一般使用的封裝膠粉中除了環氧樹(shù)脂之外,還含有硬化劑、促進劑、抗燃劑、偶合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤滑劑等(děng)成分,現分別介紹如下:
1.1環氧樹(shù)脂(EPOXY RESIN)
使用在(zài)封裝塑粉(fěn)中的環氧樹脂種類有雙酚A係(BISPHENOL-A)、NOVOLAC EPOXY、環狀脂肪族環氧(yǎng)樹脂(CYCLICALIPHATIC EPOXY)、環氧化的丁二烯等。封裝塑粉所選用的環氧樹脂必須含有較低的離子含量,以降低對(duì)半導體芯片表麵鋁條的腐蝕,同時要具有高的熱變形溫度(dù),良好的耐熱及耐化(huà)學(xué)性,以及對硬化劑具有良好的反應(yīng)性。可選用(yòng)單一樹脂,也(yě)可(kě)以(yǐ)二種以上的樹脂混合使用。
1.2 硬(yìng)化劑(HARDENER)
在封裝(zhuāng)塑粉中用來與環氧(yǎng)樹脂起交聯(CROSSLINKING)作(zuò)用的硬化劑可(kě)大致分成兩類:
(1)酸酐類(ANHYDRIDES);
(2)酚樹脂(zhī)(PHENOLICNOVOLAC)。
以酚(fēn)樹脂硬化和酸(suān)酐(gān)硬化的環氧樹脂係統有如(rú)下的特性比較: ●弗以酚樹脂硬化的(de)係統(tǒng)的溢膠量少,脫模較易,抗濕性及穩定性均較(jiào)酸酐硬化者為佳; ●以酸酐硬化者需要較長的(de)硬(yìng)化時間及較高溫度的後硬化(POSTCURE); ●弗以酸酐硬化者對表麵漏電流敏(mǐn)感的元件具有較佳的相容性; ●費以酚樹脂硬化者在150-175~C之間有較(jiào)佳(jiā)的熱穩定性,但溫度高於175~(2則以酸酐硬化者(zhě)為佳。
硬化劑的選擇除(chú)了電氣性質之外,尚要考慮(lǜ)作業性、耐濕性、保(bǎo)存性、價格、對人體安全(quán)性等因素。
1.3促進劑(jì)(ACCELERATO OR CATALYST)
環氧樹脂封裝塑粉的硬化周期(CURING CYCLE)約在90-180秒之間,必須能夠在短時間(jiān)內硬化,因(yīn)此在塑粉中添加促進劑以縮短硬化時間是必要的。
現在大(dà)量使用的環(huán)氧樹脂塑粉,由(yóu)於內含硬化劑、促進劑(jì),在混合加工(gōng)(COMPOUNDING)後已成為部分(fèn)交聯的B-STAGE樹脂。在封裝使用完畢之前塑(sù)粉本身會不(bú)斷的進行交聯硬化反應,因此必須將塑粉貯存於5℃以下的冰櫃中,以抑製塑粉的硬化速率,並且塑(sù)粉也有保存(cún)的期限。如果想製得不用低溫保存,且具有長的保存(cún)期限(LNOG SHELFLIFE)的塑粉,則一定要選(xuǎn)用潛在性促進劑(LATENT CATALYST),這種促進劑在室溫(wēn)中不會加速硬化反應,隻有在高溫時才會產牛促進硬化反應(yīng)的效果(guǒ)。目前日本已有(yǒu)生(shēng)產不必低溫(wēn)貯存的環氧樹脂膠粉,其關鍵乃在潛在性(xìng)促進劑的選(xuǎn)用。
1.4 抗燃劑(FLAME RETARDANT)
環氧(yǎng)樹脂膠粉中(zhōng)的抗燃劑可分成有機與無機兩種。有機係為溴化的環氧樹脂或四溴(xiù)化雙酚A(TETRABROMOBISPHENOL A)。無(wú)機係則為三氧(yǎng)化二銻(Sb203)的粉末。二者可分開單獨使用,也可合並(bìng)使用,而以合並使用(yòng)的抗燃劑效果為佳。
1.5 填充料(LILLER)
在(zài)封(fēng)裝塑粉中,填充料所(suǒ)占的比例最多,約在(zài)70%左右,因此填充料在封裝朔粉中(zhōng)扮演著十分重要的角色。
1.5.1在塑粉中加入適量適質的(de)填充料,具有下列幾個目的:
1)減少(shǎo)塑粉硬化後的收縮;
2)降(jiàng)低環氧樹脂的熱膨脹係數;
3)改善熱(rè)傳導;
4)吸收(shōu)反應熱;
5)改善硬化樹脂的機械性質與電學性質;
6)降低塑粉成本(běn)。
1.5.2填充料的種類
使用於(yú)環氧樹脂塑粉中的填充料,除了要(yào)能改善電絕緣性、電介質特性之外(wài),尚須(xū)具有化學安定性及低吸濕性(xìng)。一般常用的填充料有以下幾種: (1)石英;
(2)高純度(dù)二氧化矽(guī)(使用最為廣泛);
(3)氫氧化鋁
4)氧化(huà)鋁;
(5)雲母粉末;
(6)碳化矽(guī)。
1.5.3 二氧化矽(SiO2,Silica)
環氧樹(shù)脂的熱膨脹係數平均(jun1)約(yuē)為65×10-6m/cm/℃;,比對封裝樹脂中的金屬埋人件(jiàn)的熱膨脹係數大(dà)很多。半導體所用的框架(LEAD FRAME)與環氧樹脂相差甚遠。若以純樹脂來(lái)封裝半導體元件,由於彼(bǐ)此間熱膨(péng)脹係數的差(chà)異及元件工作時(shí)所產生的熱,將會產生內應力及熱應力而造(zào)成封裝材料的龜裂。因此加入塑粉中的(de)填充料,除了要(yào)能減少樹脂與金屬埋入件(jiàn)間的熱(rè)膨脹係數外,也(yě)要具有良好的導熱功能。
二氧化矽粉末可分成結晶性二氧化矽及熔融二氧化矽。結晶性二氧化磚具有(yǒu)較佳的導熱性但熱膨脹係數較大,對熱(rè)衝擊的抵抗性差。熔融二氧化矽(guī)的(de)導熱性質較差,但卻擁有較小的熱(rè)膨脹係數,對熱衝擊的抵抗性(xìng)較佳。表2是熔融性與(yǔ)結晶性二氧化矽充填的環氧樹脂膠粉的性(xìng)質比較(jiào),可看出熔(róng)融性二氧化矽除了導熱性質較(jiào)差外,撓(náo)曲(qǔ)強度及(jí)耐濕性均(jun1)低於結晶性二氧化矽。
此外,填充料用量的多少以及粒子的大小、形狀、粒度分布等對(duì)於塑粉在移(yí)送成形(Transfermolding)時(shí)的流動性,以及封裝後成品的電氣(qì)性質均(jun1)會造成(chéng)影響,這些因素在選用填充料時均要加以考慮。
1.6偶(ǒu)合劑(COUPLIUNG AGENT)
在環氧樹脂中添加少量的偶合劑,能產生下列作用:
●增(zēng)加填(tián)充料與樹脂之(zhī)間的相容性與親和力;
●增加膠粉與埋人元件間的接著力;
●減少吸水性;
●提高撓曲強度;
●降低成形(xíng)中塑粉的粘度,改善流動性;
●改善膠粉的熱消散(sàn)因子(THERMALDUSSIPATION FACTOR)、損失因子(LOSS FAC-TOR)及漏電流(LEAKAGE CURRENT)。
1.7脫模(mó)劑(日ELEASE AGENT)
環(huán)氧樹脂的粘著性良好,對模具也會(huì)產生(shēng)接著力,而(ér)影響加工封裝(zhuāng)完畢後的脫模,因此加入脫模劑來改善膠粉與(yǔ)模具(jù)之(zhī)間的脫模能力(lì)。一般常用的脫模劑有:臘、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂(zhī)酸鈣(gài)等。脫模劑的種類(lèi)與(yǔ)用量(liàng)要視塑粉配方(樹脂、硬化劑、填充(chōng)料)而定。脫模劑的用量要適當,如果用量太少會使脫模(mó)不易;相反,如果(guǒ)用量過多,不但容易汙染模具,更會降低膠粉與埋入框架、引線間的粘著力,直接影響到元件的耐濕性及可*性。下圖為脫模(mó)劑(jì)添加量與接著力的關係,脫模劑添加(jiā)愈(yù)多,膠粉與(yǔ)埋人件間的接著力下降也愈多(duō)。
1.8顏料(liào)(PIGMENT)
通常視成品的顏色來添加顏料(liào)。一般的封裝膠粉均以碳黑為顏料,因此(cǐ)成品具有黑色的外觀。
1.9潤滑(huá)劑(LUBRICANT) 為了增加膠粉在加工成形中的流動(dòng)性,有時可(kě)加入部分潤(rùn)滑劑來降低粘度。但是此舉(jǔ)往往會造成膠粉的玻璃轉移溫度(Tg GLASS TRANSISTION TEMPERATURE)的降低及電氣特性的劣化,因此若有需要加(jiā)入潤滑劑,最好選用(yòng)反應性稀釋劑(RE-ACTIVE DILUENT),使稀釋劑分子能與樹脂產生化學(xué)結合,以避免T2及電氣特性的劣化
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