、偶联剂、脱膜剂和着色剂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述环氧树脂组合物，其特征在于所述的环氧树脂含有两个及以上的环氧基团，优选邻甲酚醛清漆型环氧树脂、多环氧基官能团型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂和联苯型环氧树脂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述环氧树脂组合物，其特征在于所述的酚醛树脂含有两个及以上的羟基，优选苯酚酚醛清漆树脂，甲酚酚醛清漆树脂，苯酚芳烷基树脂和具有萘基的酚醛树脂中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述环氧树脂组合物，其特征在于所述的阻燃剂优选为溴代环氧树脂、氧化锑、氰尿酸三聚氰胺、氧化钛或氧化钙。

9.根据权利要求5所述环氧树脂组合物，其特征在于所述的着色剂优选为炭黑或氧化铁。

10.根据权利要求5所述环氧树脂组合物，其特征在于所述的脱模剂优选为天然蜡或合成蜡。

11.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于所述的环氧树脂组合物固化后产物的导热系数不低于2.7W/m·K。

12.权利要求1～11所述的环氧树脂组合物在微电子器件封装上的应用。

13.一种制备权利要求1～11所述的环氧树脂组合物的方法，其包含以下步骤：采用球磨机将大颗粒物质球磨细化，再用高速搅拌机将上述物质高速搅拌混合，使用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将搅拌混合后的产物再次加热混合，最后将混合后的产物冷却并粉碎。