一种环氧塑封料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及环氧塑封材料技术领域，具体涉及一种环氧塑封料及其制备方法与应用。

背景技术

以环氧树脂作为主体树脂和以酚醛树脂为固化剂的组合是当今电子塑封料的主流搭配，环氧树脂和酚醛树脂在固化促进剂的作用下会在高温下固化，同时在其他助剂的作用下生产成环氧塑封料，环氧塑封料的主要作用是保护芯片的加工性，安全性及耐候性。

目前，二氧化硅是生产环氧塑封料中的主要填充填料，其特点是线膨胀系数小，因此以二氧化硅为填料制备的环氧塑封料导热性较低，而高导热的氧化铝和氮化铝等也经常作为环氧塑封料的填充填料，它的线膨胀系数比二氧化硅高一个数量级，虽然这种环氧塑封料的导热性能基本满足了越来越多的大功率元器件的散热需求，但随之也带来了由这种环氧塑封料封装的半导体器件的操作性差，翘曲度高的缺点。

翘曲度高是由于基板、芯片和环氧塑封料的线膨胀系数不匹配造成的，三者线膨胀系数相差越大，翘曲度越高，而三者中环氧塑封料的翘曲度是变动最大的，当环氧塑封料翘曲度高，在封装过程中可能导致塑封料与芯片之间发生剥离现象、切割困难甚至导致回流焊焊接不良，对产品机械强度及可靠性产生不利影响，因此如何平衡高导热和低翘曲是塑封料行业面临的一大问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种环氧塑封料及其制备方法与应用。该环氧塑封料的原料组合物中的填料由特定比例的二氧化硅和导热填料组成，且导热填料是由大小不同粒径的填料组成，同时结合粘度较低的环氧树脂，制备得到的环氧塑封料不仅具备较高的导热性能，同时还可以有效地降低环氧塑封料的翘曲度。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种环氧塑封料，该环氧塑封料由含有环氧树脂、固化剂、二氧化硅、导热填料和助剂的原料组合物制成，其中，所述导热填料和所述二氧化硅的用量的重量比为3-25:1，所述导热填料由粒径为15-85μm和0.1-8μm的导热填料组成，所述环氧树脂的粘度为0.1-1.5pa·s。

优选地，所述导热填料和所述二氧化硅的用量的重量比为5-20:1。

优选地，所述环氧树脂、固化剂、复合填料和助剂的用量的重量比为3-4:1-2:48-49:1。

优选地，所述二氧化硅选自结晶型二氧化硅、熔融型二氧化硅和偶联剂改性后的二氧化硅中的一种或两种以上。

优选地，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或两种以上。更优选地，所述导热填料为氧化铝。

优选地，所述导热填料由粒径为20-75μm和0.3-5μm的导热填料组成。更优选地，所述导热填料由粒径为20-55μm和2-4μm的导热填料组成。

优选地，所述二氧化硅的粒径为0.3-5μm。

优选地，所述环氧树脂选自联苯型环氧树脂、联苯苯酚型环氧树脂、含萘型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、多官能团环氧树脂、双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或两种以上。

优选地，所述固化剂选自线性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、含萘型酚醛树脂和含芳烷基苯酚型酚醛树脂中的一种或两种以上。

优选地，所述助剂选自促进剂、脱模剂、阻燃剂、偶联剂、离子捕捉剂、低应力改性剂和着色剂中的一种或两种以上。

本发明第二方面提供了一种前文所述的环氧塑封料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将环氧塑封料的原料组合物混合，然后将混合后的物料在温度为70-90℃下熔融混炼5-10min；

(2)将步骤(1)得到的熔融混炼物料进行冷却、粉碎，预成型，得到环氧塑封料。

本发明第三方面提供了一种前文所述环氧塑封料作为半导体封装材料的应用。

通过上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明中，通过在制备环氧塑封料的原料组合物中添加二氧化硅和特定粒径范围的导热填料，并结合粘度较低的环氧树脂作为基体制备的环氧塑封料，不仅具有较高的导热系数，而且翘曲度相对较小；

(2)本发明中，将该环氧塑封料作为半导体封装材料时，能够满足大功率元器件散热需求，同时具备良好的可靠性和成型性。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

发明人通过研究发现，通过将线膨胀系数较小的二氧化硅和高导热的氧化铝等导热填料进行复配并优化其粒径，并选择粘度较低的环氧树脂为基体制备的环氧塑封料，不仅可以保证环氧塑封料的导热性能，同时可以有效地降低塑封料的翘曲度。

本发明第一方面提供了一种环氧塑封料，该环氧塑封料由含有环氧树脂、固化剂、二氧化硅、导热填料和助剂的原料组合物制成，其中，所述导热填料和所述二氧化硅的用量的重量比为3-25:1，所述导热填料由粒径为15-85μm和0.1-8μm的导热填料组成，所述环氧树脂的粘度为0.1-1.5pa·s。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述导热填料和所述二氧化硅的用量的重量比为5-20:1，例如为5:1，7.1:1，8.5:1，10:1，11.6:1，13:1，16.5:1或20:1。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述环氧树脂、固化剂、复合填料和助剂的用量的重量比为3-4:1-2:48-49:1，例如可以为3:1:48:1，3.48:1.77:48.3:1，3.87:1.99:48.9:1或4:2:49:1。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述二氧化硅选自结晶型二氧化硅、熔融型二氧化硅和偶联剂改性后的二氧化硅中的一种或两种以上。

在本发明中，所述偶联剂改性后的二氧化硅为市售品。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或两种以上。在更优选实施方式中，所述导热填料为氧化铝。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述导热填料由粒径为20-75μm和0.3-5μm的导热填料组成。在更优选实施方式中，所述导热填料由粒径为20-55μm，例如为20μm、30μm、40μm、50μm、53μm或55μm，和2-4μm，例如为2μm、3μm或4μm的导热填料组成。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述二氧化硅的粒径为0.3-5μm，例如为0.3μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。

在本发明所述环氧塑封料中，在优选实施方式中，所述环氧树脂选自联苯型环氧树脂、联苯苯酚型环氧树脂、含萘型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、邻甲酚环氧树脂、多官能团环氧树脂、双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述固化剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述固化剂为酚醛树脂。在更优选实施方式中，所述固化剂选自线性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、含萘型酚醛树脂和含芳烷基苯酚型酚醛树脂中的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述助剂选自促进剂、脱模剂、阻燃剂、偶联剂、离子捕捉剂、低应力改性剂和着色剂中的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述促进剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述促进剂选自三苯基膦、2-甲基咪唑、二氮杂二环、二苯基四甲基咪唑、对苯醌与三苯基膦偶合物中的一种或两种以上。在更优选实施方式中，所述促进剂为三苯基膦。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述脱模剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述脱模剂选自氧化聚乙烯蜡、硬脂酸蜡、多羟基长链脂肪酸蜡和聚酰胺蜡中的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述阻燃剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈和/或三苯基氧膦。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述偶联剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述偶联剂选自三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、双-(3-三乙氧基硅烷丙基)-四硫化物或γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述离子捕捉剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述离子捕捉剂为阴离子捕捉剂、阳离子捕捉剂、阴-阳复合离子捕捉剂、水滑石化合物的一种或两种以上。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述低应力改性剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述低应力改性剂为环氧聚醚改性的聚有机硅氧烷、环氧化聚丁二烯。

在本发明所述环氧塑封料中，在具体实施方式中，所述着色剂可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述着色剂为炭黑。

本发明第二方面提供了一种前文所述环氧塑封料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将环氧塑封料的原料组合物混合，然后将混合后的物料在主辊温度为70-80℃，副辊温度为80-90℃下熔融混炼5-10min；

(2)将步骤(1)得到的熔融混炼物料进行冷却、粉碎，预成型，得到环氧塑封料。

本发明第三方面提供了一种前文所述环氧塑封料作为半导体封装材料的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如无特殊说明，本发明实施例及对比例中所涉及的试剂均为市售产品。

联苯型环氧树脂：厂家：三菱株式会社制，牌号：YX400，粘度为0.21pa·s；

含萘型环氧树脂：厂家：大日本油墨公司，牌号：HP6000L，粘度为1.3pa·s；

多官能团酚醛：厂家：明和产业株式会社，牌号：MEH7500；

三乙氧基硅烷：厂家：江苏晨光公司，牌号：KH560；

水滑石：厂家：日本协和化学工业株式会社，牌号：DHT-4C；

聚酰胺蜡：厂家：南京天诗公司，牌号：EBS；

有机硅改性环氧树脂：厂家：道康宁公司，牌号：SF-8421EG。

实施例1-6和对比例1-3的原料组分按照表1进行配比，并按照以下方法进行实施：

(1)将各原料组分进行称量，然后将各原料组合物混合，将混合后的物料在温度为75℃的主辊和温度为85℃的副辊的开放式混炼机上熔融混炼9min；

(2)将步骤(1)得到的熔融混炼物料进行冷却、粉碎，预成型成饼料，得到环氧塑封料。

表1实施例1-6和对比例1-3的原料配比

对比例4

按照实施例1的原料配比及制备方法，所不同的是，将环氧树脂改为由济南圣泉公司的环氧树脂SQCN700-3，其粘度为2.7pa·s

对比例5

按照实施例1的原料配比及制备方法，所不同的是，将二氧化硅的用量调整到38.35％，使导热填料和二氧化硅的用量的重量比为2:1。

对比为例6

按照实施例1的原料配比及制备方法，所不同的是，将二氧化硅的用量调整到2.56％，使导热填料和二氧化硅的用量的重量比为30:1。

测试例

(1)导热系数：采用稳态法按GB/T 10294标准进行。

(2)翘曲度：将铜片预先放置在翘曲模具中之后一起放入到175℃的压机上，然后将环氧塑封料从进料口倒入，预成型110s后制得长为75mm，厚为0.8mm的样条，每组做两条；将制备的样条放入在175℃的烘箱中后固化4h，取出在激光测量仪上进行扫描测试，得到翘曲值。

对实施例1-6和对比例1-6制备的环氧塑封料的导热系数和翘曲度进行测试，结果如表2所示。

表2

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由实施例1-6和对比例1-6的测试结果可以看出，本发明所述环氧树脂组合物通过加入二氧化硅和片状的高导热填料并优化其粒径，以及选择粘度较低的环氧树脂作为基体制备的环氧塑封料，不仅具有较高的导热系数，而且翘曲相对较小，能够满足大功率元器件散热需求，同时具备良好的可靠性和成型性。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。