專利名稱：一種填料含量高的環(huán)氧樹脂組合物及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種具有高導(dǎo)熱性能、成形工藝性能良好、阻燃性能優(yōu)良并能符合環(huán)保要求的環(huán)氧樹脂組合物，它是一種半導(dǎo)體器件的封裝材料，特別適合用于功率半導(dǎo)體器件的塑料封裝。
背景技術(shù)：
近年來，由于半導(dǎo)體器件小型化、薄形化及表面安裝技術(shù)的發(fā)展，要求半導(dǎo)體封裝材料具有高導(dǎo)熱性能及優(yōu)良的成形工藝性能，具有優(yōu)良的阻燃性能并且能符合環(huán)保要求。
采用現(xiàn)有技術(shù)制備的組合物中填料含量偏低，如日本特開2002-220515公開了一種環(huán)氧組合物結(jié)晶型二氧化硅粉最高含量80％，熔融粘度較高，流動長度偏低。原因是以往專利報(bào)導(dǎo)中均未找到獲得更高填充率的技術(shù)方法。為了提高組合物的導(dǎo)熱系數(shù)，一般是采用增加填料用量，特別是增加二氧化硅粉中大粒子含量，其結(jié)果是隨著二氧化硅粉用量增加，組合物的熔融粘度增加，螺旋流動長度大幅度下降，成形工藝性能不好，塑封半導(dǎo)體器件表面有氣孔等缺欠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在研究中發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶型二氧化硅粉中當(dāng)2μm以下的粒子體積分?jǐn)?shù)小于1％時填充率低，熔體粘度高，這是由于大粒之間的空隙被環(huán)氧樹脂所填充，所以組合物中填料填充比率較低，填料含量增加，組合物流動性大幅度下降，封裝工藝性能不好，特別是溢料現(xiàn)象嚴(yán)重；當(dāng)2μm以下的粒子體積分?jǐn)?shù)在1-25％范圍時可以有效地提高填充率，降低組合物的粘度，這時這些微小粒子填充到大粒子之間的空隙中相互堆砌緊密提高填充率，使得環(huán)氧樹脂組合物具有優(yōu)良的流動性、填充性，塑封半導(dǎo)體器件表觀無缺欠，內(nèi)部無氣孔，由于填料含量增加組合物的導(dǎo)熱系數(shù)提高，所以該組合物適用于塑封中、大功率半導(dǎo)體分立器件或集成電路，特別適用于全包封的半導(dǎo)體器件的封裝。
目前在塑料封裝半導(dǎo)體器件領(lǐng)域另一熱點(diǎn)問題是無鹵無銻的阻燃問題。因?yàn)闅W盟已通過ROHS和WEEE指令到2006年7月1日將禁止使用鉛、多溴聯(lián)苯等有害物質(zhì)。也就是說出口歐盟的電子產(chǎn)品必須是環(huán)保型產(chǎn)品。而現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的環(huán)氧組合物均采用溴代環(huán)氧樹脂和三氧化銻作為阻燃劑，是不符合環(huán)保要求的。本發(fā)明采用的阻燃劑不含溴和銻的化合物，既有優(yōu)良的阻燃效果又能符合環(huán)保要求。
本發(fā)明填料含量高的環(huán)氧樹脂組合物組分組成(重量比)環(huán)氧樹脂 9-12％固化劑酚醛樹脂 4-7％填料 69-76％阻燃劑 6-11％固化促進(jìn)劑 0.2-0.3％巴西棕櫚臘 0.3-0.4％
碳黑 0.2-0.3％上述環(huán)氧樹脂可以是鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂，聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂，雙酚A型環(huán)氧樹脂，雙酚F型環(huán)氧樹脂，雙酚S型環(huán)氧樹脂，雙環(huán)戊二烯環(huán)氧樹脂，結(jié)晶型環(huán)氧樹脂，多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂，萘系環(huán)氧樹脂等，這些環(huán)氧樹脂可以單獨(dú)或兩種以上混合使用。
上述固化劑是線型酚醛樹脂，線型鄰甲酚醛樹脂，含芳香基的線型酚醛樹脂，萘系酚醛樹脂，雙環(huán)戊二烯酚醛樹脂等，這些酚醛樹脂可以單獨(dú)或兩種以上混合使用。
上述固化促進(jìn)劑可以用咪唑類化合物如2-甲基咪唑，2.4-二甲基咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑，2-苯基咪唑，2-苯基-4-甲基咪唑等；叔胺化合物如芐基二甲胺，三乙胺芐基二甲胺，α-甲基芐基二甲胺，2-(二甲胺基甲基)苯酚，2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚，1.8-二氮雜環(huán)(5.4.0)十一碳烯-7(DBU)等；有機(jī)膦化合物如三甲基膦，三丁基膦，三苯基膦，四苯基膦四苯基硼絡(luò)合物(TPP-K)等。
上述阻燃劑不含溴和銻的化合物，可用金屬氫氧化物、水和金屬化合物、金屬氧化物、碳酸鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽、錫酸鹽、赤磷膠囊、膦酸脂、含膦化合物、含氮化合物等的粉末，這些阻燃劑可單獨(dú)或兩種以上混合使用。
上述填料是結(jié)晶型二氧化硅粉，平均粒徑5-40μm，粒徑小于2μm的微粒體積分?jǐn)?shù)為1-25％，優(yōu)選在2-20％。填料在使用前可以用填料量的0.4-1％硅烷偶聯(lián)劑如KH560或KH550進(jìn)行表面處理，目的是提高組合物的耐濕性能。
在環(huán)氧樹脂組合物中可以加入應(yīng)力舒緩劑以降低組合物的內(nèi)應(yīng)力，如硅橡膠粉末，硅油，聚丁二烯橡膠，丁腈橡膠等。還可以加入脫模劑、著色劑等組分。
該環(huán)氧樹脂組合物的制備是通過將上述原材料放入雙輥煉膠機(jī)中混煉，混煉溫度在80-100℃，混煉后冷卻粉碎后制成。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1選用環(huán)氧樹脂A(鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂YDCN-700-3P，環(huán)氧當(dāng)量194，軟化點(diǎn)62℃，氯離子含量小于1PPM，鈉離子含量小于1PPM)100份，線型酚醛樹脂(H-1，羥基當(dāng)量105，軟化點(diǎn)82℃)50份，二氧化硅粉A(平均粒徑23μm，2μm以下粒子含量體積分?jǐn)?shù)5.6％)660份，阻燃劑A(平均粒徑2.1μm)95份，三苯基膦1份，巴西棕櫚臘2份，碳黑1.5份。將上述原料在雙輥煉膠機(jī)混煉均勻，混煉溫度80-100℃混煉后冷卻粉碎制成樣品粉料。
實(shí)施例2選用組分除二氧化硅粉A是717份外，與實(shí)施例1相同，其制備方法也與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3選用組分除二氧化硅粉B(平均粒徑20μm，2μm以下粒子含量體積分?jǐn)?shù)7.4％)是717份外，與實(shí)施例1相同，其制備方法也與實(shí)施例1相同。
對比例1選用二氧化硅粉C(平均粒徑32μm，粒徑在2μm以下的粒子含量為0)611份，阻燃劑B(平均粒徑6μm)95份，其它組分與實(shí)施例1相同，其制備方法也與實(shí)施例1相同。
對比例2選用組分環(huán)氧樹脂A(鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂YDCN-700-3P，環(huán)氧當(dāng)量194，軟化點(diǎn)82℃，氯離子含量小于1PPM，鈉離子含量小于1PPM)90份，環(huán)氧樹脂B(溴代雙酚A環(huán)氧樹脂YDB-400，環(huán)氧當(dāng)量405.7，軟化點(diǎn)68.5℃，溴含量49.3％)10份，線型酚醛樹脂(H-1，羥基當(dāng)量105，軟化點(diǎn)82℃)50份，二氧化硅粉C(平均粒徑32μm，粒徑在2μm以下的粒子含量為0)654份，三氧化銻6份，三苯基膦1份，巴西棕櫚臘2份，碳黑1.5份，其制備方法與實(shí)施例1相同。
這些環(huán)氧樹脂組合物性能測試按下述方法進(jìn)行凝膠化時間熱板法，將電熱板加熱到175℃±1℃，取0.3g-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(diǎn)，讀出所需時間。
螺旋流動長度在傳遞模塑壓機(jī)上借助EMMI-1-66螺旋流動金屬模具測定的，模具溫度175℃±2℃，傳遞壓力70kg±2kg/cm2，取樣品粉料20g±5g。
溢料長度在傳遞模塑壓機(jī)上借助溢料金屬模具測定的，模具溫度175℃±2℃，傳遞壓力70kg±2kg/cm2，取樣品粉料20g±2g。
熔融粘度島津CFT-500流動性試驗(yàn)儀，在模具溫度175℃±1℃，壓力15kg下測定的。
阻燃性能按國標(biāo)GB4609-84塑料燃燒性能試驗(yàn)方法是垂直燃燒法，在燃燒試驗(yàn)儀上測定的。
樣品粉料在175℃下模壓成形固化5分鐘后，取出樣條再在175℃下后固化4小時，成形的樣條(樣條尺寸120mm*12mm*2mm)施加火焰離火后有焰燃燒時間不大于10秒時判定為FV-0，不大于30秒時判定為FV-1。
導(dǎo)熱系數(shù)按國標(biāo)GB/T3139-82在熱導(dǎo)測試儀上測定的，冷熱板法，冷熱板平均溫度50℃。
樣品粉料在175℃下模壓成形固化10分鐘后，取出樣片再在175℃下后固化4小時，成形樣品是厚10mm，直徑為100mm的圓片。
成形工藝性能塑封大功率半導(dǎo)體器件TO-3P，每模封120只，內(nèi)部氣孔用超聲掃描儀測定，外部缺欠用目測。經(jīng)檢驗(yàn)后不合格器件的只數(shù)越少表明成形工藝性能越好。
表1環(huán)氧組合物組成(以重量份計(jì))

表2環(huán)氧組合物的性能對比

本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果表明使用填料結(jié)晶型二氧化硅粉中含有粒徑在2μm以下的微粒比未含2μm以下的微粒的二氧化硅粉作填料時有更高的填充率，環(huán)氧樹脂組合物流動性及工藝性能好，導(dǎo)熱系數(shù)有顯著提高。該組合物阻燃性能良好同時還符合環(huán)保要求。
權(quán)利要求
1.一種填料含量高的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于所述的環(huán)氧樹脂組合物的組成和重量配比如下環(huán)氧樹脂 9-12％固化劑酚醛樹脂4-7％填料 69-76％阻燃劑6-11％固化促進(jìn)劑0.2-0.3％巴西棕櫚臘0.3-0.4％碳黑 0.2-0.3％所述的填料是一種結(jié)晶型二氧化硅粉，它的平均粒徑為5-40μm，其中粒徑在2μm以下的微粒體積分?jǐn)?shù)為1-25％，所述的阻燃劑不含溴和銻的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)氧樹脂組合物，其特征是填料填充率達(dá)83％以上。
3.權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物作為半導(dǎo)體器件的塑料封裝材料的用途。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種填料含量高的環(huán)氧樹脂組合物的制備方法，其特征在于將所述重量配比的上述原材料放入雙輥煉膠機(jī)中混煉，混煉溫度在80-100℃，混煉后冷卻粉碎后制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高導(dǎo)熱性能、成形工藝性能良好、阻燃性能優(yōu)良并能符合環(huán)保要求的環(huán)氧樹脂組合物，它是一種半導(dǎo)體器件的封裝材料，特別適合用于功率半導(dǎo)體器件的塑料封裝。它是由環(huán)氧樹脂、固化劑酚醛樹脂、填料、阻燃劑、促進(jìn)劑、脫模劑、著色劑等組分組成。由于填料結(jié)晶型二氧化硅粉中含有粒徑在2μm以下的微粒體積分?jǐn)?shù)為1－25％，在增加填料用量時環(huán)氧組合物仍具有優(yōu)良的成形工藝性能。由于填料用量增加導(dǎo)熱性能提高，環(huán)氧樹脂組合物的導(dǎo)熱系數(shù)大于2W/M·K。采用的阻燃劑不含溴和銻的化合物，既有優(yōu)良的阻燃效果又能符合環(huán)保要求。
文檔編號B29B7/46GK1605599SQ20041007440
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者孫忠賢 申請人:孫忠賢