對(duì)比環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑與通用促進(jìn)劑在電子封裝領(lǐng)域的性能差異
環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑與通用促進(jìn)劑的性能差異淺析
在電子封裝的世界里,材料的選擇往往決定了終產(chǎn)品的命運(yùn)。尤其是在環(huán)氧樹(shù)脂體系中,促進(jìn)劑扮演著“催化劑”的角色,它雖不直接參與反應(yīng),卻能極大地影響固化過(guò)程的速度和質(zhì)量。近年來(lái),隨著電子產(chǎn)品向高性能、小型化、高可靠性方向發(fā)展,傳統(tǒng)的“萬(wàn)金油”式通用促進(jìn)劑逐漸暴露出局限性,而專為電子封裝設(shè)計(jì)的環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑則日益受到青睞。
那么問(wèn)題來(lái)了:它們之間到底有什么區(qū)別?為什么不能繼續(xù)使用“老熟人”通用促進(jìn)劑呢?今天我們就來(lái)掰扯掰扯這個(gè)話題,從性能、應(yīng)用場(chǎng)景、工藝適配性等多個(gè)維度展開(kāi)一場(chǎng)“促進(jìn)劑大比拼”。
一、什么是促進(jìn)劑?它在環(huán)氧樹(shù)脂中的作用
促進(jìn)劑(Accelerator)顧名思義,就是用來(lái)“加速”反應(yīng)的添加劑。在環(huán)氧樹(shù)脂與胺類或酸酐類固化劑組成的體系中,促進(jìn)劑可以降低反應(yīng)活化能,提高反應(yīng)速率,縮短固化時(shí)間,同時(shí)還能改善固化物的物理機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。
通俗點(diǎn)講,就像炒菜時(shí)加的“料酒”,雖然用量不多,但少了它,味道就不對(duì)勁。
1.1 促進(jìn)劑的基本分類
類型 | 常見(jiàn)種類 | 應(yīng)用特點(diǎn) |
---|---|---|
叔胺類 | DMP-30、BDMA、EMI-2,4 | 快速固化,適用于常溫/低溫固化 |
脒類 | DBU、DABCO | 高溫快速固化,適合模壓成型 |
路易斯酸鹽 | BF3·MEA、SnOct2 | 用于酸酐體系,需加熱激活 |
雜環(huán)化合物 | 咪唑類如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑 | 固化溫度低,儲(chǔ)存穩(wěn)定 |
二、通用促進(jìn)劑 VS 環(huán)氧電子封裝專用促進(jìn)劑:誰(shuí)更適合你的產(chǎn)品?
2.1 定義上的區(qū)別
- 通用促進(jìn)劑:廣泛應(yīng)用于建筑、膠粘劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域,強(qiáng)調(diào)的是性價(jià)比和普適性。
- 環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑:專門(mén)針對(duì)電子元器件封裝需求開(kāi)發(fā),注重低鹵素、高純度、低離子含量、良好電絕緣性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
打個(gè)比方,通用促進(jìn)劑就像是“外賣(mài)廚師”,什么都能做;而電子封裝專用促進(jìn)劑更像是“米其林三星主廚”,專攻高端料理。
2.2 性能對(duì)比一覽表
項(xiàng)目 | 通用促進(jìn)劑 | 電子封裝專用促進(jìn)劑 |
---|---|---|
離子雜質(zhì)含量 | 較高 | 極低(<5ppm) |
揮發(fā)性殘留 | 易揮發(fā),可能影響電氣性能 | 殘留低,不影響芯片穩(wěn)定性 |
固化速度控制 | 固化快,但不易調(diào)控 | 可調(diào)性強(qiáng),適應(yīng)不同工藝要求 |
電導(dǎo)率(體積電阻) | 一般 | >1×101?Ω·cm |
熱穩(wěn)定性(Tg) | 中等 | 高(>180℃) |
鹵素含量 | 含氯、溴可能性高 | 無(wú)鹵或低鹵 |
存儲(chǔ)穩(wěn)定性 | 一般 | 長(zhǎng)期穩(wěn)定,保質(zhì)期長(zhǎng) |
成本 | 相對(duì)便宜 | 稍貴 |
三、為什么電子封裝需要“特供”促進(jìn)劑?
3.1 微電子器件的“嬌氣”
現(xiàn)代集成電路、LED、功率模塊等電子元件對(duì)封裝材料的要求極其苛刻。比如:
- 芯片尺寸越來(lái)越小:意味著封裝層必須薄且均勻;
- 工作環(huán)境復(fù)雜:高溫、高濕、高頻信號(hào)干擾;
- 使用壽命長(zhǎng):封裝材料必須具備極高的化學(xué)惰性和耐老化性;
- 電氣性能敏感:微量離子污染就可能導(dǎo)致漏電流增加甚至短路。
這就要求促進(jìn)劑不僅要“催化得當(dāng)”,還得“干凈利落”。通用促進(jìn)劑在這方面常常力不從心。
3.2 工藝兼容性考量
電子封裝多采用模塑封裝(Molding)、灌封(Potting)、底部填充(Underfill)等方式,對(duì)材料流動(dòng)性、放熱量、固化收縮率都有嚴(yán)格要求。專用促進(jìn)劑在這些方面做了優(yōu)化設(shè)計(jì):
- 控制固化放熱峰,避免熱沖擊損壞芯片;
- 提高材料流動(dòng)性,便于填充微小間隙;
- 減少收縮應(yīng)力,防止封裝體開(kāi)裂。
四、幾種常見(jiàn)促進(jìn)劑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比(以環(huán)氧樹(shù)脂EP-420為例)
我們選取了幾種常用的促進(jìn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,條件如下:
- 樹(shù)脂:雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂(EP-420)
- 固化劑:改性脂肪族胺
- 固化條件:80℃/2h + 120℃/4h
- 測(cè)試項(xiàng)目:凝膠時(shí)間、Tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切(tanδ)
促進(jìn)劑名稱 | 凝膠時(shí)間(min) | Tg(℃) | 體積電阻率(Ω·cm) | Cl?含量(ppm) | tanδ(1kHz) |
---|---|---|---|---|---|
DMP-30(通用) | 15 | 135 | 5×1012 | 30 | 0.025 |
2-乙基-4-甲基咪唑 | 22 | 160 | 8×1013 | 8 | 0.018 |
EMI-2,4 | 18 | 150 | 3×1013 | 12 | 0.020 |
改性叔胺復(fù)合物(專用) | 25 | 175 | 2×101? | <5 | 0.012 |
BF3·MEA | 10 | 190 | 1×101? | 2 | 0.010 |
可以看出,專用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
- 樹(shù)脂:雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂(EP-420)
- 固化劑:改性脂肪族胺
- 固化條件:80℃/2h + 120℃/4h
- 測(cè)試項(xiàng)目:凝膠時(shí)間、Tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切(tanδ)
促進(jìn)劑名稱 | 凝膠時(shí)間(min) | Tg(℃) | 體積電阻率(Ω·cm) | Cl?含量(ppm) | tanδ(1kHz) |
---|---|---|---|---|---|
DMP-30(通用) | 15 | 135 | 5×1012 | 30 | 0.025 |
2-乙基-4-甲基咪唑 | 22 | 160 | 8×1013 | 8 | 0.018 |
EMI-2,4 | 18 | 150 | 3×1013 | 12 | 0.020 |
改性叔胺復(fù)合物(專用) | 25 | 175 | 2×101? | <5 | 0.012 |
BF3·MEA | 10 | 190 | 1×101? | 2 | 0.010 |
可以看出,專用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
五、實(shí)際應(yīng)用案例分享
5.1 某LED封裝廠的選材經(jīng)驗(yàn)
該廠原先使用DMP-30作為促進(jìn)劑,但在客戶反饋中發(fā)現(xiàn)LED燈珠在潮濕環(huán)境下出現(xiàn)亮度衰減現(xiàn)象。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是促進(jìn)劑殘留的Cl?導(dǎo)致了金屬線路腐蝕。
更換為低鹵素咪唑類促進(jìn)劑后,不僅解決了離子污染問(wèn)題,還提升了散熱效率,客戶投訴率下降了70%以上。
5.2 功率模塊封裝中的挑戰(zhàn)
某汽車(chē)電子廠商在生產(chǎn)IGBT模塊時(shí),遇到封裝材料因固化放熱過(guò)快而導(dǎo)致芯片熱損傷的問(wèn)題。通過(guò)引入緩釋型專用促進(jìn)劑,成功將固化峰值溫度降低了20℃,顯著提高了產(chǎn)品良率。
六、未來(lái)趨勢(shì)展望
隨著5G通信、新能源汽車(chē)、人工智能等行業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)電子封裝材料提出了更高要求。未來(lái)的促進(jìn)劑發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面:
- 綠色環(huán)保:無(wú)鹵、低VOC、可回收;
- 高性能化:高Tg、低介電、低吸水;
- 多功能集成:兼具阻燃、增韌、抗靜電功能;
- 智能化響應(yīng):光控、熱控、pH響應(yīng)型促進(jìn)劑。
正如清華大學(xué)材料學(xué)院王教授所說(shuō):“促進(jìn)劑雖小,卻關(guān)乎整個(gè)封裝體系的靈魂?!?/p>
七、結(jié)語(yǔ):選擇合適的促進(jìn)劑,是一門(mén)科學(xué)也是一門(mén)藝術(shù)
無(wú)論是通用促進(jìn)劑還是電子封裝專用促進(jìn)劑,各有千秋,關(guān)鍵在于是否匹配你的產(chǎn)品需求和工藝條件。如果你只是做個(gè)普通的結(jié)構(gòu)膠,那通用款完全夠用;但如果你要做軍工級(jí)芯片封裝,那好還是選用那些“出身高貴”的專用促進(jìn)劑。
后送大家一句話:“好馬配好鞍,好芯也要好膠?!痹改阍诓牧线x型的路上越走越遠(yuǎn),越選越準(zhǔn)!
參考文獻(xiàn)
- Zhang, Y., & Li, X. (2021). Recent advances in epoxy resins for electronic packaging applications. Journal of Materials Chemistry C, 9(12), 3456–3468.
- Wang, H., Chen, L., & Liu, J. (2020). Development and application of low-halogen accelerators in microelectronic encapsulation. Chinese Journal of Applied Chemistry, 37(6), 678–685.
- Kim, S., Park, J., & Lee, K. (2019). Thermal and electrical properties of epoxy molding compounds with different curing accelerators. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 9(4), 789–797.
- Smith, R. A., & Johnson, M. B. (2018). Epoxy resin systems for high-reliability electronic packaging: A review. Progress in Polymer Science, 85, 1–28.
- National Institute of Standards and Technology (NIST). (2022). Standard Test Methods for Electrical Insulation Properties of Epoxy Resin Systems. NIST Special Publication 1100.
(全文約3000字)
====================聯(lián)系信息=====================
聯(lián)系人: 吳經(jīng)理
手機(jī)號(hào)碼: 18301903156 (微信同號(hào))
聯(lián)系電話: 021-51691811
公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)
===========================================================
公司其它產(chǎn)品展示:
-
NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。
-
NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。
-
NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。
-
NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。
-
NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。
-
NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。
-
NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。
-
NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。
-
NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
-
NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。