CN107353597A - 塑封材料以及igbt封装器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及封装领域，具体而言，涉及一种塑封材料以及IGBT封装器件。该塑封材料，主要包括环氧树脂5～15份；酸酐5～10份；无机填料60～85份；导热填料5～15份；固化促进剂0.5～2.5份；偶联剂0.5～4.5份。通过加入酸酐作为固化剂，使得固化产物分子链具有一定的柔顺性和延展性，起到一定的增韧效果，同时也满足IGBT封装器件的高散热要求。各个原料之间相互配伍产生协同作用，使得该塑封材料具有低的熔融粘度、良好流动性和操作性的，不仅能达到大功率封装用的高散热性能要求，也满足封装过程中良好的成形性和可操作性。进而提高了IGBT封装器件的性能，也降低了运输碰撞开裂。

Description

塑封材料以及IGBT封装器件
技术领域
本发明涉及封装领域，具体而言，涉及一种塑封材料以及IGBT封装器件。
背景技术
目前，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，封装材料的有封装的面积大，容易产生散热性能要求较高，现有的技术主要是通过加入高导热的无机填料(如碳化硅、氧化铝等)到环氧树脂组合物当中，可以赋予组合物良好的导热性能。但是高导热的材料填充量过高，将会造成流动性降低等各种问题，会导致后续的封装成型过程中出现填充不全，操作性不好等问题。
现有技术当中，一些塑封材料能够满足全包封器件背厚小于0.5mm要求。但是对涉及到小尺寸的器件封装用材料，未能解决采用IGBT封装大面积尺寸的器件材料的韧性强度要求，低强度产生的应力导致的开裂及运输过程中的碰撞开裂，起不到一定的增韧效果，从而使得塑封材料强度低，因此需要进一步改进技术。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种塑封材料，解决现有塑封材料易开裂的问题。
本发明的第二目的在于提供一种IGBT封装器件，解决现有IGBT封装易开裂的问题。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种塑封材料，以质量份数计，主要包括以下原料：环氧树脂5～15份；酸酐5～10份；无机填料60～85份；导热填料5～15份；固化促进剂0.5～2.5份；以及偶联剂0.5～4.5份。
一种包含上述的塑封材料的IGBT封装器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的塑封材料，以质量份数计，主要包括以下原料：环氧树脂5～15份；酸酐5～10份；无机填料60～85份；导热填料5～15份；固化促进剂0.5～2.5份；以及偶联剂0.5～4.5份。通过加入酸酐作为固化剂，使得固化产物分子链具有一定的柔顺性和延展性，起到一定的增韧效果，同时也满足IGBT封装器件的高散热要求。各个原料之间相互配伍产生协同作用，使得该塑封材料具有低的熔融粘度、良好流动性和操作性的，不仅能达到大功率封装用的高散热性能要求，也满足封装过程中良好的成型性和可操作性。
本发明提供的IGBT封装器件，包含上述的塑封材料。由于该塑封材料强度高、韧性好，极大地提高了IGBT封装器件的性能，也降低了运输碰撞开裂的可能性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本实施例提供一种塑封材料：
该塑封材料以质量份数计，主要包括以下原料：
环氧树脂5～15份；酸酐5～10份；无机填料60～85份；导热填料5～15份；固化促进剂0.5～2.5份；以及偶联剂0.5～4.5份。
通过加入酸酐作为固化剂，使得固化产物分子链具有一定的柔顺性和延展性，起到一定的增韧效果，同时也满足IGBT封装器件的高散热要求。
进一步地，上述的酸酐，可以选择均苯四酸二酐或者偏苯三甲酸酐中的至少一种。
在本发明一可选的实施例中，上述的酸酐选择均苯四酸二酐和偏苯三甲酸酐组成的混合物。
应理解，上述的酸酐也可以根据实际情况选择本领域其他可适用于塑封材料的酸酐固化剂。
进一步地，上述环氧树脂包括双环戊二烯型环氧树脂和联苯型环氧树脂中的至少一种以及邻甲酚型环氧树脂。也就是说，上述的环氧树脂选择环氧树脂混合物。
应理解，上述的环氧树脂可以根据实际情况选择本领域常见的适用于制造塑封材料的环氧树脂。
在本发明一可选的实施例中，上述的环氧树脂混合物中，邻甲酚型环氧树脂占80wt％，双环戊二烯型环氧树脂占20wt％。
在本发明其他可选的实施例中，上述的环氧树脂混合物中，邻甲酚型环氧树脂占80wt％，联苯型环氧树脂占20wt％。
进一步地，上述的邻甲酚型环氧树脂选择粘度为1.0～2.0Pa.s，挥发份<0.08％，环氧当量为200g/eq。从而能够进一步地保证整个塑封材料具有较低的熔融粘度，进而为后续应用于IGBT封装器件时，能够易于操作。
进一步地，无机填料包括75～85wt％的粒径为20～30um的第一无机填料和15～25wt％的粒径为2～8um的第二无机填料。也就是说，在本实施例中，上述的无机填料选择不同粒径混合而成的无机填料。
具体地，上述的无机填料可以选择结晶型硅微粉或者碳化硅或者结晶型硅微粉和碳化硅组成的混合物。
进一步，导热填料包括碳化硅、氧化铝或者氮化硅中的任意一种。
应理解，上述的导热填料也可以根据实际情况选择本领域常见的其他的导热填料。
通过将上述的硅微粉、碳化硅填料和上述的导热填料一起增加到整个塑封材料中，不仅能够保证整个塑封材料良好的导热性能，也不会因为高导热材料的填充量过高，降低整个塑封材料的流动性。进而能够保证后续将该塑封材料应用在IGBT封装时，能够有效地避免封装过程中的填充不全、操作性不好的问题。
进一步地，固化促进剂为咪唑类化合物、叔胺化合物或者有机膦化合物中的至少一种。
具体地，上述的咪唑类化合物可以选择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-甲基-4-苯基咪唑中的任意一种。上述的叔胺化合物，包括苄基二甲胺、三乙胺苄基二甲胺、1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7中的任意一种。上述的有机膦化合物，包括三苯基膦、四苯基膦、三(对甲基苯基)膦中的任意一种。
应理解，上述的固化促进剂，可以根据实际的情况选择上述的一种单独使用或者多种混合使用。
进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂。
具体地，上述的偶联剂可以选择KH560、KBM303、KH570、KH580、KBM803以及KBM603中的至少一种。其中，KH560是一种带有环氧基的硅烷，它可以很好的与环氧基团结合，可以使填料与树脂充分混合。KBM型是一种带有巯基的硅烷，它与无机材料，有机物都有很好的粘结力。
在本发明一可选的实施例中，上述的偶联剂采用上述的偶联剂，其中的两种或几种混合使用。
应理解，上述的偶联剂的型号，不应作其他意思理解。
进一步地，以质量份数计，该塑封材料还包括：脱模剂0.1～1份；着色剂0.5～4.5份；阻燃剂0.1～1份。
进一步地，阻燃剂包括三氧化二锑或者溴代环氧树脂中的任意一种。阻燃剂的添加，能够进一步地保证整个塑封材料使用的安全性。
应理解，上述的阻燃剂也可以根据实际情况选择本领域常见的其他的可适用的阻燃剂。
进一步地，脱模剂，可以选择巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的任意一个。
进一步地，着色剂可以选择炭黑。应理解，上述的着色剂也可以选择本领域常见的其他的着色剂。
该塑封材料，各个原料之间相互配伍产生协同作用，使得该塑封材料具有低的熔融粘度、良好流动性和操作性的，不仅能达到大功率封装用的高散热性能要求，也满足封装过程中良好的成形性和可操作性。
需要说明的是，上述的塑封材料的制备方法可以选择本领域常见的制备塑封材料的制备方法。
在本发明一可选的实施例中，该塑封材料可以采用以下方法制备：将上述配方中各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90～110℃，混炼时间为2～20分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎制得。
本发明的一些实施方式还提供一种IGBT封装器件，其包含上述的塑封材料。由于该塑封材料强度高、韧性好，极大地提高了IGBT封装器件的性能，也降低了运输碰撞开裂。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂5份；酸酐5份；无机填料60份；导热填料5份；固化促进剂0.5份；以及偶联剂0.5份。其中，环氧树脂选择双环戊二烯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择苯四酸二酐。无机填料选择包括80wt％的粒径为20um的第一无机填料和20wt％的粒径2um的第二无机填料。导热填料选择碳化硅。偶联剂选择KH560。固化促进剂选2-甲基咪唑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为110℃，混炼时间为20分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
实施例2
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂15份；酸酐10份；无机填料85份；导热填料15份；固化促进剂2.5份；偶联剂4.5份。脱模剂0.1份；着色剂0.5份；阻燃剂0.1份。其中，环氧树脂选择联苯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择偏苯三甲酸酐。无机填料包括75wt％的粒径30um的第一无机填料和25wt％的粒径8um的第二无机填料。导热填料选择结晶型硅微粉。偶联剂选择KH560和KBM803的混合物。固化促进剂选2，4-二甲基咪唑和1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7。阻燃剂选择三氧化二锑。脱模剂选择聚乙烯蜡；着色剂选择炭黑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为2分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
实施例3
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂10份；酸酐8份；无机填料70份；导热填料12份；固化促进剂2.0份；偶联剂4.0份。脱模剂1份；着色剂4.5份；阻燃剂1份。其中，环氧树脂选择联苯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择偏苯三甲酸酐。无机填料选择包括85wt％的粒径25um的第一无机填料和15wt％的粒径5um的第二无机填料。导热填料选择结晶型硅微粉。偶联剂选择KH560和KH580的混合物。固化促进剂选2-苯基咪唑和三苯基膦。阻燃剂选择溴代环氧树脂。脱模剂选择巴西棕榈蜡；着色剂选择炭黑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为100℃，混炼时间为10分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
实施例4
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂12份；酸酐9份；无机填料80份；导热填料10份；固化促进剂1.0份；偶联剂2.0份。脱模剂0.5份；着色剂2.5份；阻燃剂0.5份。其中，环氧树脂选择联苯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择偏苯三甲酸酐。无机填料选择包括76wt％的粒径23um的第一无机填料和24wt％的粒径4um的第二无机填料。导热填料选择结晶型硅微粉。偶联剂选择KH560和KH580的混合物。固化促进剂选2-苯基咪唑和三苯基膦。阻燃剂选择溴代环氧树脂。脱模剂选择巴西棕榈蜡；着色剂选择炭黑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为100℃，混炼时间为15分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
实施例5
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂10.2份；酸酐5.2份；无机填料71.3份；导热填料11份；固化促进剂0.5份；偶联剂0.5份。脱模剂0.3份；着色剂0.5份；阻燃剂0.6份。其中，环氧树脂选择联苯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择偏苯三甲酸酐。无机填料选择包括85wt％的粒径23um的第一无机填料和15wt％的粒径4um的第二无机填料。导热填料选择结晶型硅微粉。偶联剂选择KH560的混合物。固化促进剂选2-苯基咪唑和三苯基膦。阻燃剂选择溴代环氧树脂。脱模剂选择巴西棕榈蜡；着色剂选择炭黑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为10分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
实施例6
本实施例提供的一种塑封材料。以质量份数计，包括：环氧树脂10.6份；酸酐5.6份；无机填料75份；导热填料5.8份；固化促进剂0.5份；偶联剂0.5份。脱模剂0.3份；着色剂0.5份；阻燃剂0.6份。其中，环氧树脂选择联苯型环氧树脂和邻甲酚型环氧树脂。酸酐选择偏苯三甲酸酐。无机填料选择包括85wt％的粒径23um的第一无机填料和15wt％的粒径4um的第二无机填料。导热填料选择结晶型硅微粉。偶联剂选择KH560的混合物。固化促进剂选2-苯基咪唑和三苯基膦。阻燃剂选择溴代环氧树脂。脱模剂选择巴西棕榈蜡；着色剂选择炭黑。
本实施例提供的塑封材料是这样制备的：将上述各组分准确称量后，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为10分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，经待混合均匀后，冷却粉碎。
对比例1
塑封材料1，原料选择如下：
环氧树脂90克；酚醛树脂47克；无机填料：640克；促进剂1.5克；阻燃剂6克；碳化硅100克；偶联剂KH-560 4.5克；着色剂炭黑3克；脱模剂巴西棕榈蜡3克。上述配方中原材料各组分准确称量后，将硅微粉用偶联剂在混合机中处理5分钟，然后加入其它组分，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为10分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，待混合均匀后，冷却粉碎，压成料饼，进行性能测试。
对比例2
塑封材料2，原料选自如下重量百分数的组分：
环氧树脂92克；酚醛树脂49克；无机填料：700克；促进剂1.5克；阻燃剂6克；偶联剂KH-560 4.5克；着色剂炭黑3克；脱模剂巴西棕榈蜡3克；硅酮6克。上述配方中原材料各组分准确称量后，将硅微粉用偶联剂在混合机中处理5分钟，然后加入其它组分，在双辊混炼机上进行熔融混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为10分钟，将混合材料压成1.5mm厚的薄片，待混合均匀后，冷却粉碎，压成料饼，进行性能测试。
实验例
对实施例1-6以及对比例1-2提供的塑封材料的性能进行测试，检测其是否容易开裂。
试验方案：
1、胶化时间：热板法，将电热板加热到175±1℃，取2-3g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。
2、流动性：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70Kgf/cm2模具温度在175±2℃，取样品15g进行测试。
3、熔融粘度：利用日本岛津公司的毛细管流变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，压力为25公斤，温度为175℃。
4、导热系数：利用导热仪测定所述环氧组合物的导热系数。
5、冲击强度：参照GB/T9341-2000进行，无缺口试样。
实验结果见下表：
表1实验结果
由上表可以看出，本发明实施例提供的塑封材料的冲击强度，得到极大地提高，说明本发明提供的塑封材料，韧性较好，不易开裂。将其应用于IGBT封装器件，能够解决现有IGBT封装易开裂的问题。
应理解，尽管已用具体实施例来说明和描述本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种塑封材料，其特征在于，以质量份数计，主要包括以下原料：
环氧树脂5～15份；酸酐5～10份；无机填料60～85份；导热填料5～15份；固化促进剂0.5～2.5份；以及偶联剂0.5～4.5份。
2.根据权利要求1所述的塑封材料，其特征在于，以质量份数计，所述塑封材料还包括：脱模剂0.1～1份；着色剂0.5～4.5份；阻燃剂0.1～1份。
3.根据权利要求2所述的塑封材料，其特征在于，所述环氧树脂包括双环戊二烯型环氧树脂和联苯型环氧树脂中的至少一种以及邻甲酚型环氧树脂。
4.根据权利要求1或3所述的塑封材料，其特征在于，所述酸酐包括苯四酸二酐、偏苯三甲酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的塑封材料，其特征在于，以质量百分比计，所述无机填料包括75～85％的粒径为20～30um的第一无机填料和15～25％的粒径为2～8um的第二无机填料。
6.根据权利要求5所述的塑封材料，其特征在于，所述导热填料包括碳化硅、氧化铝或者氮化硅中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的塑封材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的塑封材料，其特征在于，所述固化促进剂为咪唑类化合物、叔胺化合物或者有机膦化合物中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的塑封材料，其特征在于，所述阻燃剂包括三氧化二锑或者溴代环氧树脂中的任意一种。
10.一种IGBT封装器件，其特征在于，其包含如权利要求1-9任一项所述的塑封材料。
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