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文|鉴史速写本

编辑|鉴史速写本

«——【·前言·】——»

第三代半导体有着高热导率、高电子饱和率以及可高达 250C 的结温温度等特点高频、高温以及大功率器件是其主要的应用场景。第三代半导体迅术的快速发展也推动着与之相匹配的电子封装材料的发展。

然而，传统的 EMC 使用温度通常在 200C 以下不能满足第三代半导体材料对于封装材料高耐热性的性能要求。因此，开发具有优异耐热性能、低吸湿性、低介电常数以及高导热性能的电子封装材料对于第三代半导体的发展以及应用具有重要的意义。

选择具有优异耐热性能以及优异介电性能的树脂体系作为电子封装模塑料配方中的基体树脂，是实现电子封装材料具有优异耐热性以及低介电等性能目标的一种有效方式。

双马来酞亚胺树脂具有优异的耐热性、电绝缘性以及阻燃性等特点，而且有着与环氧树脂相似的加工成型工艺，在电子封装材料方面具有很好的应用前景。

如 4.4-二氨基二苯甲烷型双马树脂(BDM)，但是 BDM 熔点较高，而且溶解性较差，通常需要对其进行改性才能发挥 BDM 的应用价值。与热固性树脂进行共混改性是一种有效地方法。

其中常用的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂以及氰酸等。邻甲酚醛环氧树脂(ECON) 熔点较低，而且熔融后黏度较小，在应用于模塑料配方时可以加入大量填料，进而可有效提高模塑料样品的导热性能以及降低热膨胀系数。

其分子结构中及含有的可反应基团较多，在加热固化以后所得到固化物的交联密度要高于普通环氧树脂固化物，并且具有高模量以及高玻璃化转变温度等优点。

线性酚醛树胎 (PF) 具有成本低、软化点可控以及固化环氧树脂时所得到的固化物交联密度高等优点，是 EMC配方中常用的固化剂。

本章选用 BDM、PF 以及 ECON 为基体树脂，首先将 BDM 与 PF 按照不同 BDM添加量进行熔融共混，得到 BP 预混物，并研究了 BP 预混物的可加工性。

其次，通过落剂共混制备了 BDM/PF/ECON (BPE)三元树脂共混物，研究了不同 BDM 添加量、不同固化促进剂以及固化促进剂添加量对 BPE 三元树脂共 混物固化行为以及凝胶时间的影响。

并将 BPE 三元树脂体系应用于电子封装模塑料配方中，对所得模塑料样品进行热性能、粘附性能、力学性能、吸湿性以及耐高温老化性等性能的表征，并与商用 EMC进行性能对比。

«——【·实验研究·】——»

将 BDM 和 PF 按照一定比例称量于 250 mL 瓶中并置于 180C 油浴锅中进行加热熔融，待完全熔融后机械搅拌 0 mimn，溶液呈浅棕色澄清透明状。

停止加热，将溶液趁热倒出，自然冷却得浅棕色固体，即 BDM/PF 树脂预混物(BP)。并以 BDM 在体系中的质量占比进行命名，例如 BDM 占后续加入环氧树脂后三种树脂总质量的 70 wt%即命名为 B/70 wt%。

将上述所得的 BP 预混物和环氧树脂按照一定质量比称量于 250 mL 杯中，并加入 50mL 丙酮，通过磁力搅拌 30 min 使脂完全溶解并混合均。

然后再按照树脂总质量百分比加入固化促进剂，搅拌溶解并混合均匀后溶液呈浅棕色透明状，并将烧杯置于真空烘箱中，抽真空除去丙酮，得浅棕色固体粉末。

并按照双马树脂占树脂总质量百分比进行命名，如双马树脂占三元树脂总质量的 70 wt%，并加入树脂总质量 1 wt%的固化促进剂 TPP，则命名为 B/70 wt%-lwt% TPP。

称取 5g 左右样品于铝盘中，然后将铝盘放入高温箱中并按照一定的升温程序进行固化，固化结束后自然冷却，即得 BPE 三元树脂固化物。

将 BPE 三元树脂作为基体树脂应用于电子封装模塑料配方中，样品 MC-B/70 wt%、MC-B/75 wt%和 MC-B/80 wt%分别表示双马来亚胺树脂占三元树脂总质量的 70 wt%、75 wt%和 80 wt%，样品 EMC 为无锡创达新材股份有限公司所提供的商业化环氧模塑料;

为保证树脂能够有效固化，体系选用 2-基-4- 甲基咪(2E4MZ)为固化促进剂;将三元树脂体系应用于模塑料配方中，其中树脂占总质量19.6lwt%，固化促进剂占总质量的 0.39 wt%，填料为球型熔融二氧化硅，占总质量的79 wt%;

硅烷偶联剂以及其它助剂分别占总质量的 0.3 wt%和 0.7 t%。首先将各组份按照一定比例称取于高速混合机中进行预混合，然后再通过双螺杆挤出机进行加热塔融捏合，出料后快速压实成片，再经冷却、粉碎以及除铁等处理步婴后得到模塑料样品，低温储存备用。

称取约 26g模塑料样品，通过橡胶注塑模压机将模塑料样品在一定压力下注入已预热的特制模具中，保持模压机上模和下模的温度均为 75C，在保温 5 in 后将模具取出，将所成型的模塑料样品从模具中取出，然后通过一定的升温程序对其进行加热后固化。

通过锥板黏度计测试预混物在一定温度下的黏度，其中测试温度为 110C，转速为400 r/min。测试可得到预混物在110C下的黏度。

通过沥青软化点测试仪对预聚物的软化点进行表征，其中测试在甘油浴中进行，升为速率为 5°C/min，记录两个试环内的球刚触及下支撑板时所对应的温度，取两个温度的平均值，即为预聚物软化点。

取 5 mg 左右样品于铝中，通过 DSC 测试样品在加热过程中的固化行为。测试过程中升温速率为 10 K/min，升温范围为 ，并在氮气(N2)作为吹扫气和保护气下进行，气体流量分别为 20 mL/min和70mL/mina。

首先将凝胶化时间测试仪打开并设置温度为 175C，待温度稳定在 175C 后。取 3-5 mg 样品置于固化盘中待样品完全塔融后，按下计时按钮并不停搅拌样品，随着反应进行，样品由熔融态转变为不能流动的状态时所需要的时间即为此样品的凝胶化时间。

通过 TGA 对三元树脂固化物进行热失重表征，取固化物质量损失 5%时的温度为起始热分解温度。对于纯树脂体系取 5 mg左右固化物样品(对于模塑料固化物取 25 mg样品，其中树脂部分约占 5 mg 左右，所以取质量损失 1%时的温度为起始热分解温度)。

将其置于陶瓷甘塌中并放置于测试区域，测试样品的热分解温度，其中升温范围为30800°C，升温速率为 10/min，测试在 N2氛围中进行，气体流量为25 mL/min22.4.6 螺旋流动长度测试 ( low )。

取 15 mg左右模塑料样品，通过橡胶注塑模压机将样品融并压入阿基米德螺线金属模具中，将橡胶注塑模压机上下模温度设为 190C，其中模具温度为 175C，注射速度为 3.5 cms，注射压力为 80kg/cm2，保压时间 60s，随后取出模具，记录数值。

通过 TMA 对样品进行玻璃化转变温度测试和热膨胀系数测试，取 4 mmx4 mm的固化物样品，将样品放置于测试区域进行测试，测试温度范围为 30-330C，升温速率为5°C/min，Nz氛围

通过微焊点强度测试机测试模塑料与铜基材之间的粘附强度，测试标准按照SEMI-G69-0996 进行。

采用美国 公司5967X 型高低温电子万能试验机根据 GB/T9341-2008 所要求的标准测试模塑料样条在室温和高温 (260C)条件下的弯曲强度及弯曲模量。

通过介电常数与介电损耗测试仪并按照 GB/T1409-2006 对模塑料固化物的介电性能进行测试。其中固化物样品的尺寸为中，测试频率为 10 Hz。

取固化后的模塑料圆片，置入烘箱中于 100C 下燥48h,除去模塑料所含水分冷却至室温后对固化物圆片称取质量并记录为初始质量 m1。

随后将圆片置入恒温恒湿箱中，在 85°C、85 %的湿度(双 85) 条件下进行测试，每隔一段时间将圆片取出，将圆片表面水分擦干并冷却至室温，记录此时的质量为 m2，测试时间为 14 天。吸水率的计算方式为:吸水率-[(m2mi)m] x 100%。

树脂软化点和熔融黏度是电子封装模塑料制作过程中的重要参数，如果脂的软化点和熔融黏度过高。

那么在螺杆挤出机中进行加热熔融捏合时中，树脂和树脂之间、树脂和填料之间不能均匀混合，甚至于在特定温度下树脂不能熔融成可流动状态，会严重影响模塑料的加工成型性和性能。

通过沥青软化点测试仪与锥板黏度计对预混物的软化点及熔融黏度进行表征。

从图中可以看出随着 BDM 添加量的增加BP 预混物的软化点及熔融黏度也随之增加，当体系中 BDM 含量为 90 wt%时，预混物软化点最高可达 112C。

由于在成型过程中螺杆挤出机的设置温度一般在 110C 以下所以当体系中 BDM 含量超过 85 wt%时，预混物的软化点将不能满足加工需求。

«——【·结语·】——»

首先将 BDM 与PF 进行熔融共混制备得到 PF 预混物，所得到的预混物软化点在 90-100C之间，黏度在 300-700 Pa.s 之间，能够满是预混物在螺杆挤出机中与其它树脂及填料进行良好充分的熔融捏合。采用溶剂共混的方式制备了 BPE 三元树脂共混物，通过 DSC 表征了 BDM 添加量对 BPE 三元树脂共混物的固化行为及凝胶时间的影响。

结果表明，在同种促进剂作用下，随着 BDM 添加量的增加该三元树脂体系的固化放热峰逐渐向高温移动，相应的凝胶时间也有一定的增加，这是由于该三元树脂体系在加热过程中首先发生环氧的开环反应 (150C 左右)。

随着温度的升高再发生 BDM 的自聚反应，所以随着 BDM 添加量的增加，要达到相同的反应程度就需要更高的反应温度。其次，为了降低 BPE 三元树脂体系所需的固化温度，使其能够满足当前电子封装模塑料固化成型的工艺要求。

探究了行业内在电子封装模塑料配方中常用的几种固化促进剂 (TPP、2E4MZ 和2MZ)及不同促进剂含量对 BPE 三元树 脂体系固化行为及凝胶时间的影响。

结果表明，以2E4MZ 做促进剂且添加量为 2 t%时能够基本满足实际生产过程中所需要的固化温度(固化峰值温度小于 200C)。

«——【·参考文献·】——»

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