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        環(huán)氧模塑料中應(yīng)力改質(zhì)劑的使用討論

        2012-12-05 02:00:32王殿年郭本東
        電子與封裝 2012年7期

        王殿年,李 進(jìn),郭本東

        (長興電子材料有限公司,江蘇 昆山 215301)

        1 引言

        隨著電子及電氣產(chǎn)品中半導(dǎo)體性能的高集成化、高性能化,IC半導(dǎo)體朝向高速化、IC尺寸大型化、多引腳數(shù)以及高功率的趨勢發(fā)展;半導(dǎo)體封裝技術(shù)也朝向高密度封裝、薄型封裝等多樣性的趨勢發(fā)展。因此,對于封裝材料的需求也不僅止于保護(hù)芯片與金線等要求,進(jìn)一步提高封裝產(chǎn)品性能與可靠性,是近年來對封裝材料不可或缺的要求。環(huán)氧模塑料熱應(yīng)力問題一直是EMC制造商和使用商所關(guān)注的問題,如何改善內(nèi)應(yīng)力對產(chǎn)品的傷害,各家方法不一,但就環(huán)氧模塑料制造商而言,可以通過添加應(yīng)力改質(zhì)劑、提高填料含量等來改善,本文就應(yīng)力改質(zhì)劑的添加使用進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)從應(yīng)力計(jì)算公式σ=k{(α1-αc)E1(Tg-T1)+(α2-αc)E2(T2-Tg)}來看,內(nèi)應(yīng)力的大小與模量呈正比關(guān)系,故本文的研究將直接以模量的變化來表征內(nèi)應(yīng)力的變化。

        2 實(shí)驗(yàn)分析

        2.1 應(yīng)力改質(zhì)劑

        常用的應(yīng)力改質(zhì)劑有silicone oil和silicone powder,整體而言,對EMC內(nèi)應(yīng)力的減少都有正面意義,但兩者選用考慮各有利弊。在silicone powder方面,雖在膠材制程中分散較易,但隨著添加量的增加,整體膠材的黏度也相應(yīng)增加,這樣容易造成膠材模流性變差。在silicone oil添加方面,雖造成整體黏度下降模流性變好,但因添加與制作過程中牽扯液態(tài)與固態(tài)兩相的混合,易造成分散不均的情形。

        目前各廠商均嘗試藉由預(yù)溶制程(將phenol resin加熱熔化后,再加入silicone oil以液態(tài)均一相來達(dá)成充分混合的目的)來克服,但時(shí)常會因黏度差異或其他分子結(jié)構(gòu)問題而無法充分混合,本實(shí)驗(yàn)silicone oil以預(yù)溶的方式達(dá)到在膠材內(nèi)的均勻分布,從而達(dá)到有效降低內(nèi)應(yīng)力的目的。

        圖1 silicone oil與silicone powder在膠材內(nèi)的分布示意圖

        在相同添加量(相同重量百分率)之下,我們推測silicone oil相對于silicone powder的應(yīng)力減少效果更佳,此論點(diǎn)可由圖1來說明,即以平均單位體積內(nèi)所含的彈性體單位數(shù),silicone oil應(yīng)比silicone powder高,故silicone oil相對于silicone powder的應(yīng)力減少效果應(yīng)更好。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

        為比對方便,原則上我們保持silicone oil與silicone powder添加總量為2wt%,分別以silicone oil環(huán)氧當(dāng)量(EEW)、反應(yīng)濃度、反應(yīng)時(shí)間與silicone oil添加量為變因,探討對整體膠材的影響。整體prereaction反應(yīng)條件為:

        加熱溫度:175℃。

        2.2 環(huán)氧當(dāng)量

        將表1完成的反應(yīng)物,添加至silica含量為76wt%的配方,完成配方的操作后進(jìn)行各項(xiàng)特性的測試,所得數(shù)據(jù)如表2。

        圖2 S.F./G.T.與EEW關(guān)系圖

        圖3 Flow test/Al peel與EEW關(guān)系圖

        圖4 Strength與 EEW關(guān)系圖

        圖5 Modulus與EEW關(guān)系圖

        表1 不同環(huán)氧當(dāng)量比較

        表2 表1完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

        2.3 反應(yīng)濃度

        將表3完成的反應(yīng)物,添加至silica含量為76wt%的配方,完成配方的操作后進(jìn)行各項(xiàng)特性的測試,所得數(shù)據(jù)如表4。

        表3 不同反應(yīng)濃度比較

        表4 表3完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

        圖6 S.F./G.F.與reaction conc. 關(guān)系圖

        圖7 Flow test/Al peel與reaction conc. 關(guān)系圖

        圖8 Strength與reaction conc. 關(guān)系圖

        圖9 Modulus與reaction conc. 關(guān)系圖

        2.4 反應(yīng)時(shí)間

        表5 不同反應(yīng)時(shí)間比較

        將表5完成的反應(yīng)物,添加至silica含量為76wt%的配方,完成配方的操作后進(jìn)行各項(xiàng)特性的測試,所得數(shù)據(jù)如表6。

        2.5 添加量

        以反應(yīng)濃度50wt%反應(yīng)2min后備用,將反應(yīng)物添加至silica含量為76wt%的配方,完成配方的操作后進(jìn)行各項(xiàng)特性的測試,所得數(shù)據(jù)如表7。

        3 結(jié)果討論

        (1)在silicone oil環(huán)氧當(dāng)量方面,隨環(huán)氧當(dāng)量增加,黏度與modulus也隨之下降(如圖3、圖5)。當(dāng)環(huán)氧當(dāng)量增加時(shí),其代表相同重量的分子數(shù)也隨之減少,在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi),反應(yīng)程度亦較為完全(即未作用的silicone oil分子數(shù)較少),因此在充分結(jié)合的效應(yīng)下,對整體膠材黏度與modulus有一定程度的減少。相反地,環(huán)氧當(dāng)量較低的silicone oil反應(yīng)程度較不完全,加上混合性較差等雙重因素下,造成黏度與modulus減少程度較低,尤其Al peel測量值明顯降低(如圖3),也是反應(yīng)未完全的分子所造成(推斷為膠材受熱時(shí),未反應(yīng)的silicone oil在無法與樹脂系統(tǒng)良好互溶的狀況下,因比重與黏度的雙重因素,造成分離并浮現(xiàn)在成型膠材表面上)。

        (2)在反應(yīng)濃度影響方面,除反應(yīng)程度效應(yīng)外,與樹脂系統(tǒng)的互溶性也是重要因素。在低濃度時(shí),藉由反應(yīng)在膠材中均以較大分子存在,故整體黏度相對于高濃度的對照組更高(如圖7),但由于未反應(yīng)的silicone oil分子亦可由互溶的方式分散在膠材中,故整體在反應(yīng)濃度方面無明顯差異(如圖7、圖9)。

        (3)在反應(yīng)時(shí)間方面,同(2)項(xiàng)原因,隨著反應(yīng)時(shí)間增加,黏度隨之上升。在其他性質(zhì)方面則無明顯差異。

        (4)在添加量部份,除7.5g添加量的黏度與S.F.值有異常外,隨著添加量增加,黏度也隨之下降,并在添加量5g為臨界值。在modulus影響性部份,如同預(yù)期,隨添加量增加而下降。

        (5)為比較silicone powder與silicone oil的效用差異,我們另外嘗試改變添加物種,將其實(shí)施于silica 76wt%的配方系統(tǒng),所得結(jié)果如表8。

        表6 表5完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

        表7 50wt%反應(yīng)濃度反應(yīng)2min后添加silica含量為76wt%的配方特性

        表8 改變添加物實(shí)施于silica 76wt%的配方特性

        從測試結(jié)果可了解,silicone oil添加可有效降低黏度與modulus,另外在silicone powder添加方面,與過去的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同(即黏度升高且可降低modulus)。

        [1] H Lee, Y Y. Earmme.IEEE Trans Comp, package, Manufact Technol. 1996, 19,168.

        [2] J H Lupinski. Polymer Materials for Electronic Packaging and Interconnection[A]. American Chemical Society,Washing ton DC. 1989, 286.

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