CN114250050B - 一种环氧树脂组合物及其制备和在igbt半导体封装上的应用 - Google Patents

一种环氧树脂组合物及其制备和在igbt半导体封装上的应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及半导体封装材料的技术领域，具体公开了一种环氧树脂组合物及其制备和在IGBT半导体封装上的应用。环氧树脂组合物包括A组分和B组分，A组分和B组分的重量比为1：（1‑1.5），A组分包括以下原料：环氧树脂、苯并噁嗪树脂、活性稀释剂、环氧增韧剂、填料、偶联剂、分散剂、防沉降剂、消泡剂、应力释放剂、抗氧剂、着色碳黑；B组分包括以下重量百分含量的原料：环氧树脂固化剂、促进剂、酸酐增韧剂、填料、偶联剂、分散剂、消泡剂、应力释放剂、抗氧剂。本申请的环氧树脂组合物具有粘度低、固化收缩率低、热膨胀系数低、玻璃化转变温度高、热稳定性好的优点。

Description

一种环氧树脂组合物及其制备和在IGBT半导体封装上的应用
技术领域
本发明涉及半导体封装材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种环氧树脂组合物及其制备和在IGBT半导体封装上的应用。
背景技术
IGBT，即绝缘栅双极晶体管，是一类新型功率半导体器件。IGBT是在MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)和Bipolar(双极晶体管)的基础上发展而来。IGBT兼具MOSFET的输入功能和Bipolar的输出功能。IGBT的控制功率较低，驱动电路较简单，有饱和压低、电流密度较大、电流处理能力强等特点。因此IGBT在高电压，高电流以及高速度三方面的作用是其他类型的功率器件无法替代的。IGBT作为电机控制和功率变换电子器件被应用于机械电力、航天航空、国防军工、轨道交通、新能源汽车、智能电网等众多产业。由于国内研制高压大功率压接型IGBT器件起步较晚，在封装理论与技术方面基础薄弱，目前国内尚未完全掌握压接型IGBT器件的封装技术，很多关键技术仍然掌握在国外少数大型半导体制造企业手中。随着新能源的深度开发及柔性直流输电技术的广泛应用，新一代电力电子电力系统对大功率IGBT器件的需求将会越来越多。因此，研制一种高性能半导体封装料对于推动我国国产高压大功率IGBT器件的国产化具有重要意义。
随着新型电子器件的快速发展，传统的封装材料不足以满足封装产业化的需求。过去的封装材料主要以金属和陶瓷为主，随着科技的进步，逐渐转化为价格相对廉价，耐热性能良好，粘结力较好，工艺路线简便以及适合大规模生产塑料封装材料。环氧树脂的结构中含有极性基团和环氧基，使其有较好的粘结强度、电绝缘性能、耐热性能，还具有耐化学腐蚀性等性能特点。因此环氧树脂封装料作为一种高分子复合材料在塑料封装中使用最广泛，占塑料封装的九成左右。将液态的环氧树脂封装料以不同方式装入电子器件内部，并通过一定的固化过程，可使封装料固化成型，成为具有良好绝缘性能的热固性材料。环氧树脂封装料的灌封可以抵抗物理冲击，对芯片有保护作用，且优化芯片的整体性能。电子器件内部灌封环氧封装料后，降低电子器件与空气中水分的接触，使器件的防水防潮性能提高。因此使用环氧树脂封装料对电子器件进行灌封，是电子领域不可缺少的一步。
随着第三代半导体器件的发展，对环氧灌封封装料的耐高温、低应力、低CTE等高性能需求会越发明显，特别是第三代半导体SiC芯片的使用温度在175℃以上，甚至达到260℃。现有的IGBT封装料耐高温普遍在150℃以下，特别是在-40～200℃高低温循环的时候胶层容易开裂，应力过于集中，热膨胀系数过大，造成封装在里面的芯片使用寿命短，小于1000次的使用寿命，在实际应用中往往1年内甚至几个月就坏了。
发明内容
为了提高环氧树脂封装材料的热稳定性，本申请提供一种环氧树脂组合物及其制备和在IGBT半导体封装上的应用。
第一方面，本申请提供一种环氧树脂组合物，采用以下技术方案：
一种环氧树脂组合物，其包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的重量比为1：(1-1.5)，所述A组分包括以下重量百分含量的原料：环氧树脂14-25％、苯并噁嗪树脂3-8％、活性稀释剂4-8％、环氧增韧剂1-5％、填料55-73％、偶联剂0.3-1％、分散剂0.3-1％、防沉降剂0.1-0.5％、消泡剂0.1-0.5％、应力释放剂0.1-0.5％、抗氧剂0.1-0.5％、着色碳黑0.1-0.5％；所述B组分包括以下重量百分含量的原料：环氧树脂固化剂20-35％、促进剂0.1-2％、酸酐增韧剂1-5％、填料60-76％、偶联剂0-1％、分散剂0.3-1％、消泡剂0.1-0.5％、应力释放剂0.1-0.5％、抗氧剂0.1-0.5％。
通过采用上述技术方案，使得制备得到环氧树脂组合物具有较低的固化收缩率、热膨胀系数，具有较高的玻璃化转变温度。固化收缩率的范围为0.068-0.098；180℃热膨胀系数的范围为11.9×10-6-14.2×10-6；在360℃热膨胀系数的范围为45.2×10-6-58.7×10-6；玻璃化转变温度的范围为215.6-241.4℃。在本申请中，通过环氧树脂组合物各原料之间的协同作用，使得其固化收缩率均在0.1以下；玻璃化转变温度以下的热膨胀系数均在15以下；玻璃化转变温度以上的热膨胀系数均在60以下；玻璃化转变温度均在210℃以上。可以看出，环氧树脂组合物的热稳定性高，符合市场需求。
进一步的，所述环氧树脂为双酚型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、脂环族环氧树脂、缩水甘油胺基环氧树脂、杂环结构环氧树脂中的一种或几种。所述双酚型环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、双酚AD环氧树脂、羟甲基双酚A环氧树脂、溴化环氧树脂、含磷环氧树脂中的一种或几种；所述缩水甘油酯环氧树脂为邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、对苯二甲酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、环己烷-1,2-二羧酸二缩水甘油酯、1,2环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯其中的一种或几种；所述脂环族环氧树脂为3,4-环氧环己基甲酸-3',4'-环氧环己基甲酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、聚[(2-环氧乙烷基)-1,2-环己二醇]2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇醚、1,2-环氧-4-乙烯基环己烷、二氧化乙烯基环己烯其中的一种或几种；所述缩水甘油胺基环氧树脂为4.4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺(TGDDM)、三缩水甘油基对氨基苯酚(TGPAP)中的一种或几种；所述杂环结构环氧树脂为聚醚砜酮环氧树脂(E-PPEK)、液晶环氧树脂、聚硅氧烷共聚改性环氧树脂、双环戊二烯环氧树脂、结晶性环氧树脂中的一种或几种。
在本申请中，将环氧树脂组合物的原料分为A组分、B组分，其中A组分为混合树脂、填料、添加剂的混合物；B组分为环氧树脂固化剂、填料、添加剂的混合物。其中，环氧树脂本身也液体状态，在加入环氧树脂固化剂后，与环氧固化剂进行反应，从而将环氧树脂进行固化。通过将填料分别在添加剂的作用下与环氧树脂、环氧树脂固化剂均匀混合，从而使得当环氧树脂与环氧树脂固化剂进行反应生成三维立体网状聚合物时，填料能够在该三维网状结构中均匀分散，从而使得填料在环氧树脂组合物中分散更加均匀、稳定，同时有助于提高填料的含量，从而提高环氧树脂组合物的导热系数、力学性能，有助于提高环氧树脂组合物的热稳定性，从而提高IGBT半导体的使用寿命。
可选的，所述环氧树脂25℃粘度≤5000mpa.s。
通过采用上述技术方案，环氧树脂更低的粘度能够加大导热填料的添加量，不会因大量导热填料的加入而影响混合物的流动性以及生产加工的工艺性。添加量的提高能明显提高固化物的导热系数，同时也能降低热膨胀系数，热膨胀系数就越小，介电能力越好，生产出来的电子器件寿命长，性能更好。
可选的，所述填料为经过硅烷偶联剂表面处理的球形硅微粉、球形氧化铝粉末、球形氧化锌粉末、球形氮化铝粉末、球形氮化硼粉末中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，球形粉体具有以下优点：1)粉体表面流动性好，在封装中，可以提高粉体的填充量。这样热膨胀系数就越小，介电能力越好，生产出来的电子器件寿命长，性能更好。2)球化后形成的封装料应力集中小，成品率高，降低产品损坏的可能性。3)球化后得到的颗粒表面形貌规则，在生产加工成品的过程中减小了对点胶工具与模具的磨损，降低了成本，延长了点胶工具与模具的使用寿命。当填料分别选用上述物质一种或几种时，对于环氧树脂组合物的性能影响在可预期范围内。
可选的，所述填料中45-75μm粒径粒子的占比为75-85％，10-40μm粒径粒子的占比为15-25％。
申请人发现，无机填料的比表面积较大，有较高的表面能，填料颗粒之间较强的作用力和极性，使填料在环氧树脂基体中分散不均匀，容易发生团聚现象，影响体系的粘度以及固化物的导热性能、力学性能等。通过采用上述技术方案，此粒径分布使得混合物具有良好的流动性，同时使得在该高填料填充比的情况下，环氧树脂组合物固化后的具有较高的导热系数，让大粒径与大粒径粉体之间的间隙能被小粒径粉体填充，形成全方位的导热。并且当45-75μm粒径粒子、10-40μm粒径粒子的占比分别处于上述范围内时，对于环氧树脂组合物的性能影响在可预期范围内。
可选的，以重量百分含量计，所述A组分的原料中还包括1-3％的纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂与环氧树脂、苯并噁嗪树脂之间存在分子间相互作用力，能够将无机硅原子、硼原子引入混合树脂中，能够提高环氧树脂、苯并噁嗪树脂的热稳定性、热稳定性，进一步提高环氧树脂组合物的热稳定性。
可选的，所述纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂由以下重量份的原料制备得到：苯酚80-90份、多聚甲醛25-30份、硼酸18-20份、乙醇26-30份、纳米二氧化硅7-9份、氨基硅烷偶联剂2-3份；
所述纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂采用以下方法制备：将制备得到的硼酚醛树脂加入至乙醇中混合均匀，再加入纳米二氧化硅、氨基硅烷偶联剂，搅拌至混合均匀，超声30-35min，除乙醇，得到纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂的原料简单易得。通过超声使得纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂更加稳定。当其各原料的含量、制备条件分别处于上述范围内时，对于环氧树脂组合物的性能影响在可预期范围内。
第二方面，本申请提供一种环氧树脂组合物的制备方法，采用如下技术方案：
一种环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂、环氧增韧剂在150-170℃条件下混合预聚，然后加入A组分中其余原料，搅拌至混合均匀，冷却至22±3℃，得到混合料I；
将B组分中各原料于100-120℃进行混合预聚，得到混合料II；
将混合料I加入至混合料II中，搅拌至混合均匀，然后升温至180-200℃，经压延、冷却、粉碎，得到环氧树脂组合物。
通过采用上述技术方案，先将环氧增韧剂与环氧树脂进行预聚，提高环氧树脂的韧性，同时有助于减小内应力，从而有助于填料更稳定的分散于环氧树脂混合物中。
可选的，升温至180-200℃采用阶梯式升温的方式，具体操作为：于25-30min内升温至80℃，再于30-35min内升温至110-120℃，然后于40-50min内升温至180-200℃。
通过采用上述技术方案，采用阶梯式升温，避免应力过于集中而降低产品损坏的可能性。
第三方面，本申请提供一种IGBT半导体，采用如下技术方案：
一种IGBT半导体，IGBT半导体的封装树脂采用上述的环氧树脂组合物。
通过采用上述技术方案，使得制备得到的IGBT半导体具有长使用寿命。
综上所述，本申请至少具有以下有益效果：
1.通过环氧树脂组合物中各原料之间的协同作用，使得环氧树脂组合物的热稳定性显著提高，其固化收缩率为0.068，玻璃化转变温度为241.2℃；在180℃条件下，即在低于玻璃化转变温度下的热膨胀系数为11.9×10-6；在360℃条件下，即在高于玻璃化转变温度下的热膨胀系数为45.2×10-6；
2.通过加入纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂，使得环氧树脂组合物的热稳定性进一步提高，固化收缩率降低至0.061，玻璃化转变温度升高至249.8℃；180℃条件下热膨胀系数降低至10.7×10-6；360℃条件下热膨胀系数降低至43.2×10-6。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
HS-31100选自嘉兴源宇生物科技有限公司；丁基缩水甘油醚选自郑州物宝通商贸有限公司；PSU粉末选自上海帆岗塑胶原料有限公司；2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷选自湖北科沃德化工有限公司；A组分中，分散剂型号为CrayvallacD-801，且选自广州市扬松贸易有限公司；十二胺聚氧乙烯醚，型号为添加剂AC1215，选自江苏省海安石油化工厂；有机硅消泡剂，型号为XJK-601，选自河南恒蓝德环保科技有限公司；B组分中，偶联剂，型号为KH-570，选自南京轩浩新材料科技有限公司；环氧硅油2610，选自上海荟研新材料有限公司；着色炭黑选自上海浩人国际贸易有限公司；LD-410-1环氧树脂液态活性增韧剂选自石家庄利鼎电子材料有限公司；B组分中，分散剂，型号为AKN-2290，选自佛山市千佑化工有限公司；多聚甲醛选自山东盛仓化工科技有限公司；氨基硅烷偶联剂为偶联剂550，主要成分为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，且选自盼得(上海)国际贸易有限公司；纳米二氧化硅选自广州宏武材料科技有限公司；氢化双酚A环氧树脂选自湖北汉达飞生物科技有限公司；双酚F环氧树脂选自济南泉星新材料有限公司；溴化环氧树脂选自南通润丰石油化工有限公司；双酚S环氧树脂选自武汉卡米克科技有限公司；聚[(2-环氧乙烷基)-1,2-环己二醇]2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇醚选自湖北鑫润德化工有限公司；含磷环氧树脂货号为281，且选自苏州市森菲达化工有限公司。
纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂的制备例
制备例I-1
一种纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂，其采用以下方法制备：
将85kg熔融的苯酚加入20kg硼酸中，搅拌至混合均匀，抽真空至绝对真空度为160Pa，在5h内将温度升至140℃，再于3h升温至150℃，然后于3.5h升温至180℃，保温条件下减压蒸馏2.5h，然后降温至60℃，得到硼酸苯酚酯；于30min内将25kg多聚甲醛加入硼酸苯酚酯中，然后于1.5h升温至120℃，体系开始回流时计时，回流40min，再减压脱水，当凝胶时间为90s时，取出产物，得到硼酚醛树脂；将硼酚醛树脂加入至30kg乙醇中混合均匀，再加入纳米二氧化硅、偶联剂550，搅拌至混合均匀，超声35min，除乙醇，得到纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂。
环氧树脂的制备例
制备例II-1
一种环氧树脂，其包括以下原料：60kg氢化双酚A环氧树脂、100kg四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、40kg3，4-环氧环己基甲酸-3'，4'-环氧环己基甲酯。
一种环氧树脂，其采用以下方法制备：将环氧树脂中各原料搅拌至混合均匀，得到环氧树脂，且环氧树脂25℃粘度为1863.2mpa.s。
制备例II-2
一种环氧树脂，其和制备例II-1的区别之处在于，环氧树脂的原料不同，其原料为：45kg双酚F环氧树脂、20kg溴化环氧树脂、35kg邻苯二甲酸二缩水甘油酯；
其和制备例II-1的区别之处还在于，环氧树脂25℃粘度为3034.5mpa.s。
制备例II-3
一种环氧树脂，其和制备例II-1的区别之处在于，环氧树脂的原料不同，其原料为：50kg双酚S环氧树脂、50kg聚[(2-环氧乙烷基)-1,2-环己二醇]2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇醚；
其和制备例II-1的区别之处还在于，环氧树脂25℃粘度为9245.6mpa.s。
制备例II-4
一种环氧树脂，其和制备例II-1的区别之处在于，环氧树脂的原料不同，其原料为：50kg氢化双酚A环氧树脂、10kg含磷环氧树脂、100kg四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、40kg3，4-环氧环己基甲酸-3'，4'-环氧环己基甲酯。；
其和制备例II-1的区别之处还在于，环氧树脂25℃粘度为1956.3mpa.s。
实施例
表1实施例1-4中A组分各原料含量(kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
环氧树脂 15 14 20 25
苯并噁嗪树脂 4 8 3 8
活性稀释剂 4 6 8 8
环氧增韧剂 1 4 3 1
填料 73 66 63 55
偶联剂 0.3 0.4 0.7 1
分散剂 1 0.3 0.5 0.3
防沉降剂 0.1 0.2 0.4 0.5
消泡剂 0.5 0.1 0.2 0.1
应力释放剂 0.1 0.2 0.5 0.5
抗氧剂 0.5 0.4 0.4 0.1
着色炭黑 0.5 0.4 0.4 0.5
总量 100 100 100 100
表2实施例1-4中B组分各原料含量(kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
环氧树脂固化剂 20 30 25 35
促进剂 1 0.1 2 1
酸酐增韧剂 1 1 5 1.5
填料 76 68.3 64.5 60
偶联剂 1 0 1 0.5
分散剂 0.3 0.3 1 0.3
消泡剂 0.1 0.1 0.5 0.1
应力释放剂 0.1 0.1 0.5 0.1
抗氧剂 0.5 0.1 0.5 0.5
总量 100 100 100 100
实施例1
一种环氧树脂组合物，其原料含量如表1所示，A组分和B组分的重量比为1:1。
其中A组分中：
环氧树脂由制备例II-1制备得到；
苯并噁嗪树脂为双酚F型苯并噁嗪树脂(HS-31100)；
活性稀释剂采用丁基缩水甘油醚；
环氧增韧剂为PSU粉末；
填料为经过硅烷偶联剂表面处理的球形硅微粉与球形氧化铝粉末的混合物，且经过硅烷偶联剂表面处理的球形硅微粉与球形氧化铝粉末质量比为1:1.2，并且填料中45-75μm粒径粒子的占比为83％，10-40μm粒径粒子的占比为17％；
偶联剂为环氧基硅烷偶联剂为2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷；
分散剂型号为CrayvallacD-801；
防沉降剂为十二胺聚氧乙烯醚；
消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XJK-601；
应力释放剂为环氧硅油2610；
抗氧剂为2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚；
B组分中，环氧树脂固化剂为十二烯基丁二酸酐；
促进剂为乙酰丙酮钴；
酸酐增韧剂为LD-410-1环氧树脂液态活性增韧剂；
填料为球形氮化铝粉末、球形氮化硼粉末的混合物，且球形氮化铝粉末、球形氮化硼粉末的重量比为1:3.5，并且填料中45-75μm粒径粒子的占比为83％，10-40μm粒径粒子的占比为17％；
偶联剂为KH-570；
分散剂型号为AKN-2290；
消泡剂消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XJK-601；
应力释放剂为环氧硅油2610；
抗氧剂为2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚。
一种环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂、环氧增韧剂加入混炼机中，在170℃条件下混合均匀，然后加入A组分中其余原料，搅拌至混合均匀，冷却至22℃，得到混合料I；
将B组分中各原料加入混炼机中，于120℃条件下进行热熔混合，得到混合料II；
将混合料I加入至混合料II中，搅拌至混合均匀，然后于30min内升温至80℃，再于35min内升温至120℃，然后于50min内升温至200℃，经压延、冷却、粉碎，得到环氧树脂组合物。
实施例2-4
实施例2-4的环氧树脂组合物，其和实施例1的区别之处在于，A组分、B组分中各原料含量不同，其原料含量分别如表1、表2所示，其余均和实施例1相同。
实施例5
一种环氧树脂组合物，其和实施例1的区别之处在于，A组分、B组分的重量比为1：1.2，即B组分中各原料含量均分别为实施例1中各原料含量的1.2倍，其余均和实施例1相同。
实施例6
一种环氧树脂组合物，其和实施例5的区别之处在于，A组分、B组分的重量比为1：1.5，即B组分中各原料含量均分别为实施例1中各原料含量的1.5倍，其余均和实施例5相同。
实施例7-9
实施例7-9的环氧树脂组合物，其和实施例5的区别之处在于，环氧树脂依次分别由制备例II-2～II-4制备得到，其余均和实施例5相同。
实施例10
一种环氧树脂组合物，其和实施例9的区别之处在于，A组分、B组分填料中45-75μm粒径粒子的占比为75％，10-40μm粒径粒子的占比为25％。
实施例11
一种环氧树脂组合物，其和实施例9的区别之处在于，A组分、B组分填料中45-75μm粒径粒子的占比为60％，10-40μm粒径粒子的占比为40％。
实施例12
一种环氧树脂组合物，其和实施例9的区别之处在于，A组分、B组分填料中45-75μm粒径粒子的占比为40％，10-40μm粒径粒子的占比为50％，小于10μm粒径粒子的占比为10％。
实施例13
一种环氧树脂组合物，其和实施例9的区别之处在于，A组分的原料中还包括2kg纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂，纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂由制备例I-1制备得到；
其和实施例9的区别之处还在于，环氧树脂含量为14kg，苯并噁嗪树脂的含量为3kg，其余均和实施例9相同。
对比例
对比例1
一种环氧树脂组合物，其和实施例4的区别之处在于，A组分的原料中，以25kg环氧树脂替换25kg填料，其余均和实施例4相同。
对比例2
一种环氧树脂组合物，其和实施例4的区别之处在于，以25kg环氧树脂固化剂替换100kgB组分，其余均和实施例4相同。
对照例
采用型号为0176/E-39D的半导体元器件的塑封专用环氧树脂。
性能检测试验
对实施例1-13、对比例1-2和对照例的环氧树脂组合物进行以下性能检测：
依据《塑料热固化模塑材料条状压模试件的收缩率测定》JUSG.S2.608-1980对上述16种环氧树脂组合物的固化收缩率进行检测；
依据《塑料热机械分析法(TMA)第2部分：线性热膨胀系数和玻璃化转变温度的测定》GB/T36800.2-2018对上述16种环氧树脂组合物分别于180℃条件下的热膨胀系数(CET1)、260℃条件下的热膨胀系数(CET2)进行检测；
依据《塑料热机械分析法(TMA)第2部分：线性热膨胀系数和玻璃化转变温度的测定》GB/T36800.2-2018对上述16种环氧树脂组合物的玻璃化转变温度(Tg)进行检测，检测结果如表3所示。
表3检测结果
Figure BDA0003383795640000101
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Figure BDA0003383795640000111
本申请的环氧树脂组合物，具有低固化收缩率、低热膨胀系数、高玻璃化转变温度。其固化收缩率的范围为0.061-0.098。且在180℃条件下，即在低于玻璃化转变温度的条件的热膨胀系数的范围为10.7×10-6-14.2×10-6；在360℃条件下，即在高于玻璃化转变温度的条件的热膨胀系数的范围为43.2×10-6-58.7×10-6。其玻璃化转变温度的范围为215.6-249.8℃。对照例中的市售半导体元器件的塑封专用环氧树脂的固化收缩率为1.346；180℃热膨胀系数为18.6×10-6；360℃热膨胀系数为68.6×10-6；玻璃化转变温度为210.3℃。可以看出，本申请中的环氧树脂组合物通过各原料之间的协同作用，显著提高了其热稳定性，有助于提高其使用寿命，从而延长半导体器件的使用寿命，符合市场需求。
从对比例1和实施例4进行对比，对比例1中制备得到的环氧树脂组合物的固化收缩率为1.486；180℃下热膨胀系数为21.3×10-6；360℃下热膨胀系数为78.4×10-6；玻璃化转变温度为184.3℃。实施例4中制备得到的环氧树脂组合物的固化收缩率为0.079；180℃下热膨胀系数为12.8×10-6；360℃下热膨胀系数为47.9×10-6；玻璃化转变温度为231.3℃。相比于实施例4，对比例1中A组分的原料，以25kg环氧树脂替换25kg填料，使得在A组分中，环氧树脂的重量百分含量为50％，填料的重量百分含量为30％。填料的含量降低，使得环氧树脂组合物的导热系数降低，热膨胀系数增大，玻璃化转变温度降低，进一步导致环氧树脂组合物的热稳定性变差，IGBT半导体使用寿命缩短。
将对比例2和实施例4进行对比，对比例1中制备得到的环氧树脂组合物的固化收缩率为1.321；180℃下热膨胀系数为20.7×10-6；360℃下热膨胀系数为75.4×10-6；玻璃化转变温度为186.3℃。实施例4中制备得到的环氧树脂组合物的固化收缩率为0.079；180℃下热膨胀系数为12.8×10-6；360℃下热膨胀系数为47.9×10-6；玻璃化转变温度为231.3℃。相比于实施例4，对比例2中以25kg环氧树脂固化剂替换100kgB组分，使得环氧树脂组合物的固化收缩率、热膨胀系数均升高，玻璃化转变温度降低。A组分、B组分中均含有填料，并且A组分中，环氧树脂能够与较高含量的填料混合均匀，同时，B组分中的环氧树脂固化剂在添加剂的作用下也能够与填料均匀混合，从而使得环氧树脂固化剂与环氧树脂进行反应生成网状立体聚合物的同时，无机填料能够在网状立体聚合物的网状孔隙中分散均匀。相比于，将全部填料与环氧树脂进行混合，填料分别与环氧树脂、环氧树脂固化剂进行均匀混合更有助于提高填料在环氧树脂组合物中的分散性，同时还有助于提高填料的重量百分含量，从而提高环氧树脂组合物的导热系数、热稳定性、力学性能。
应用例
一种IGBT半导体，IGBT半导体包括半导体芯片、引线框架和封装树脂，封装树脂采用本申请实施例1的环氧树脂组合物，IGBT半导体的内部结构及加工安装工艺均为较成熟的技术，在此不再赘述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种环氧树脂组合物，其特征在于，其包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的重量比为1：（1-1.5）；所述A组分包括以下重量百分含量的原料：环氧树脂14-25%、苯并噁嗪树脂3-8%、活性稀释剂4-8%、环氧增韧剂1-5%、填料55-73%、偶联剂0.3-1%、分散剂0.3-1%、防沉降剂0.1-0.5%、消泡剂0.1-0.5%、应力释放剂0.1-0.5%、抗氧剂0.1-0.5%；所述B组分包括以下重量百分含量的原料：环氧树脂固化剂20-35%、促进剂0.1-2%、酸酐增韧剂1-5%、填料60-76%、偶联剂0-1%、分散剂0.3-1%、消泡剂0.1-0.5%、应力释放剂0.1-0.5%、抗氧剂0.1-0.5%；
所述填料为经过硅烷偶联剂表面处理的球形硅微粉、球形氧化铝粉末、球形氧化锌粉末、球形氮化铝粉末、球形氮化硼粉末中的一种或几种；
所述填料中45-75μm粒径粒子的占比为75-85%，10-40μm粒径粒子的占比为15-25%。
2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂25℃粘度≤5000mpa.s。
3.根据权利要求1所述的一种环氧树脂组合物，其特征在于，以重量百分含量计，所述A组分的原料中还包括1-3%的纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂。
4.根据权利要求3所述的一种环氧树脂组合物，其特征在于，所述纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂由以下重量份的原料制备得到：苯酚80-90份、多聚甲醛25-30份、硼酸18-20份、乙醇26-30份、纳米二氧化硅7-9份、氨基硅烷偶联剂2-3份；
所述纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂采用以下方法制备：将制备得到的硼酚醛树脂加入至乙醇中混合均匀，再加入纳米二氧化硅、氨基硅烷偶联剂，搅拌至混合均匀，超声30-35min，除乙醇，得到纳米二氧化硅改性硼酚醛树脂。
5.一种如权利要求1-4任一所述的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂、环氧增韧剂在150-170℃条件下混合预聚，然后加入A组分中其余原料，搅拌至混合均匀，冷却至22±3℃，得到混合料I；
将B组分中各原料于100-120℃进行混合预聚，得到混合料II；
将混合料I加入至混合料II中，搅拌至混合均匀，升温至180-200℃，经压延、冷却、粉碎，得到环氧树脂组合物。
6.根据权利要求5所述的一种环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，升温至180-200℃采用阶梯式升温的方式，具体操作为：于25-30min内升温至80℃，再于30-35min内升温至110-120℃，然后于40-50min内升温至180-200℃。
7.一种IGBT半导体，其特征在于，IGBT半导体的封装树脂采用权利要求1-4任一所述的环氧树脂组合物。
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