CN104448792B - 一种电子部件封装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子部件封装材料的研制,其特征在于该材料由聚氨酯硬质塑料制备,应用于电子部件的封装,该材料通过使A、B两组份混合物反应制备,A组份由包括聚酯多元醇、聚醚多元醇,以及多元胺在内的活泼氢化合物及助剂构成,如果需要,所述助剂可以由包括催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料及色浆等功能助剂中的一种或几种组成;B组份为官能度等于2.0‑3.0异氰酸酯化合物。A、B两组份在常温环境下,按照异氰酸酯指数0.8‑3.0混合,反应生成聚氨酯硬质塑料,应用于电子部件的封装,具有常温固化,操控方便,快捷高效,能耗低,产品质量稳定的优点。
Description
技术领域
本发明属于封装领域,具体涉及一种电子部件封装材料。
背景技术
电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光、力学及化学性能,直接涉及到其使用可靠性、有效性。
根据封装材料的不同,电子封装有塑料封装、陶瓷封装和金属封装三大类别。其中塑料封装材料成本低,易大规模生产,封装工艺过程简单,加之近年来性能不断改进提高,目前已占据半导体封装业的90%以上的份额。塑料封装所使用的材料主要是热固性塑料,现有应用最多的封装材料是环氧树脂材料、硅树脂材料以及聚氨酯材料等。其中又以环氧树脂材料应用最多,但环氧树脂材料气密性不好,大多对湿度敏感。环氧树脂材料在高温环境下,水汽会降低材料的玻璃化转变温度、弹性模量和强度。水汽还会造成封装器件内部金属层的腐蚀破坏,改变塑封的介电常数,严重影响封装性能的可靠性;在低温下(<-30℃)又易造成低温应力开裂,同样影响到封装性能的可靠性。硅树脂材料由于自身特性压缩强度低、热膨胀率高,不能满足冲击载荷要求,耐高低温性能差、形变大,限制了硅树脂材料在电子部件封装方面的应用。
基于采用包含多元醇在内的活泼氢化合物和异氰酸酯化合物制备聚氨酯材料的方法是已知的,然而采用硬质聚氨酯塑料作为电子部件封装材料的方法鲜有报道。
CN200510134686.4公开了一种聚氨酯封装材料的配方及含有该配方的封装材料,其提供的配方制成的聚氨酯封装材料是一种单组分湿固化聚氨酯封装材料。
上述方法在材料的选择和加工工艺方面都有一定的局限性;首先在材料的选择方面,该方法没有选择机械性能更加优良的聚酯多元醇作为多元醇的有益补充,在聚醚多元醇的选择方面也仅仅局限在分子量2000(聚醚二元醇Diol-2000)或分子量3000(聚醚三元醇330N、聚醚三元醇3050)的聚醚多元醇,众所周知,由该分子量级别制得的聚氨酯材料在硬度和抗压强度等方面性能较差,不能满足对强度和硬度要求高的应用场合;可能由于加工方法的局限,在异氰酸酯的选择方面,也仅仅采用了由碳化二亚胺-酮脲亚胺改性的4,4′-二苯基亚甲基二异氰酸酯;该材料存在市场供应量少、价格高等问题,必然会造成产品制造成本高等问题。更为突出的问题是,该方法采用了用预聚物法制备异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体。众所周知,该方法存在工艺复杂,能耗高,产品质量批次稳定性差,以及产品贮存条件要求苛刻,不易长期保存等缺陷。
发明内容
本发明的目的,在于提供一种取材广泛,工艺简洁,节能环保,适用范围广的聚氨酯硬质塑料制备的电子部件封装材料。克服现有技术中材料选择范围小,制造工艺复杂、能耗高,产品质量批次稳定性差,不易贮存等缺点。
一种电子部件封装材料,其特征在于,该材料由聚氨酯硬质塑料制备,应用于电子部件的封装。
其中,所述聚氨酯硬质塑料的制备,通过使A、B两组份混合物反应制备,即A、B两组份在常温环境下,按照异氰酸酯指数0.8-3.0混合,反应生成聚氨酯硬质塑料。
进一步地,所述聚氨酯硬质塑料的A、B两组份按照异氰酸酯指数0.9-2.0混合。
更进一步地,所述聚氨酯硬质塑料的A、B两组份按照异氰酸酯指数1.05-1.5混合。
其中,所述制备聚氨酯硬质塑料的A组份,由包括聚酯多元醇、聚醚多元醇,以及多元胺在内的活泼氢化合物及助剂构成。
其中,所述聚醚多元醇,是指用已知方法制备的聚醚多元醇,例如由含2-8个活泼氢原子的低聚物作为起始剂制备的聚环氧乙烷化合物或者聚环氧丙烷化合物以及聚四氢呋喃化合物。同样所述聚酯多元醇也是用已知方法制备的,例如各种脂肪族聚酯多元醇或芳香族聚酯多元醇以及己内酯多元醇等。
进一步地,所述聚酯多元醇、聚醚多元醇至少一种分子量等于100~8000,羟值等于20~1000mgKOH/g的聚酯多元醇或聚醚多元醇;或至少一种分子量等于300~3000,羟值等于30~500mgKOH/g的聚酯多元醇或聚醚多元醇、至少一种聚醚多元醇和至少一种聚酯多元醇。
其中,所述多元醇的分子量等于300~3000,羟值等于30~500mgKOH/g。
其中,所述助剂是选自催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料及色浆等功能助剂中的一种或几种。
其中,所述催化剂是有利于控制聚氨酯化学反应已知的聚氨酯催化剂,包括碱性的叔胺、醇胺、季铵盐类、吗啉类以及金属盐聚氨酯催化剂的一种或几种。
进一步地,所述催化剂是至少2种不同类别的催化剂共同使用,以发挥协同的更优秀的催化效果。
其中,所述泡沫稳定剂,或称硅油匀泡剂,是一种表面活性剂,是制备泡沫型聚氨酯塑料所需要的一种功能助剂,用于帮助各种原料的均化及调节泡孔结构和大小,可以采用已知的硅氧烷-氧化烯烃共聚物以及适合的阴离子、阳离子及非离子型表面活性剂。
其中,所述发泡剂,包括化学发泡剂(通常是采用水)和物理发泡剂。化学发泡剂是水通过与异氰酸酯反应,产生CO2气体来达到发泡的目的;物理发泡剂是已知的烷烃、环烷烃、醚、卤代烃类化合物。
进一步地,所述化学发泡剂是采用水和卤代烃类化合物的一种或几种,包括采用水和至少一种氟氯烃类化合物。
更进一步地,所述氟氯烃类化合物,优选二氯氟乙烷(HCFC-141b),五氟丙烷(HFC-245fa)或五氟丁烷(HFC-365fc)中的一种。
其中,所述阻燃剂,一般可使用现有技术已知的阻燃剂,选自各种磷酸酯类阻燃剂,卤代磷酸酯类,各种无机阻燃剂。
其中,所述制备聚氨酯硬质塑料的B组份至少一种官能度等于2.0-3.0异氰酸酯化合物。所述异氰酸酯化合物可以采用芳香族、脂肪族或杂环结构的氰酸酯化合物,以及各种含异氰酸酯基团的所谓改性的异氰酸酯中的一种或几种。
进一步地,所述制备聚氨酯硬质塑料的B组份采用甲苯二异氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基异氰酸酯类上述一种或几种的组合。
更进一步地,所述制备聚氨酯硬质塑料的B组份采用毒性更低的多亚甲基多苯基异氰酸酯类化合物。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的产品克服现有技术中材料选择范围小,制造工艺复杂、能耗高,产品质量批次稳定性差,不易贮存等缺点。
(2)本发明提供的产品取材广泛,工艺简洁,节能环保,适用范围广。
(3)本发明的转化率比较高,无毒无味,生产过程及成品之后均不污染环境。
(4)本发明产品的生产方法实施简单,生产效果高。
(5)本发明中所涉及材料粘度低,适应期长,可保证工艺中的流动性和可操作性,后期反应温和,能完整得填满封装空间。
(6)封装后部件内电路能在高达4万G值的冲击载荷下正常工作,在高低温(高温70℃,低温-60℃)三个循环温度冲击后部件电路仍能正常工作,材料表面压缩强度600-800(MPa),表面电阻率大于1×103Ω/cm,体积电阻率大于1×1013Ω/cm3。
(7) 本发明制得的封装出料满足要求较苛刻的部件封装要求。
除非另有说明,在此使用的下列术语具有以下定义。
聚氨酯,是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的-NHCOO-基团的高分子化合物统称为聚氨酯。一般由二元或多元有机异氰酸酯与多元醇化合物(聚醚多元醇或聚酯多元醇)相互作用而得。聚氨酯化合物根据结构的不同,可以分为聚氨酯塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯纤维、聚氨酯涂料和聚氨酯胶黏剂。聚氨酯塑料以其品种齐全、性能优越、加工灵活多样在国民经济各行业得到了广泛的应用。
羟值:多元醇的羟值是指与每克试样中羟基含量相当的氢氧化钾毫克数。羟值单位为mgKOH/g,并根据标准苯酐-吡啶法GB/T1208.3测量;
酸值:中和1克试样中的酸性物质所需的氢氧化钾的毫克数。单位为mgKOH/g,并根据标准GB/T1208.5测量;
官能度:多元醇的官能度,是指每分子中的羟基(OH)的平均数。异氰酸酯的官能度,是指每分子中的异氰酸酯基(NCO)的平均数;
异氰酸酯指数(Index):表示实际使用的异氰酸酯当量与羟基的化学计量计算值的比值。“异氰酸酯指数”的另一个术语为“NCO:OH比”;
异氰酸酯基(NCO)含量:每克异氰酸酯化合物中含有的异氰酸酯基(NCO)的质量百分数;并可根据标准GB/T1294测量;
表观密度:单位体积的泡沫材料在规定温度和相对湿度时的质量。单位为kg/m3;并可根据标准GB/T6343测量。
压缩强度:在试样上施加压缩载荷至材料发生破坏或产生屈服现象时,单位面积材料所能承受的载荷。单位:KPa或MPa;并可根据标准GB 8813测量。
聚氨酯,是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的-NHCOO-基团的高分子化合物统称为聚氨酯。一般由二元或多元有机异氰酸酯与多元醇化合物(聚醚多元醇或聚酯多元醇)相互作用而得。聚氨酯化合物根据结构的不同,可以分为聚氨酯塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯纤维、聚氨酯涂料和聚氨酯胶黏剂。聚氨酯塑料以其品种齐全、性能优越、加工灵活多样在国民经济各行业得到了广泛的应用。
具体实施方式
下面通过参考示例对本发明进一步具体描述,但不应认为是对本发明范围的过度限制。
实施例1、电子部件封装材料EM1的制备:
表1:制备电子部件封装材料EM1的配方
制备:
A组份制备:
按照表1配方的规定,将所有原料按照多元醇、硅油匀泡剂、催化剂、发泡剂的先后顺序加入到一只500ml聚乙烯塑料杯中,用一种带有搅拌浆的电动搅拌器充分搅拌均匀,得到128.07g一种黏度为700 mPa.s@25℃的微黄色透明液体,待用。
电子部件封装材料EM1的制备:
按照表1配方的规定,在室温条件下,将40.0g,温度为20.1℃的A组份与41.20g,温度为20.4℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,经过反应,得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM1。
经测试,该材料技术指标如下:
(1)材料体积电阻率不小于1*1013Ω/cm3,表面电阻率不小于1*103Ω/cm3。
(2)经受-60℃±1℃到70℃±1℃,3个循环温度,冲击后,材料性能不受影响。
(3)材料经受10000g冲击后,工作正常,各项性能不受影响。
(4)材料在100Hz-400Hz 频率范围加速度为(70±16)m/s2的扫频振动试验无裂纹,性能正常。
表2:电子部件封装材料EM1技术指标:
实施例2、电子部件封装材料EM2的制备:
表3:制备电子部件封装材料EM2的配方
制备:
A组份制备:
按照表3配方的规定,依次投入32.0kg聚醚多元醇SA460、2.0kg胺醚403、4.0kg聚酯多元醇RN-30S、1.0kg硅油匀泡剂、120g复合催化剂和10.0kg二氯氟乙烷发泡剂到一只带有恒温和搅拌装置的50升不锈钢反应釜中,搅拌90分钟左右,静置,得到大约49.1kg一种黏度为700 mPa.s@25℃的微黄色透明液体,待用。
电子部件封装材料EM2的制备:
按照表3配方的规定,在室温29℃条件下,将29.75g,温度为27.0℃的A组份与33.07g,温度为29.4℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,经过反应,得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM2。
经测试,该材料技术指标如下:
(1)材料经受16000g冲击后,工作正常,各项性能不受影响。
(2)材料贮存温度在-55℃±1℃到70℃±1℃,转换时间5min,3个循环温度,冲击后,材料性能不受影响。
表4:电子部件封装材料EM2技术指标:
实施例3、电子部件封装材料EM3的制备:
表5:制备电子部件封装材料EM3的配方
制备:
A组份制备:
按照5配方的规定,依次投入聚醚多元醇、聚酯多元醇、硅油匀泡剂、复合催化剂、水、阻燃剂TCPP、阻燃剂DMMP和二氯氟乙烷发泡剂到到一只500ml聚乙烯塑料杯中,用一种带有搅拌浆的电动搅拌器充分搅拌均匀,得到176.53g一种常温下为黄色透明状的粘性液体,待用。
电子部件封装材料EM3的制备:
按照表5配方的规定,在室温20℃条件下,将40.07g,温度为19.8℃的A组份与60.0g,温度为20.2℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,反应凝胶后,置于恒温60℃的烘箱固化30分钟后得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM3。
经测试,该材料技术指标如下:
(1)材料经受40000g冲击后,工作正常,各项性能不受影响。
(2)温冲试验:温度范围为-40℃至50℃,5个循环温度冲击后,性能不受影响。
(3)马西特锤击试验≥10000g,连续5次后,性能不受影响。
表6:电子部件封装材料EM3技术指标:
实施例4、电子部件封装材料EM4的制备:
表7:制备电子部件封装材料EM4的配方
制备:
A组份制备:
按照表7配方的规定,将所有原料按照多元醇、硅油匀泡剂、催化剂、发泡剂的先后顺序加入到一只500ml聚乙烯塑料杯中,用一种带有搅拌浆的电动搅拌器充分搅拌均匀,得到128.07g一种黏度为700 mPa.s@25℃的微黄色透明液体,待用。
电子部件封装材料EM4的制备:
按照表7配方的规定,在室温条件下,将40.0g,温度为20.1℃的A组份与41.20g,温度为20.4℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,经过反应,得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM4。
经测试,该材料技术指标如下:
(1)材料承压27000g的情况下,工作正常,各项性能不受影响。
(2)材料在温度为:低温-40℃到高温50℃范围内使用,各项性能不受影响,满足要求。
表8:电子部件封装材料EM4技术指标:
实施例5、电子部件封装材料EM5的制备:
表9:制备电子部件封装材料EM5的配方
制备:
A组份制备:
按照表9配方的规定,将所有原料按照多元醇、硅油匀泡剂、催化剂、发泡剂的先后顺序加入到一只500ml聚乙烯塑料杯中,用一种带有搅拌浆的电动搅拌器充分搅拌均匀,得到128.07g一种黏度为700 mPa.s@25℃的微黄色透明液体,待用。
电子部件封装材料EM5的制备:
按照表9配方的规定,在室温条件下,将40.0g,温度为20.1℃的A组份与41.20g,温度为20.4℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,经过反应,得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM5。
经测试,该材料技术指标如下:
(1)温冲试验:
低温-30±5℃,高温55±2℃,保温时间8h,各项性能不受影响
(2)冲击实验:
加速度幅值到800g,每项保持10min,各项性能不受影响
(3)温循实验:高温75±3℃,低温-23±3℃,循环3次,各项性能不受影响
表10:电子部件封装材料EM5技术指标:
实施例6、电子部件封装材料EM6的制备:
表11:制备电子部件封装材料EM6的配方
制备:
A组份制备:
按照表11配方的规定,将所有原料按照多元醇、硅油匀泡剂、催化剂、发泡剂的先后顺序加入到一只500ml聚乙烯塑料杯中,用一种带有搅拌浆的电动搅拌器充分搅拌均匀,得到128.07g一种黏度为700 mPa.s@25℃的微黄色透明液体,待用。
电子部件封装材料EM6的制备:
按照表11配方的规定,在室温条件下,将40.0g,温度为20.1℃的A组份与41.20g,温度为20.4℃的B组份迅速倒入一只事先准备好的500ml聚乙烯塑料杯中(同时采用秒表计时),同时用一种带有剪切搅拌装置的电动搅拌器在3000rpmin转速下搅拌10秒钟,经过反应,得到一种多孔状硬质聚氨酯塑料材料。标记为:电子部件封装材料EM6。
经测试,该材料技术指标如下:
温冲试验:温度范围是低温-60±5℃,高温70±2℃,保温:8h,三个循环温度冲击后,部件电路仍能正常工作。
表12:电子部件封装材料EM6技术指标:
以上所述仅为本发明的一实施例,并不限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电子部件封装材料,其特征在于,该材料由聚氨酯硬质塑料制备,应用于电子部件的封装,所述聚氨酯硬质塑料的制备,通过使A、B两组份混合物反应制备,即A、B两组份在常温环境下,按照异氰酸酯指数0.8-0.9混合,反应生成聚氨酯硬质塑料;
所述制备聚氨酯硬质塑料的A组份,由聚酯多元醇、聚醚多元醇,以及多元胺在内的活泼氢化合物及助剂构成,所述聚醚多元醇是含2-8个活泼氢原子的低聚物作为起始剂制备的聚环氧乙烷化合物或者聚环氧丙烷化合物以及聚四氢呋喃化合物的一种,所述聚酯多元醇为脂肪族聚酯多元醇或芳香族聚酯多元醇以及己内酯多元醇中的一种;
所述助剂是选自催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂、抗氧化剂、光稳定剂、填料及色浆中的一种或几种;
所述制备聚氨酯硬质塑料的B组份至少一种官能度等于2.0-3.0异氰酸酯化合物,所述异氰酸酯化合物为芳香族、脂肪族或杂环结构的氰酸酯化合物,以及含异氰酸酯基团的改性的异氰酸酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述聚氨酯硬质塑料的A、B两组份按照异氰酸酯指数0.9混合。
3.根据权利要求1所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述聚酯多元醇、聚醚多元醇至少一种分子量等于100~8000,羟值等于20~1000mgKOH/g的聚酯多元醇或聚醚多元醇。
4.根据权利要求3所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述多元醇的分子量等于300~3000,羟值等于30~500mgKOH/g。
5.根据权利要求1所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述催化剂是至少2种不同类别的催化剂共同使用。
6.根据权利要求1所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述发泡剂包括水和至少一种氟氯烃类化合物,所述氟氯烃类化合物为二氯氟乙烷(HCFC-141b),五氟丙烷(HFC-245fa)或五氟丁烷(HFC-365fc)中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种电子部件封装材料,其特征在于,所述制备聚氨酯硬质塑料的B组份采用甲苯二异氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基异氰酸酯类化合物的一种或几种的组合。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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