电子封装用环氧树脂专利技术进展

陈晓靖

摘 要：电子封装半导体集成电路元件被称为“工业之米”，已渗透到社会生活的各个领域。在一般情况下，用户接触的不是柔嫩易损的裸芯片，而是带有外壳的封装体。陶瓷和金属基封装为气密性封装，可靠性能高，但价格昂贵主要用于航天、航空及军事领域；环氧树脂封装价格相对便宜、成型工艺简单、适合大规模生产、可靠性与陶瓷封装相当，已占到整个封装材料的95%以上。

传统环氧树脂存在性脆、冲击强度低、容易产生应力开裂、耐热耐湿性差、固化物收缩等不足，因而随着集成电路的集成度越来越高、布线日益精细化、芯片尺寸小型化及封装速度的提高，科研人员着力开发具有优良的耐热耐湿性、高纯度、低应力、低线胀系数等特性的环氧树脂。另外，随着环境污染影响人类健康的问题成为全球关注的焦点，采用无铅封装材料是电子封装业中焊接材料和工艺发展的大势所趋。

本文力求梳理以日立化成工业株式会社（以下简称“日立化成”）、国内天津凯华绝缘材料股份有限公司（以下简称“凯华绝缘材料”）和苏州生益科技有限公司（以下简称“苏州生益”）等为代表的企业专利，探求电子封装用环氧树脂发展趋势，为国内行业发展提供方向。

关键词：电子封装；环氧树脂；专利技术

1环氧本身的结构

由于环氧树脂本身的结构直接影响了塑封料的性能以及加工工艺，是电子封装中的关键因素，这也是最为简单、直接和有效的改进。从基材的综合特性来看，不同类型的环氧树脂具有不同的特性，诸多企业力图通过不断合成具有新的結构的环氧树脂以达到对封装材料性能进行改进的目的，从而保证在电子封装领域占据市场主导地位。

日立化成JPS62290720 A对所用环氧树脂的结构进行了改进，使用环氧与含羟基苯甲醛的缩聚物作为环氧树脂，如：

可以改善塑封材料的耐热性能。JP3247368 B2、JP3049898B2公开了一种具有新颖的联苯和含有萘环结构的环氧树脂，使用该环氧树脂可以较常规使用的双酚A型环氧树脂具有更好的粘接性能、耐湿性和耐热性，同时使所得组合物具有更好的抗破裂性能和吸湿性能。为了获得满足阻燃性能而其他性能又不受影响的环氧树脂组合物，JP2003253092 A提供了一种封装用环氧树脂组合物，包括环氧树脂，固化剂以及复合金属氢氧化物，其中环氧树脂具有如下结构：

该组合物可达到在未经卤化及不含锑的条件下的阻燃性，具有良好的流动性及模塑性，优异的耐回焊性、耐湿性以及高温储藏性。

环氧本身的结构很大程度上决定了产品的性质，对环氧结构的改变能够最大程度地符合不同电子封装环境的要求。

2固化剂

在固化剂的改进方面，凯华绝缘材料重点研究了涉及柔性固化、快速固化两方面的固化剂。2011年，CN201110169122A涉及一种可用于电子封装材料的柔性固化剂及其合成方法，采用分段式合成方法将液态环氧树脂、二元羧酸/酸酐、含氮化合物、多元酚和催化剂，控制反应温度、反应时间等条件，制得了一种可用于电子封装材料的柔性固化剂，所制得的柔性固化剂是一种具有柔性链段和特殊刚性结构的大分子固化剂，属于线型双官能度酚类固化剂，且其吸水率较低。2013年，CN201310005605A中公开使用了酚类环氧固化剂及其催化剂，使得该环氧粉末组合物在固化温度条件下有着极高的反应活性，从而有效地缩短了固化反应的时间而且还保持了原有的电绝缘性和可靠性。CN201410773074A涉及一种具有超支化结构的柔韧型环氧树脂组合物及其制备方法，在加入超支化结构的聚酯固化剂后，所合成的聚酯固化剂用于环氧电子封装材料，柔韧性好、交联密度大、强度大并实现了电子封装材料的无卤化，优化了电子封装材料的可加工性、物理性能和电性能，赋予电子封装材料优异的柔韧性，从而大幅度提高电子封装材料的耐冷热冲击性。

固化剂作为环氧树脂的催化剂，其不仅影响环氧树脂的固话速度，更对产品的性质产生重要影响，成为电子用环氧树脂的关键一环。

3填料

对于填料的改进，则主要集中在2006年之后，且发展迅速，由于此时对于环氧树脂的结构改进已经发展一段时间，研究人员试图通过添加具有不同性能的填料以改善产品的综合性能。

近十年来，研究人员不仅尝试加入各种现有填料，以改进环氧树脂组合物的综合性能，而且也开始对填料的结构进行改进，以使其加入组合物后可以获得更理想的材料。JP2003026769 A对含硅填料的结构进行了进一步改进，在含硅填料中引入环氧基团，如：

可以使得环氧树脂组合物用于BGA封装时具有更小的弯曲和变形，性能更加稳定。JP2002302593 A同样也是对含硅填料的结构进行了改进，使用具有如下结构的填料：

可以使得组合物具有更好的流动性、硬度，并且吸湿性很低，粘接性能良好。

随着电子器件的小型化、轻量化、高性能化、高密度化，电子部件的安装由插针型逐渐变为表面安装型，这会造成封装直接曝露于焊接温度，在焊接时吸湿水分急剧膨胀，成为产生封装龟裂或电特性不良的原因。单单通过环氧树脂方面改良，会产生耐热性降低、固化性下降等问题。针对于此，研究者提出了针对偶联剂的一种新的解决方案，如使用含环氧基的硅烷偶联剂或含氨基的硅烷偶联剂以及含硫原子的硅烷偶联剂。然而，使用含环氧基或含氨基的硅烷偶联剂时，仍存在粘接性不充分的情况，为此，JP2016084480 A提出了一种新的解决方案，其含有环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填充剂、含芳基氨基的烷氧基硅烷化合物、含环氧基的烷氧基硅烷化合物，该组合物可以使组合物阻燃性良好，且耐回流性及成型性均优异。

4组合物

通过选择组合物中具有特定结构的环氧、固化剂等，可以使其相互作用、配合，进而对组合物的综合性能做进一步改进。

苏州生益主要生产经营项目为覆铜板相关产品，其产品主要是用于半固化片及层压板的无卤树脂组合物，主要是针对两种环氧树脂组合物进行进一步的改进，以使其综合性能更加适用于电子封装等高性能印刷线路板，其研究内容紧紧围绕其产业重点定位，更好地服务于其终端产品。

2013年所申请的专利CN201310206428A公开了一种用于集成电路的热固性树脂组合物，包括：烯丙基改性双马来酰亚胺树脂预聚物；酸酐化合物；苯并恶嗪树脂；环氧树脂；阻燃剂；固化促进剂；无机填料。本发明的树脂组合物保持了烯丙基改性双马来酰亚胺树脂预聚物的高耐热和高Tg特性，并且在较低磷含量的基础上无卤阻燃达到UL94V-0等级，同时兼具了酸酐的低介电常数，可以满足高密度互连集成电路封装等高性能印制线路板生产工艺要求。

2014年，苏州生益进一步在现有研究的基础上进行了改进，主要为向组合物中加入了含磷活性酯，使得产物的综合性能得到进一步改进。CN201410230519A公开了一种无卤树脂组合物。所述含磷活性酯化合物经由有机磷类化合物和苯甲醛化合物，在90～130℃下反应制得。本发明配置了一种具有良好的耐热性、低介电常数和低吸湿率的无卤树脂组合物，解决了现有技术中由于无卤阻燃导致的介电性能、吸湿性能下降的问题。CN201410231711A公开了一种无卤树脂组合物，包括：苯并恶嗪树脂；环氧树脂；含磷活性酯化合物；固化剂；固化促进剂。所述含磷活性酯化合物经的制备方法同上一篇申请，且所得产物的性能也相近。

2015年，苏州生益CN201510315170A公开了向含有环氧树脂和氰酸酯树脂的组合物中加入了聚碳化二亚胺树脂的热固性树脂组合物，使得产物的耐热性能得到了进一步提高。与现有技术相比，由本发明的热固性树脂组合物制得的层压板具有优异的耐热性能，相比现有的热固性树脂组合物具有更高的玻璃化转变温度，可以更好地应用于高密度互联集成电路封装等高性能印刷线路板领域。

5结语

环氧树脂由于具有优良的耐热性、电绝缘性、密着性、介电性、力学性能及较小的收缩率、耐化学药品性，加入固化剂后又有较好的加工性和可操作性，成为国外半导体器件塑封料封装的主流。通过对环氧本身、固化剂、填料以及组合物的搭配，使环氧树脂更加适用于电子封装应用，更好地为终端产品服务。