环氧模塑料中应力改质剂的使用讨论

2012-12-05王殿年郭本东

电子与封装 2012年7期

王殿年，李进，郭本东

（长兴电子材料有限公司，江苏昆山 215301）

1 引言

随着电子及电气产品中半导体性能的高集成化、高性能化，IC半导体朝向高速化、IC尺寸大型化、多引脚数以及高功率的趋势发展；半导体封装技术也朝向高密度封装、薄型封装等多样性的趋势发展。因此，对于封装材料的需求也不仅止于保护芯片与金线等要求，进一步提高封装产品性能与可靠性，是近年来对封装材料不可或缺的要求。环氧模塑料热应力问题一直是EMC制造商和使用商所关注的问题，如何改善内应力对产品的伤害，各家方法不一，但就环氧模塑料制造商而言，可以通过添加应力改质剂、提高填料含量等来改善，本文就应力改质剂的添加使用进行相关实验验证，同时从应力计算公式σ＝k{（α1-αc）E1（Tg-T1）＋（α2-αc）E2（T2-Tg）}来看，内应力的大小与模量呈正比关系，故本文的研究将直接以模量的变化来表征内应力的变化。

2 实验分析

2.1 应力改质剂

常用的应力改质剂有silicone oil和silicone powder，整体而言，对EMC内应力的减少都有正面意义，但两者选用考虑各有利弊。在silicone powder方面，虽在胶材制程中分散较易，但随着添加量的增加，整体胶材的黏度也相应增加，这样容易造成胶材模流性变差。在silicone oil添加方面，虽造成整体黏度下降模流性变好，但因添加与制作过程中牵扯液态与固态两相的混合，易造成分散不均的情形。

目前各厂商均尝试藉由预溶制程（将phenol resin加热熔化后，再加入silicone oil以液态均一相来达成充分混合的目的）来克服，但时常会因黏度差异或其他分子结构问题而无法充分混合，本实验silicone oil以预溶的方式达到在胶材内的均匀分布，从而达到有效降低内应力的目的。

图1 silicone oil与silicone powder在胶材内的分布示意图

在相同添加量（相同重量百分率）之下，我们推测silicone oil相对于silicone powder的应力减少效果更佳，此论点可由图1来说明，即以平均单位体积内所含的弹性体单位数，silicone oil应比silicone powder高，故silicone oil相对于silicone powder的应力减少效果应更好。

实验结果：

为比对方便，原则上我们保持silicone oil与silicone powder添加总量为2wt%，分别以silicone oil环氧当量（EEW）、反应浓度、反应时间与silicone oil添加量为变因，探讨对整体胶材的影响。整体prereaction反应条件为：

加热温度：175℃。

2.2 环氧当量

将表1完成的反应物，添加至silica含量为76wt%的配方，完成配方的操作后进行各项特性的测试，所得数据如表2。

图2 S.F./G.T.与EEW关系图

图3 Flow test/Al peel与EEW关系图

图4 Strength与 EEW关系图

图5 Modulus与EEW关系图

表1 不同环氧当量比较

表2 表1完成物添加silica含量为76wt%的配方特性

2.3 反应浓度

将表3完成的反应物，添加至silica含量为76wt%的配方，完成配方的操作后进行各项特性的测试，所得数据如表4。

表3 不同反应浓度比较

表4 表3完成物添加silica含量为76wt%的配方特性

图6 S.F./G.F.与reaction conc. 关系图

图7 Flow test/Al peel与reaction conc. 关系图

图8 Strength与reaction conc. 关系图

图9 Modulus与reaction conc. 关系图

2.4 反应时间

表5 不同反应时间比较

将表5完成的反应物，添加至silica含量为76wt%的配方，完成配方的操作后进行各项特性的测试，所得数据如表6。

2.5 添加量

以反应浓度50wt%反应2min后备用，将反应物添加至silica含量为76wt%的配方，完成配方的操作后进行各项特性的测试，所得数据如表7。

3 结果讨论

（1）在silicone oil环氧当量方面，随环氧当量增加，黏度与modulus也随之下降（如图3、图5）。当环氧当量增加时，其代表相同重量的分子数也随之减少，在相同反应时间内，反应程度亦较为完全（即未作用的silicone oil分子数较少），因此在充分结合的效应下，对整体胶材黏度与modulus有一定程度的减少。相反地，环氧当量较低的silicone oil反应程度较不完全，加上混合性较差等双重因素下，造成黏度与modulus减少程度较低，尤其Al peel测量值明显降低（如图3），也是反应未完全的分子所造成（推断为胶材受热时，未反应的silicone oil在无法与树脂系统良好互溶的状况下，因比重与黏度的双重因素，造成分离并浮现在成型胶材表面上）。

（2）在反应浓度影响方面，除反应程度效应外，与树脂系统的互溶性也是重要因素。在低浓度时，藉由反应在胶材中均以较大分子存在，故整体黏度相对于高浓度的对照组更高（如图7），但由于未反应的silicone oil分子亦可由互溶的方式分散在胶材中，故整体在反应浓度方面无明显差异（如图7、图9）。

（3）在反应时间方面，同（2）项原因，随着反应时间增加，黏度随之上升。在其他性质方面则无明显差异。

（4）在添加量部份，除7.5g添加量的黏度与S.F.值有异常外，随着添加量增加，黏度也随之下降，并在添加量5g为临界值。在modulus影响性部份，如同预期，随添加量增加而下降。

（5）为比较silicone powder与silicone oil的效用差异，我们另外尝试改变添加物种，将其实施于silica 76wt%的配方系统，所得结果如表8。