用于全包封器件的高導熱環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于全包封器件的高導熱環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法，用于全包封器件的高熱導環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的環(huán)氧樹脂組合物中的主要組分及含量為：環(huán)氧樹脂5~10wt%、酚醛樹脂5~8wt%、無機填料70~77wt%、超細球形氧化鋁粉3～7%wt%,本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中還包含有：固化促進劑、阻燃劑、脫模劑、無機離子捕捉劑、硅烷偶聯(lián)劑、著色劑和低應力改性劑中的一種或幾種。通過添加超細球形氧化鋁粉末，改善樹脂組合物的填充性能，能夠滿足全包封器件背厚小于0.5mm，特別適用于0.43mm背厚的要求的高導熱環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物。
【專利說明】用于全包封器件的高導熱環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法，特別是一種具有高熱導性能、成型工 藝性能良好，適用于全包封器件的環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 近年來，全包封分立器件由于組裝方便，相對于半包封產(chǎn)品得到了更快的發(fā)展。要 求半導體封裝材料具有高熱導性能和優(yōu)良的成型工藝性能。具有優(yōu)良的阻燃性能并且能夠 符合環(huán)保要求。全包封器件主要是用于大、功率電子產(chǎn)品。由于特殊的結構要求，其封裝是 一種典型的不對稱封裝。全包封器件背面（散熱片一面）一般較薄，為0.7-0. 5mm，如果厚 度超過0. 7_，會嚴重影響全包封器件的散熱性。散熱不良時，電子產(chǎn)品的溫度在工作時會 達到70°C以上，高溫對三極管的工作穩(wěn)定性將產(chǎn)生極大的影響，進而對整個電子產(chǎn)品的性 能產(chǎn)生重大影響。因此，為了提高散熱性，保證電子產(chǎn)品的工作可靠性，目前全包封器件的 背面厚度向薄型發(fā)展。目前市場上最薄的背面厚度為〇.43mm。當背面厚度減小后，由于背 面空間的狹小，器件在進行包封時，塑封料在其正面與背面中的流動時阻力差別增大，從而 造成流速差異也變大，容易造成在背面形成氣孔，或者造成填充不滿等塑封工藝缺陷。
[0003] 在公開的技術當中，采用硅烷偶聯(lián)劑對無機填料進行表面處理而增加無機填料的 含量（例如，參照特開平8-20673號公報），可以保持成型時的低粘度和高流動性。然而，該 方法中使用的傳統(tǒng)硅烷偶聯(lián)劑分子量較小，與無機填料之間的結合力較差，起不到一定的 增韌效果，從而使得環(huán)氧樹脂組合物熔融粘度還不夠小，因此需要進一步改進技術。日本特 開2002-220515中公開了一種環(huán)氧樹脂組合物，填料量達到80%，熔融黏度較高，螺旋流動 長度較低。成型工藝性能不好，塑封料封裝器件表面有氣孔。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提出用于半導體器件封裝的 環(huán)氧樹脂組合物及其制備方法，通過添加超細球形氧化鋁粉末，改善樹脂組合物的填充性 能，能夠滿足全包封器件背厚小于〇. 5_，特別適用于0. 43_背厚的要求的的高導熱環(huán)保 型環(huán)氧樹脂組合物。
[0005] 為了解決上述技術問題，通過以下技術方案得以實施：
[0006] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物中的主要組分及含量為：
[0007] 環(huán)氧樹脂5?IOwt %
[0008] 酚醛樹脂5?8wt%
[0009] 無機填料7〇?77Wt %
[0010] 超細球形氧化鋁粉 3?7 % wt %
[0011] 根據(jù)需要，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中還包含有：固化促進劑、阻燃劑、脫模劑、無 機離子捕捉劑、硅烷偶聯(lián)劑、著色劑和低應力改性劑中的一種或幾種。
[0012] 所述的固化促進劑，只要能促進環(huán)氧基和酚羥基的固化反應即可，無特別限定。所 述的固化促進劑一般在組合物中的含量為0. 1?lwt% ;可以選自咪挫化合物、叔胺化合物 和有機膦化合物等中的一種或幾種。
[0013] 所述的咪唑化合物選自2 -甲基咪唑、2,4 一二甲基咪唑、2 -乙基一 4 一甲基咪 唑、2 -苯基咪唑、2 -苯基一 4 一甲基咪唑和2 -（十七烷基）咪唑等中的一種或幾種。
[0014] 所述的叔胺化合物選自三乙胺卞基二甲胺、α -甲基卞基二甲胺、2 -（二甲胺基 甲基）苯酚、2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚和1，8-二氮雜雙環(huán)（5,4,0)十一碳烯一 7 等中的一種或幾種。
[0015] 所述的有機膦化合物選自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（對甲基 苯基）膦和三（壬基苯基）膦等中的一種或幾種。
[0016] 所述的脫模劑一般在組合物中的含量為0.01?lwt% ;可以選自巴西棕櫚蠟、合 成蠟和礦物質(zhì)蠟中的一種或幾種。
[0017] 所述的無機離子捕捉劑一般在組合物中的含量為0. 05?0. 5wt% ;包括但不限于 選自水合金屬氧化物（如扮203 *3!120)、酸性金屬鹽（如：24即04)2，!120)及鋁鎂的化合 物（如：Mg6A12(C03) (OH) 16 · 4H20)中的一種或幾種。
[0018] 所述的硅烷偶聯(lián)劑一般在組合物中的含量為0.3?lwt% ;可以選自γ-環(huán)氧丙 基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨 丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。
[0019] 所述的著色劑一般在組合物中的含量為0. 2?0. 8wt% ;如炭黑。
[0020] 所述的低應力改性劑一般在組合物中的含量為0. 1?2wt% ;如液體娃油、娃橡膠 粉末或它們的混合物等。
[0021] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物中所使用的環(huán)氧樹脂為1個環(huán)氧分 子內(nèi)有2個以上環(huán)氧基團的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結構無特別限定。上述 的環(huán)氧樹脂可以選自鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、線性酚醛 環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、開鏈脂肪族環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹 月旨、雜環(huán)型環(huán)氧樹脂等中的一種或幾種。
[0022] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物中所使用的酚醛樹脂為1個酚醛分 子內(nèi)有2個以上羥基的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結構無特別限定。上述的酚 醛樹脂可以選自苯酚線性酚醛樹脂及其衍生物、苯甲酚線性酚醛樹脂及其衍生物、單羥基 或二羥基萘酚醛樹脂及其衍生物、對二甲苯與苯酚或萘酚的縮合物、雙環(huán)戊二烯與苯酚的 共聚物等中的一種或幾種。
[0023] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物中所使用的填料為高熱導填料。所述 的填料可以選自結晶二氧化硅微粉、氧化鋁微粉、氮化硅微粉、氮化鋁微粉等中的一種或幾 種。上述結晶型二氧化硅微粉、氧化鋁微粉、氮化硅微粉、氮化鋁微粉可以單獨使用或混合 使用。此外，所述的填料的表面可以使用硅烷偶聯(lián)劑進行表面處理。
[0024] 所述的結晶型二氧化硅粉末、三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末的中位徑 (D50)都為10?40微米。
[0025] 所述的超細球形氧化鋁粉粒度（D50)為0. 5-1. 0微米的球形氧化鋁微粉。
[0026] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物中所使用的是不含溴銻的阻燃劑，可 用金屬氫氧化物、水和金屬化合物、金屬氧化物、鉬酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、含膦化合物含氮 化合物，這些化合物可單獨使用或兩種以上混合使用。
[0027] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物的制備方法：將占包含高熱導環(huán)保型 環(huán)氧樹脂組合物總量的5?10wt%的環(huán)氧樹脂、5?8wt%的酷醛樹脂、70?77wt%的無機 填料及3?7% wt%的超細球形氧化鋁粉及阻燃劑、脫模劑、著色劑、離子捕捉劑、低應力改 進劑等混合均勻（如包含其它成分時將其它成分與上述成分同時混合均勻），然后在溫度 為70?100°C的雙輥筒混煉機上熔融混煉均勻，將混合均勻的物料從雙輥筒混煉機上取下 自然冷卻、粉碎得到所述的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物的粉狀料；進一步預成型為 餅料，獲得包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物的成型材料。
[0028] 在將環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、填料、超細球形氧化鋁微粉及阻燃劑的混合過程中，進 一步加入固化促進劑、脫模劑、無機離子捕捉劑、硅烷偶聯(lián)劑、著色劑和低應力改性劑中的 一種或幾種進行混合。
[0029] 本發(fā)明采用上述組合物和制備方法后，其有益效果為：
[0030] 本發(fā)明的包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物是一種填充性優(yōu)良的半導體封裝用 材料，該組合物同時還具備了必要的流動性、高可靠性、阻燃性。

【具體實施方式】
[0031] 以下結合實施例進一步說明本發(fā)明，但這僅是舉例，并不是對本發(fā)明的限制。
[0032] 實施例1
[0033] 鄰甲酷酸環(huán)氧樹脂 A(日本 DIC Corporation 制 "N-665"）15wt%
[0034] 苯酚線性酚醛樹脂 B (日本 DIC Corporation 制 "TD-2131"）7wt%
[0035] 固化促進劑2_甲基咪挫C 0· 5wt%
[0036] 結晶二氧化硅微粉Dl (d50為25 μ m) 72wt%
[0037] 超細球形氧化錯粉 El (日本 AdmatechCorporation 制 "AO-502"，D50 為 0· 7 微 米）5% wt%
[0038] 阻燃劑 5wt%
[0039] 巴西棕櫚蠟0· 4wt %
[0040] γ -環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷0. 5wt %
[0041] 無機離子捕捉劑 0· 2wt% (日本 T0AG0SEI Co.，Ltd 制 IXE500(Bi203 · 3H20))
[0042] 炭黑 0.5wt%
[0043] 液體硅油0.3wt%
[0044] 娃橡膠粉末 0. 5wt% (d50 為 1 μ m)
[0045] 按照上述配比稱量并混合均勻后，再在溫度為70?100°C預熱的雙輥筒混煉機上 熔融混煉均勻，將混合均勻的物料從雙輥筒混煉機上取下自然冷卻、粉碎得粉狀料，預成型 為餅料，獲得包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物成型材料，并用以下方法進行評價，結果見 表1。
[0046] 膠化時間：熱板法，將電熱板加熱到175±1°C，取0. 3-0. 5g樣品粉料放在電熱板 上，粉料逐漸由流體變成膠態(tài)時為終點，讀出所需時間。
[0047] 螺旋流動長度：在傳遞模塑壓機上借助EMMI-1-66螺旋流動金屬模具測定，成型 壓力為70±2此以〇11 2模具溫度在175±2°〇，取樣品20±58進行測試。
[0048] 熔融粘度：利用日本島津公司的高化流動儀測定所述環(huán)氧組合物的熔融粘度。測 試條件：口模為0.5X 1.0mm，載荷為10kg，溫度為175°C。
[0049] 導熱系數(shù)：按照國標GB/T3139-82利用導熱儀測定所述環(huán)氧組合物的導熱系數(shù)。 [0050] 阻燃性：把樣品在175 °C /25Mpa條件下制成1/16英寸厚度的樣塊，然后在 175°C /6h的條件下進行后固化，最后通過垂直燃燒法按照GB4609-84進行阻燃測試。
[0051] 成型工藝性能：塑封大功率全包封器件T0-220F (背厚0. 43mm)，內(nèi)部氣孔用超聲 掃描測定，正面臺階面氣孔和背部氣孔用目測。經(jīng)檢驗后不合格器件的只數(shù)越少表明成型 工藝性能越好。
[0052] 實施例2?10組合物的組成見表1，制備方法同實施例1，評價方法同實施例1，評 價結果見表1。
[0053] 比較例1?5組合物的組成見表2，制備方法同實施例1，評價方法同實施例1，評 價結果見表2。
[0054] 實施例2?10、比較例1?5組合物中采用的在實施例1以外的成分如下所示。
[0055] 二環(huán)戊二稀型環(huán)氧樹脂 A2 (日本 DIC Corporation 制 "HP-7200"）
[0056] 苯酚烷基酚醛樹脂 B2 (Mitsui Chemicals, Inc.制 "XLC-4L"）
[0057] 三氧化二鋁微粉D2 (d50為25 μ m)
[0058] 超細球形氧化鋁微粉E2 (D50為0· 5微米）
[0059] 超細球形氧化鋁微粉E3 (D50為I. 0微米）
[0060] 表1 :實施例組合物的組成及評價結果（以重量百分比計）
[0061]

【權利要求】
1. 用于全包封器件的高熱導環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的環(huán)氧樹脂組合物中的 主要組分及含量為： 環(huán)氧樹脂5~10wt% 酚醛樹脂5~8wt% 無機填料70~77wt% 超細球形氧化鋁粉3?7%wt% 本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中還包含有：固化促進劑、阻燃劑、脫模劑、無機離子捕捉劑、 硅烷偶聯(lián)劑、著色劑和低應力改性劑中的一種或幾種。
2. 根據(jù)權利要求1所述的的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的超細球形氧化鋁粉粒 度（D50)為0. 5-1. 0微米的球形氧化鋁粉，含量為3-7%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的無機填料為結晶型二氧 化硅粉末、三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末的一種或兩種以上；中位徑（D50)都 為10?40微米，含量為70-77wt%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的環(huán)氧樹脂選自鄰甲酚醛 環(huán)氧樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、線性酚醛環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、雙 環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、開鏈脂肪族環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、雜環(huán)型環(huán)氧樹脂中的一種或 幾種。
5. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的酚醛樹脂選自苯酚線性 酚醛樹脂及其衍生物、苯甲酚線性酚醛樹脂及其衍生物、單羥基或二羥基萘酚醛樹脂及其 衍生物、對二甲苯與苯酚或萘酚的縮合物、雙環(huán)戊二烯與苯酚的共聚物中的一種或幾種。
6. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的脫模劑選自巴西棕櫚蠟、 合成蠟和礦物質(zhì)蠟中的一種或幾種； 所述的硅烷偶聯(lián)劑選自Y-環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、Y-氨基丙基三乙氧基硅 烷、y-巰基丙基三甲氧基硅烷和y-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種； 所述的著色劑是炭黑； 所述的低應力改性劑是液體硅油、硅橡膠粉末或它們的混合物。
7. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述固化促進劑的含量為 0. l~lwt%，選自咪唑化合物、叔胺化合物和有機膦化合物等中的一種或幾種； 所述無機離子捕捉劑含量為〇. 05~0. 5wt%，選自水合金屬氧化物、酸性金屬鹽及鋁鎂的 化合物中的一種或幾種。
8. 根據(jù)權利要求7所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征是：所述的咪唑化合物選自2 -甲 基咪唑、2,4 一二甲基咪唑、2 -乙基一 4 一甲基咪唑、2 -苯基咪唑、2 -苯基一 4 一甲基咪 唑和2 -（十七烷基）咪唑中的一種或幾種； 所述的叔胺化合物選自三乙胺卞基二甲胺、a -甲基卞基二甲胺、2 -（二甲胺基甲基） 苯酚、2,4,6 -三(二甲胺基甲基）苯酚和1，8 -二氮雜雙環(huán)（5,4,0)十一碳烯一 7中的一 種或幾種； 所述的有機膦化合物選自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三(對甲基苯基） 膦和三(壬基苯基）膦中的一種或幾種； 所述的水合金屬氧化物是Bi203 ? 3H20 ;所述的酸性金屬鹽是Zr (HP04) 2 ? H20 ;所述的鋁 鎂的化合物是 Mg6Al2(C03) (OH) 16 ? 4H20。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于全包封器件的高熱導環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其特 征是：將占包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物總量的5~10wt%的環(huán)氧樹脂、5~8wt%的酚醛 樹脂、70~77wt%的無機填料及3?7%wt%的超細球形氧化鋁粉及阻燃劑、脫模劑、著色劑、 離子捕捉劑、低應力改進劑等混合均勻，然后在溫度為70?100°C的雙輥筒混煉機上熔融 混煉均勻，將混合均勻的物料從雙輥筒混煉機上取下自然冷卻、粉碎得到所述的包含高熱 導環(huán)保型環(huán)氧樹脂組合物的粉狀料；進一步預成型為餅料，獲得包含高熱導環(huán)保型環(huán)氧樹 脂組合物的成型材料； 在將環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、填料、超細球形氧化鋁微粉及阻燃劑的混合過程中，進一步 加入固化促進劑、脫模劑、無機離子捕捉劑、硅烷偶聯(lián)劑、著色劑和低應力改性劑中的一種 或幾種進行混合。
【文檔編號】C08K3/38GK104497490SQ201410805891
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權日:2014年12月22日
【發(fā)明者】李剛, 王善學, 盧緒奎, 李海亮, 余金光 申請人:科化新材料泰州有限公司