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环氧封装材料由于具有高可靠性、低成本、生产工艺简单等特点,在微电子封装领域具有非常重要的地位。目前97%以上的超大规模集成电路都是由环氧树脂材料封装的。近年来,随着全球环境保护呼声的日益高涨,传统环氧封装材料中的含溴阻燃剂将被逐步淘汰,这给环氧封装材料提出了新的要求和挑战。本论文从分子结构设计出发,将含氟、含磷或含硅等功能性基团引入环氧树脂中,系统研究这些功能性基团对环氧树脂的阻燃性能、成型工艺性能、力学性能、电性能等的影响规律。并在此基础上,研究了无溴阻燃性环氧塑封料的制备方法。
主要创新点包括:
(1)设计并合成了一种新型含氟联苯型环氧树脂(FBE)和一种含氟联苯型酚醛树脂固化剂(FBP),将它们和不含氟的联苯型环氧树脂(BE)和联苯型酚醛树脂BP组合形成了系列含氟环氧树脂体系。结果表明,含氟基团的引入,明显提高了成型工艺性能,其最低粘度可达1.3Pa-s,且熔体稳定性好。经热固化后,树脂固化物具有高玻璃化温度(151℃)、力学性能优良(拉伸强度79MPa)、低吸湿率(0.27%)、低介电常数(3.8)以及本征性阻燃(UL94 V-O)等优点。
(2)设计合成的一种新型含磷酚醛树脂固化剂(BDPN)对邻甲基酚醛环氧树脂-线性酚醛树脂体系具有明显的阻燃效果;当磷含量超过1.8%时即可达到UL94 V-O的阻燃等级。
(3)设计并合成了两种新型含磷硅氧烷化合物(DOPO-TMDS和DOPO-DMDP),将其用于邻甲酚醛环氧树脂.线性酚醛树脂体系的阻燃,所得树脂体系具有优良的成型工艺性能,最低粘度为385mPa-s,加工窗口宽。树脂固化物不但阻燃性能优异,而且具有出色的机械性能。磷含量为2.0%时即可达到UL94 V-O的阻燃等级,拉伸强度高达97 MPa。
(4)由含氟联苯环氧树脂制备的本征阻燃性环氧塑封料,不但具有良好的成型工艺性能(粘度13.7 Pa.s,螺旋流动长度98cm),而且具有玻璃化温度高(160.1℃)、力学强度高(弯曲强度166.5 MPa)、吸湿率低(0.101%)、热膨胀系数低(7.1 ppm)和阻燃性优异(UL94 V-O)的特点。
(5)由磷硅协同阻燃树脂体系制备的绿色阻燃性环氧塑封料,成型工艺性能好(粘度44.0 Pa.s,螺旋流动长度112cm),机械强度高(弯曲强度145.1 MPa)、吸湿率低(0.673%)、热膨胀系数低(8.2 ppm),阻燃性达到UL94 V-O级。