本發(fā)明涉及環(huán)氧樹(shù)脂組合物，特別涉及具有高熱導(dǎo)性能，且成型工藝性能良好的適用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，全包封分立半導(dǎo)體器件由于組裝方便，相對(duì)于半包封半導(dǎo)體器件得到了更快的發(fā)展，而對(duì)于半導(dǎo)體器件封裝用的全包封用環(huán)氧樹(shù)脂則要求材料具有高導(dǎo)熱性能和優(yōu)良的成型工藝性能，且具有優(yōu)良的阻燃性能并且能夠符合環(huán)保要求。全包封半導(dǎo)體器件主要是用于大功率的電子產(chǎn)品，并且由于全包封半導(dǎo)體器件特殊的結(jié)構(gòu)要求，其封裝是一種典型的不對(duì)稱封裝。全包封半導(dǎo)體器件的背面(散熱片一面)一般較薄，為0.5～0.7mm，如果厚度超過(guò)0.7mm，會(huì)嚴(yán)重影響全包封半導(dǎo)體器件的散熱性。散熱不良時(shí)，含有全包封半導(dǎo)體器件的電子產(chǎn)品在工作時(shí)，溫度會(huì)達(dá)到70℃以上，高溫將對(duì)封裝的三極管的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重大影響。因此，為了提高散熱性，保證電子產(chǎn)品的工作可靠性，目前全包封半導(dǎo)體器件的背面厚度向薄型發(fā)展。目前市場(chǎng)上最薄的背面厚度為0.43mm。當(dāng)背面厚度減小后，由于背面空間的狹小，半導(dǎo)體器件在進(jìn)行包封時(shí)，會(huì)導(dǎo)致包裝所用塑封料在其正面與背面流動(dòng)時(shí)的阻力差別增大，從而造成流速差異也變大，容易造成塑封料在背面形成氣孔，或者造成填充不滿等塑封工藝缺陷。
在公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂組合物中的無(wú)機(jī)填料進(jìn)行表面處理而增加無(wú)機(jī)填料的含量(例如，日本特開(kāi)平8-20673號(hào)公報(bào))，此技術(shù)方案可以保持環(huán)氧樹(shù)脂組合物成型時(shí)的低粘度和高流動(dòng)性。然而，該方法中所使用的傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián)劑的分子量較小，與無(wú)機(jī)填料之間的結(jié)合力較差，起不到一定的增韌效果，從而使環(huán)氧樹(shù)脂組合物的熔融粘度還不夠小，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)該技術(shù)方案。日本特開(kāi)2002-220515中公開(kāi)了一種環(huán)氧 樹(shù)脂組合物，填料量達(dá)到80％，環(huán)氧樹(shù)脂組合物的熔融粘度較高，螺旋流動(dòng)長(zhǎng)度較低，但該環(huán)氧樹(shù)脂組合物的成型工藝性能不好，使用該環(huán)氧樹(shù)脂組合物(塑封料)封裝的半導(dǎo)體器件的表面有氣孔。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供具有高熱導(dǎo)性能、填充性能及成型工藝性能良好的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的組分及含量為：
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物中所使用的環(huán)氧樹(shù)脂為1個(gè)環(huán)氧分子內(nèi)有2個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結(jié)構(gòu)無(wú)特別限定。上述的環(huán)氧樹(shù)脂可以選自鄰甲酚醛環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、線性酚醛環(huán)氧樹(shù)脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂、雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹(shù)脂、開(kāi)鏈脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂、雜環(huán)型環(huán)氧樹(shù)脂等中的一種或幾種。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物中所使用的酚醛樹(shù)脂為1個(gè)酚醛分子內(nèi)有2個(gè)以上羥基的單體、低聚物或聚合物，其分子量及分子結(jié)構(gòu)無(wú)特別限定。上述的酚醛樹(shù)脂可以選自苯酚線性酚醛樹(shù)脂及其衍生物(衍生物如苯酚烷基酚醛樹(shù)脂)、苯甲酚線性酚醛樹(shù)脂及其衍生物、 單羥基或二羥基萘酚醛樹(shù)脂及其衍生物、對(duì)二甲苯與苯酚或萘酚的縮合物、雙環(huán)戊二烯與苯酚的共聚物等中的一種或幾種。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物中所使用的無(wú)機(jī)填料為高熱導(dǎo)的無(wú)機(jī)填料。所述的無(wú)機(jī)填料可以選自結(jié)晶型二氧化硅粉末、角型三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末等中的一種或幾種。上述結(jié)晶型二氧化硅粉末、角型三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末可以單獨(dú)使用或混合使用。此外，所述的無(wú)機(jī)填料的表面可以使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
所述的結(jié)晶型二氧化硅粉末、角型三氧化二鋁粉末、氮化硅粉末、氮化鋁粉末的中位徑(D50)都為10～40微米。
所述的球形氧化鋁粉末的中位徑(D50)為5～30微米。
所述的阻燃劑為溴代環(huán)氧樹(shù)脂與三氧化二銻配合的阻燃劑，其中，溴代環(huán)氧樹(shù)脂與三氧化二銻的重量比為10：1。
所述的固化促進(jìn)劑，只要能促進(jìn)環(huán)氧基和酚羥基的固化反應(yīng)即可，無(wú)特別限定。所述的固化促進(jìn)劑可以選自咪唑化合物、叔胺化合物和有機(jī)膦化合物等中的一種或幾種。
所述的咪唑化合物選自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-甲基咪唑和2-(十七烷基)咪唑等中的一種或幾種。
所述的叔胺化合物選自三乙胺卞基二甲胺、α-甲基卞基二甲胺、2-(二甲胺基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和1，8-二氮雜雙環(huán)(5,4,0)十一碳烯-7等中的一種或幾種。
所述的有機(jī)膦化合物選自三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三(對(duì)甲基苯基)膦和三(壬基苯基)膦等中的一種或幾種。
所述的脫模劑可以選自巴西棕櫚蠟、合成蠟和礦物質(zhì)蠟中的一種或幾種。
所述的無(wú)機(jī)離子捕捉劑包括但不限于選自水合金屬氧化物(如Bi2O3·3H2O)、酸性金屬鹽(如：Zr(HPO4)2·H2O)及鋁鎂的化合物(如：Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H2O)中的一種或幾種。
所述的硅烷偶聯(lián)劑可以選自γ-環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷中 的一種或幾種。
所述的著色劑為炭黑。
所述的低應(yīng)力改性劑為液體硅油、硅橡膠粉末或它們的混合物等。
本發(fā)明的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的制備方法：將占所述的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物總量的5～10wt％的環(huán)氧樹(shù)脂、5～8wt％的酚醛樹(shù)脂、70～81wt％的無(wú)機(jī)填料、3～15wt％的球形氧化鋁粉末、1～1.5wt％的阻燃劑、0.05～0.1wt％的固化促進(jìn)劑、0.4～0.6wt％的脫模劑、0.4～0.6wt％的無(wú)機(jī)離子捕捉劑、0.4～0.6wt％的硅烷偶聯(lián)劑、0.4～0.6wt％的著色劑及0.8～1wt％的低應(yīng)力改性劑混合均勻，然后將得到的混合物在溫度為70～100℃的雙輥筒混煉機(jī)上熔融混煉均勻，將熔融混煉均勻的物料從雙輥筒混煉機(jī)上取下自然冷卻、粉碎，得到所述的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的粉狀料；進(jìn)一步預(yù)成型為餅料，獲得用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的成型材料。
本發(fā)明通過(guò)在用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物中添加球形氧化鋁粉末，既改善了高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的填充性能，又能夠滿足對(duì)全包封半導(dǎo)體器件的背面厚度小于0.5mm，特別是背面厚度為0.43mm所使用的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的要求，是一種填充性優(yōu)良的半導(dǎo)體封裝用材料。本發(fā)明的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物同時(shí)還具備了必要的流動(dòng)性、高可靠性、阻燃性。
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但這僅是舉例，并不是對(duì)本發(fā)明的限制。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
鄰甲酚醛環(huán)氧樹(shù)脂A1(日本DIC Corporation制“N-665”)10wt％
苯酚線性酚醛樹(shù)脂B1(日本DIC Corporation制“TD-2131”)5wt％
結(jié)晶型二氧化硅粉末D1(d50為25μm) 75.5wt％
球形氧化鋁粉末E1(D50為5微米) 5％wt％
阻燃劑溴代環(huán)氧樹(shù)脂和三氧化二銻(溴代環(huán)氧樹(shù)脂與三氧化二銻的重量比為10：1) 1.5wt％
固化促進(jìn)劑2-甲基咪唑C 0.05wt％
巴西棕櫚蠟 0.5wt％
無(wú)機(jī)離子捕捉劑(日本TOAGOSEI Co.,Ltd制IXE500(Bi2O3·3H2O)) 0.45wt％
γ-環(huán)氧丙基丙基醚三甲氧基硅烷 0.5wt％
炭黑 0.5wt％
液體硅油 0.5wt％
硅橡膠粉末 0.5wt％(d50為1μm)
按照上述配比稱量并混合均勻后，將得到的混合物再在溫度為70～100℃預(yù)熱的雙輥筒混煉機(jī)上熔融混煉均勻，將熔融混煉均勻的物料從雙輥筒混煉機(jī)上取下自然冷卻、粉碎，得到用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的粉狀料；然后預(yù)成型為餅料，獲得用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的成型材料。用以下方法對(duì)得到的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的成型材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表1。
膠化時(shí)間：熱板法，將電熱板加熱到175±1℃，取0.3～0.5g上述成型材料樣品的粉料放在電熱板上，粉料逐漸由流體變成膠態(tài)時(shí)為終點(diǎn)，讀出所需時(shí)間。
螺旋流動(dòng)長(zhǎng)度：在傳遞模塑壓機(jī)上借助EMMI-1-66螺旋流動(dòng)金屬模具測(cè)定，成型壓力為70±2Kgf/cm2，模具溫度為175±2℃，取上述成型材料樣品的粉料20±5g進(jìn)行測(cè)試。
熔融粘度：利用日本島津公司的高化流動(dòng)儀測(cè)定得到的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物成型材料的熔融粘度。測(cè)試條件：口模為0.5×1.0mm，載荷為10kg，溫度為175℃。
導(dǎo)熱系數(shù)：按照國(guó)標(biāo)GB/T3139-82，利用導(dǎo)熱儀測(cè)定得到的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物成型材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
阻燃性：把上述成型材料樣品在175℃/25Mpa條件下制成1/16英寸厚度的樣塊，然后在175℃/6h的條件下進(jìn)行后固化，最后通過(guò)垂直燃燒法按照GB4609-84進(jìn)行阻燃測(cè)試。
成型工藝性能：塑封大功率全包封器件TO-220F(背面厚度為0.43mm)，內(nèi)部氣孔用超聲掃描測(cè)定，正面臺(tái)階面氣孔和背部氣孔用目測(cè)。經(jīng)檢驗(yàn)后不合格的大功率全包封器件TO-220F的只數(shù)越少，表明成型工藝性能越好。
實(shí)施例2～8
高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的組成見(jiàn)表1，制備方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。
比較例1～4
環(huán)氧樹(shù)脂組合物的組成見(jiàn)表2，制備方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。
實(shí)施例2～8、比較例1～4的環(huán)氧樹(shù)脂組合物中采用的在實(shí)施例1以外的成分如下所示。
雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹(shù)脂A2(日本DIC Corporation制“HP-7200”)
苯酚烷基酚醛樹(shù)脂B2(Mitsui Chemicals,Inc.制“XLC-4L”)
角型三氧化二鋁粉末D2(d50為25μm)
球形氧化鋁粉末E2(D50為15微米)
球形氧化鋁粉末E3(D50為30微米)
表1：實(shí)施例組合物的組成及評(píng)價(jià)結(jié)果(以重量百分比計(jì))
表2：比較例組合物的組成及評(píng)價(jià)結(jié)果(以重量百分比計(jì))
由上述實(shí)施例及比較例可看出，包含球形氧化鋁粉末的用于全包封半導(dǎo)體器件的高導(dǎo)熱型環(huán)氧樹(shù)脂組合物的填充性能明顯優(yōu)于不含球形氧化鋁粉末的環(huán)氧樹(shù)脂組合物。