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二氧化硅对环氧模塑料(EMC)质量的影响
2020年06月05日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:594
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随着电子技术的飞速发展,对电子类产品的封装材料提出来更高的要求。这些封装材料能对电子芯片以及电子集成电路提供重要的支持与保障的作用,有助于对电子集成电路工作过程中产生的热量进行散失。封装材料一般可分为金属基类、陶瓷基类和塑料基类,其中塑料基类封装材料占据了大半的封装材料市场,而在该类别中环氧树脂封装材料所占比例最大。

环氧树脂封装材料是一种无机高分子复合材料,其配方通常选用环氧树脂作为基体,将固化剂、固化促进剂、偶联剂、脱模剂、填充剂、阻燃剂和其它助剂一起按照一定的配方比例,通过适当的工艺混炼制备而成,称之为环氧模塑料,简称EMC(Epoxy Molding Compound)。

无机填料:二氧化硅(硅微粉) 

在环氧模塑料的配方中组分含量最多的就是无机填料。而在可供环氧模塑料选择的填料中,使用最多的就是二氧化硅(硅微粉)。不过就算只是二氧化硅,其实也有好几种选择,比如说它在形状可分为角形和球形;在内部结晶形态上可分为熔融形和结晶形;从a射线含量来分可分为普通形和低铀含量形。

不同类型的二氧化硅性能对比

不同类型的二氧化硅性能对比 

虽然各有不同,但是每种二氧化硅作为填充剂时都有着共同的特点,就是能够改善EMC的某种参数与特性,如减少收缩、增强韧性、增强耐磨性、减少吸水性、提高热形变温度、提高热导率、减小热膨胀系数、降低成本等等。而除了共性外,不同的二氧化硅也有自己的个性,比如球形二氧化硅微粉比角形二氧化硅微粉有更大的填充量、具有良好的流动性、抗龟裂性等;熔融型二氧化硅具有低导热率和低线膨胀系数;结晶型二氧化硅具有较高的导热率和高线膨胀系数。因此它们在投身应用时,都会对环氧模塑料造成不同的影响,具体可看下方。

塑料基类封装材料:环氧模塑料 

对黏度的影响

为了提高EMC性能,研究人员千方百计把填料的填充量尽可能的提高。但是增加填充量的同时也会增加EMC的黏度,降低成型性,对集成电路的金线有冲击,影响可靠性,所以填充量要选择适当。目前,提高填充量而黏度基本不变的方法,主要是通过调整粒度分布,提高堆砌密度,选择球形的或者角形和球形混用的复合无机填料技术,并选择低黏度树脂,可以达到提高填充量而EMC黏度基本不变的要求。配制的复合无机填料的中位粒径以5-40微米为最佳。

对热膨胀系数的影响

降低EMC热膨胀系数的主要方法就是增加无机填料用量。环氧树脂的膨胀系数大约是100×10(-6)/℃,而二氧化硅的热膨胀系数是0.5×10(-6)/,两者相差接近200倍。但是填料的增加是有限的,加入的填料量过多,会使EMC的熔融黏度增加,引起流动性下降和E上升。因此如果要以控制热膨胀系数为主要目的,一般使用球形熔融硅微粉,其填充量可大量增加,填料含量可达到75%~80%同时球形粉还可以缓和填料尖端处所造成的应力集中,减少封装材料在模具内的磨损等。

对溢料性的影响

在封装成形的过程中,溢料是一个常见的缺陷形式,会影响后来的可焊性和外观。溢料产生的原因之一为树脂黏度过低、填料粒度分布不合理,因此在黏度的允许范围内,可以选择黏度较大的树脂,并调整填料的粒度分布,提高填充量,从EMC的自身上提高其抗溢料性能。日本研究人员发现,当采用最大粒径74微米以下球形熔融二氧化硅和最大粒径40微米以下的熔融二氧化硅时,55-95%45-5%(质量分数相混合成为比表面积为3m2/g以下的混合填料用量占整个EMC的40-90%

热导率的影响

一般来说,EMC的热导率是随着填料的填充量的增加而不断的提高,而结晶型二氧化硅的热导率又比熔融型的二氧化硅的热导率高。为了满足大功率分立器件、高热量器件,特别是全包封分立器件对环氧模塑料导热率的要求,可以采用结晶型二氧化硅作导热填料

填料对EMC吸水率的影响

由于填料是不吸湿、透湿的,所以增加填料含量也是降低EMC吸水率的有效方法,但会出现流动性下降问题。目前,主要是通过加入经过表面处理的填料来提高EMC的耐湿性,使水分渗透到芯片的距离尽可能延长。一般角形颗粒填充料同球形填充料相比,对再流焊时的耐裂纹性的提高更有效。

资料来源:

填料对环氧模塑料(EMC)的性能影响谢广超

粉体圈 整理

2020全国二氧化硅材料创新与应用技术交流会 

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