CN104497490A - 用于全包封器件的高导热环氧树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于全包封器件的高导热环氧树脂组合物及其制备方法，用于全包封器件的高热导环氧树脂组合物，其特征是：所述的环氧树脂组合物中的主要组分及含量为：环氧树脂5~10wt%、酚醛树脂5~8wt%、无机填料70~77wt%、超细球形氧化铝粉3～7%wt%,本发明的环氧树脂组合物中还包含有：固化促进剂、阻燃剂、脱模剂、无机离子捕捉剂、硅烷偶联剂、着色剂和低应力改性剂中的一种或几种。通过添加超细球形氧化铝粉末，改善树脂组合物的填充性能，能够满足全包封器件背厚小于0.5mm，特别适用于0.43mm背厚的要求的高导热环保型环氧树脂组合物。

Description

用于全包封器件的高导热环氧树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及环氧树脂组合物及其制备方法，特别是一种具有高热导性能、成型工艺性能良好，适用于全包封器件的环保型环氧树脂组合物及其制备方法。

背景技术

近年来，全包封分立器件由于组装方便，相对于半包封产品得到了更快的发展。要求半导体封装材料具有高热导性能和优良的成型工艺性能。具有优良的阻燃性能并且能够符合环保要求。全包封器件主要是用于大、功率电子产品。由于特殊的结构要求，其封装是一种典型的不对称封装。全包封器件背面(散热片一面)一般较薄，为0.7-0.5mm,如果厚度超过0.7mm，会严重影响全包封器件的散热性。散热不良时，电子产品的温度在工作时会达到70℃以上，高温对三极管的工作稳定性将产生极大的影响，进而对整个电子产品的性能产生重大影响。因此，为了提高散热性，保证电子产品的工作可靠性，目前全包封器件的背面厚度向薄型发展。目前市场上最薄的背面厚度为0.43mm。当背面厚度减小后，由于背面空间的狭小，器件在进行包封时，塑封料在其正面与背面中的流动时阻力差别增大，从而造成流速差异也变大，容易造成在背面形成气孔，或者造成填充不满等塑封工艺缺陷。

在公开的技术当中，采用硅烷偶联剂对无机填料进行表面处理而增加无机填料的含量(例如，参照特开平8-20673号公报)，可以保持成型时的低粘度和高流动性。然而，该方法中使用的传统硅烷偶联剂分子量较小，与无机填料之间的结合力较差，起不到一定的增韧效果，从而使得环氧树脂组合物熔融粘度还不够小，因此需要进一步改进技术。日本特开2002-220515中公开了一种环氧树脂组合物，填料量达到80％，熔融黏度较高，螺旋流动长度较低。成型工艺性能不好，塑封料封装器件表面有气孔。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出用于半导体器件封装的环氧树脂组合物及其制备方法，通过添加超细球形氧化铝粉末，改善树脂组合物的填充性能，能够满足全包封器件背厚小于0.5mm，特别适用于0.43mm背厚的要求的的高导热环保型环氧树脂组合物。

为了解决上述技术问题，通过以下技术方案得以实施：

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物中的主要组分及含量为：

环氧树脂5～10wt％

酚醛树脂5～8wt％

无机填料70～77wt％

超细球形氧化铝粉                  3～7％wt％

根据需要，本发明的环氧树脂组合物中还包含有：固化促进剂、阻燃剂、脱模剂、无机离子捕捉剂、硅烷偶联剂、着色剂和低应力改性剂中的一种或几种。

所述的固化促进剂，只要能促进环氧基和酚羟基的固化反应即可，无特别限定。所述的固化促进剂一般在组合物中的含量为0.1～1wt％；可以选自咪唑化合物、叔胺化合物和有机膦化合物等中的一种或几种。

所述的咪唑化合物选自2－甲基咪唑、2，4－二甲基咪唑、2－乙基－4－甲基咪唑、2－苯基咪唑、2－苯基－4－甲基咪唑和2－(十七烷基)咪唑等中的一种或几种。

所述的叔胺化合物选自三乙胺卞基二甲胺、α－甲基卞基二甲胺、2－(二甲胺基甲基)苯酚、2，4，6－三(二甲胺基甲基)苯酚和1，8－二氮杂双环(5，4，0)十一碳烯－7等中的一种或几种。

所述的有机膦化合物选自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三(对甲基苯基)膦和三(壬基苯基)膦等中的一种或几种。

所述的脱模剂一般在组合物中的含量为0.01～1wt％；可以选自巴西棕榈蜡、合成蜡和矿物质蜡中的一种或几种。

所述的无机离子捕捉剂一般在组合物中的含量为0.05～0.5wt％；包括但不限于选自水合金属氧化物(如Bi2O3·3H2O)、酸性金属盐(如：Zr(HPO4)2·H2O)及铝镁的化合物(如：Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H2O)中的一种或几种。

所述的硅烷偶联剂一般在组合物中的含量为0.3～1wt％；可以选自γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

所述的着色剂一般在组合物中的含量为0.2～0.8wt％；如炭黑。

所述的低应力改性剂一般在组合物中的含量为0.1～2wt％；如液体硅油、硅橡胶粉末或它们的混合物等。

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物中所使用的环氧树脂为1个环氧分子内有2个以上环氧基团的单体、低聚物或聚合物，其分子量及分子结构无特别限定。上述的环氧树脂可以选自邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线性酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、开链脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、杂环型环氧树脂等中的一种或几种。

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物中所使用的酚醛树脂为1个酚醛分子内有2个以上羟基的单体、低聚物或聚合物，其分子量及分子结构无特别限定。上述的酚醛树脂可以选自苯酚线性酚醛树脂及其衍生物、苯甲酚线性酚醛树脂及其衍生物、单羟基或二羟基萘酚醛树脂及其衍生物、对二甲苯与苯酚或萘酚的缩合物、双环戊二烯与苯酚的共聚物等中的一种或几种。

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物中所使用的填料为高热导填料。所述的填料可以选自结晶二氧化硅微粉、氧化铝微粉、氮化硅微粉、氮化铝微粉等中的一种或几种。上述结晶型二氧化硅微粉、氧化铝微粉、氮化硅微粉、氮化铝微粉可以单独使用或混合使用。此外，所述的填料的表面可以使用硅烷偶联剂进行表面处理。

所述的结晶型二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、氮化硅粉末、氮化铝粉末的中位径(D50)都为10～40微米。

所述的超细球形氧化铝粉粒度(D50)为0.5-1.0微米的球形氧化铝微粉。

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物中所使用的是不含溴锑的阻燃剂，可用金属氢氧化物、水和金属化合物、金属氧化物、钼酸盐、硼酸盐、磷酸盐、含膦化合物含氮化合物，这些化合物可单独使用或两种以上混合使用。

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物的制备方法：将占包含高热导环保型环氧树脂组合物总量的5～10wt％的环氧树脂、5～8wt％的酚醛树脂、70～77wt％的无机填料及3～7％wt％的超细球形氧化铝粉及阻燃剂、脱模剂、着色剂、离子捕捉剂、低应力改进剂等混合均匀(如包含其它成分时将其它成分与上述成分同时混合均匀)，然后在温度为70～100℃的双辊筒混炼机上熔融混炼均匀，将混合均匀的物料从双辊筒混炼机上取下自然冷却、粉碎得到所述的包含高热导环保型环氧树脂组合物的粉状料；进一步预成型为饼料，获得包含高热导环保型环氧树脂组合物的成型材料。

在将环氧树脂、酚醛树脂、填料、超细球形氧化铝微粉及阻燃剂的混合过程中，进一步加入固化促进剂、脱模剂、无机离子捕捉剂、硅烷偶联剂、着色剂和低应力改性剂中的一种或几种进行混合。

本发明采用上述组合物和制备方法后，其有益效果为：

本发明的包含高热导环保型环氧树脂组合物是一种填充性优良的半导体封装用材料，该组合物同时还具备了必要的流动性、高可靠性、阻燃性。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明，但这仅是举例，并不是对本发明的限制。

实施例1

邻甲酚醛环氧树脂A(日本DIC Corporation制“N-665”)15wt％

苯酚线性酚醛树脂B(日本DIC Corporation制“TD-2131”)7wt％

固化促进剂2-甲基咪唑C 0.5wt％

结晶二氧化硅微粉D1(d50为25μm)72wt％

超细球形氧化铝粉E1(日本AdmatechCorporation制“AO-502”，D50为0.7微米)5％wt％

阻燃剂5wt％

巴西棕榈蜡0.4wt％

γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷0.5wt％

无机离子捕捉剂0.2wt％(日本TOAGOSEI Co.,Ltd制IXE500(Bi2O3·3H2O))

炭黑0.5wt％

液体硅油0.3wt％

硅橡胶粉末0.5wt％(d50为1μm)

按照上述配比称量并混合均匀后，再在温度为70～100℃预热的双辊筒混炼机上熔融混炼均匀，将混合均匀的物料从双辊筒混炼机上取下自然冷却、粉碎得粉状料，预成型为饼料，获得包含高热导环保型环氧树脂组合物成型材料，并用以下方法进行评价，结果见表1。

胶化时间：热板法，将电热板加热到175±1℃，取0.3-0.5g样品粉料放在电热板上，粉料逐渐由流体变成胶态时为终点，读出所需时间。

螺旋流动长度：在传递模塑压机上借助EMMI-1-66螺旋流动金属模具测定，成型压力为70±2Kgf/cm²模具温度在175±2℃，取样品20±5g进行测试。

熔融粘度：利用日本岛津公司的高化流动仪测定所述环氧组合物的熔融粘度。测试条件：口模为0.5×1.0mm，载荷为10kg，温度为175℃。

导热系数：按照国标GB/T3139-82利用导热仪测定所述环氧组合物的导热系数。

阻燃性：把样品在175℃/25Mpa条件下制成1/16英寸厚度的样块，然后在175℃/6h的条件下进行后固化，最后通过垂直燃烧法按照GB4609-84进行阻燃测试。

成型工艺性能：塑封大功率全包封器件TO-220F(背厚0.43mm)，内部气孔用超声扫描测定，正面台阶面气孔和背部气孔用目测。经检验后不合格器件的只数越少表明成型工艺性能越好。

实施例2～10组合物的组成见表1，制备方法同实施例1，评价方法同实施例1，评价结果见表1。

比较例1～5组合物的组成见表2，制备方法同实施例1，评价方法同实施例1，评价结果见表2。

实施例2～10、比较例1～5组合物中采用的在实施例1以外的成分如下所示。

二环戊二烯型环氧树脂A2(日本DIC Corporation制“HP-7200”)

苯酚烷基酚醛树脂B2(Mitsui Chemicals,Inc.制“XLC-4L”)

三氧化二铝微粉D2(d50为25μm)

超细球形氧化铝微粉E2(D50为0.5微米)

超细球形氧化铝微粉E3(D50为1.0微米)

表1：实施例组合物的组成及评价结果(以重量百分比计)

表2：比较例组合物的组成及评价结果(以重量百分比计)

由上述实施例及比较例可看出，包含超细球形氧化铝微粉的环氧树脂组合物的填充性能明显优于不含超细球形氧化铝微粉的环氧树脂组合物。

Claims (9)

1.用于全包封器件的高热导环氧树脂组合物，其特征是：所述的环氧树脂组合物中的主要组分及含量为：

环氧树脂5~10wt%

酚醛树脂5~8wt%

无机填料70~77wt%

超细球形氧化铝粉3～7%wt%

本发明的环氧树脂组合物中还包含有：固化促进剂、阻燃剂、脱模剂、无机离子捕捉剂、硅烷偶联剂、着色剂和低应力改性剂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的的环氧树脂组合物，其特征是：所述的超细球形氧化铝粉粒度（D50）为0.5-1.0微米的球形氧化铝粉，含量为3-7%。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述的无机填料为结晶型二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、氮化硅粉末、氮化铝粉末的一种或两种以上；中位径（D50）都为10～40微米，含量为70-77wt%。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述的环氧树脂选自邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线性酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、开链脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、杂环型环氧树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述的酚醛树脂选自苯酚线性酚醛树脂及其衍生物、苯甲酚线性酚醛树脂及其衍生物、单羟基或二羟基萘酚醛树脂及其衍生物、对二甲苯与苯酚或萘酚的缩合物、双环戊二烯与苯酚的共聚物中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述的脱模剂选自巴西棕榈蜡、合成蜡和矿物质蜡中的一种或几种；

所述的硅烷偶联剂选自γ-环氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

所述的着色剂是炭黑；

所述的低应力改性剂是液体硅油、硅橡胶粉末或它们的混合物。

7.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述固化促进剂的含量为0.1~1wt%，选自咪唑化合物、叔胺化合物和有机膦化合物等中的一种或几种；

所述无机离子捕捉剂含量为0.05~0.5wt%，选自水合金属氧化物、酸性金属盐及铝镁的化合物中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的环氧树脂组合物，其特征是：所述的咪唑化合物选自2－甲基咪唑、2，4－二甲基咪唑、2－乙基－4－甲基咪唑、2－苯基咪唑、2－苯基－4－甲基咪唑和2－（十七烷基）咪唑中的一种或几种；

所述的叔胺化合物选自三乙胺卞基二甲胺、a－甲基卞基二甲胺、2－（二甲胺基甲基）苯酚、2，4，6－三（二甲胺基甲基）苯酚和1，8－二氮杂双环（5，4，0）十一碳烯－7中的一种或几种；

所述的有机膦化合物选自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（对甲基苯基）膦和三（壬基苯基）膦中的一种或几种；

所述的水合金属氧化物是Bi₂O₃·3H₂O；所述的酸性金属盐是Zr(HPO₄)₂·H₂O；所述的铝镁的化合物是Mg₆Al₂(CO₃)(OH) ₁₆·4H₂O。

9.根据权利要求1所述的用于全包封器件的高热导环氧树脂组合物的制备方法，其特征是:将占包含高热导环保型环氧树脂组合物总量的5~10wt%的环氧树脂、5~8wt%的酚醛树脂、70~77wt%的无机填料及3～7%wt%的超细球形氧化铝粉及阻燃剂、脱模剂、着色剂、离子捕捉剂、低应力改进剂等混合均匀，然后在温度为70～100℃的双辊筒混炼机上熔融混炼均匀，将混合均匀的物料从双辊筒混炼机上取下自然冷却、粉碎得到所述的包含高热导环保型环氧树脂组合物的粉状料；进一步预成型为饼料，获得包含高热导环保型环氧树脂组合物的成型材料;

在将环氧树脂、酚醛树脂、填料、超细球形氧化铝微粉及阻燃剂的混合过程中，进一步加入固化促进剂、脱模剂、无机离子捕捉剂、硅烷偶联剂、着色剂和低应力改性剂中的一种或几种进行混合。