隨著電子產業的日益繁榮,電子元器件封裝產業也快速發展,從而帶動塑封料等行業的發展。電子封裝可分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝三種,其中后兩種為氣密性封裝,主要用于航天、航空及軍事領域,而塑料封裝則廣泛用于民用領域。
由于采用塑料封裝方式成本低,又適用于大規模自動化生產,近年來無論晶體管還是集成電路都已越來越多地采用塑料封裝,目前塑料封裝占集成電路和電子元器件封裝的90%以上?,塑料封裝所用的材料包括灌封膠、聚酰亞胺、環氧塑封料等,其吸水率、黏度等性能。其中環氧塑封料占90%~97%,而環氧塑封料中填充劑的含量占總重量的60%~90%。塑封料近幾年在中國發展很快,生產產量保持20%左右的增長速度。
環氧塑封料是以環氧樹脂為基體的復合材料,以酚醛樹脂為固化劑,填充60wt%-90wt%的填充劑和5wt%左右的其他添加劑混煉而成環氧塑封料常見的生產過程分三個階段,先預混合,然后混煉粉碎制備成環氧塑封料粉料,最后冷壓成型制備不同規格的餅料。理想狀態的環氧塑封料結構,填充劑大小均勻分布,硅粉的周圍均勻地浸潤環氧酚醛樹脂,并且環氧酚醛樹脂反應達到理想的要求,其他小量添加劑完全分散其中。由于塑封料中60wt%一90wt%是填充劑,因此填充劑的種類、含量及性能都直接影響環氧塑封。
電子元器件和集成電路用環氧塑封料封裝成型收縮會導致封裝器件內部產生熱應力,將造成強度下降、耐熱沖擊差、老化開裂、空洞、鈍化和離層等各種缺陷,因此必須采用有效的手段降低這種內應力。環氧樹脂的熱膨脹系數遠高于芯片、基板、框架和連線等材料,SiO,粉熱膨脹系數較小,因此可以通過添加填充劑含量來有效地降低塑封料熱膨脹系數。通過增加填充劑含量、降低熱膨脹系數可以有效減小熱應力,但是增加填充劑含量的同時又會增加環氧塑封料的彈性模量,會增加熱應力,因此常通過添加增韌劑降低模量來共同降低熱應力。
增加塑封料的物理性能
填充劑可以有效地增加復合材料的強度、模量和硬度。另外填充劑還影響塑封料的線膨脹系數、體積電阻率,吸濕性等物理性能,填充劑對塑封料性能的影響。
玻璃化轉變溫度(T)和熱失重溫度常被用來分析材料的耐熱性。T越高則材料耐高溫性能越好;熱失重溫度越高,則材料熱穩定性越好,在高溫環境中的使用壽命也越長。郎搏萬公司研究了熱塑性聚醚酰亞胺(PEI)/環氧樹脂共混體系的T在不同條件下的變化情況。在不同的固化溫度下,加入特性黏度不同的PEI都使體系中環氧富集相的T較純環氧體系更高;固化溫度相同時,PEI特性黏度越大則環氧富集相的T上升幅度越大。另外,聚酰胺酸(PAA)改性環氧樹脂體系失重50%的溫度達600℃,而800℃時的余重為24%。雙羥基鄰苯酰亞胺固化環氧樹脂的T達230℃,雙羥基或雙羧基鄰苯酰亞胺固化環氧樹脂體系熱穩定溫度達370~380℃,其羧基當量和環氧當量比例適當時,用以固化酚醛型環氧時,900℃殘留量高達41.3%。
力學性能
用橡膠和聚丙烯酸酯改性環氧樹脂,雖然也能提高其韌性,但并不能提高其熱性能,利用熱塑性聚酰亞胺可在不降低體系的玻璃化溫度、強度和硬度等優點的情況下改善體系的韌性。
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