環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑在芯片、PCB板灌封和保護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用
環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑在芯片、PCB板灌封和保護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用
說(shuō)到電子產(chǎn)品的“壽命”，你可能會(huì)想到電池續(xù)航、系統(tǒng)更新或者主板老化。但其實(shí)，真正決定一塊電路板能不能扛住高溫、高濕、震動(dòng)甚至化學(xué)腐蝕的，往往不是那幾顆閃閃發(fā)光的芯片，而是那些看起來(lái)平平無(wú)奇、卻默默守護(hù)著它們的“隱形英雄”——環(huán)氧電子封裝材料。
而在這背后，有一種看似不起眼、實(shí)則功不可沒(méi)的角色，那就是：環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑。它就像是一位幕后導(dǎo)演，雖然不露臉，但卻決定了整部“電影”的節(jié)奏與質(zhì)量。
一、從“膠水”說(shuō)起：環(huán)氧樹(shù)脂在電子工業(yè)中的地位
很多人第一次接觸環(huán)氧樹(shù)脂，可能是在修補(bǔ)家具裂縫或粘合塑料玩具的時(shí)候。但在電子行業(yè)，它的用途遠(yuǎn)不止于此。作為電子封裝的核心材料之一，環(huán)氧樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于芯片封裝、PCB（印刷電路板）灌封、繼電器密封等領(lǐng)域。
為什么是環(huán)氧樹(shù)脂？因?yàn)樗邆湟韵聨c(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
- 優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度：能有效抵抗外部沖擊；
- 良好的電絕緣性：防止短路、漏電；
- 耐熱耐濕性能好：適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；
- 可調(diào)性強(qiáng)：通過(guò)配方調(diào)整可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
不過(guò)，環(huán)氧樹(shù)脂本身并不是萬(wàn)能的。它的固化過(guò)程往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是在低溫環(huán)境下，固化速度慢得讓人抓狂。這時(shí)候，就需要我們的主角登場(chǎng)了——環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑。
二、促進(jìn)劑：環(huán)氧固化的“催化劑”
顧名思義，促進(jìn)劑的作用就是“加快反應(yīng)”。在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，促進(jìn)劑主要用來(lái)提升固化劑與樹(shù)脂之間的反應(yīng)速率，縮短固化時(shí)間，降低固化溫度，提高生產(chǎn)效率。
1. 常見(jiàn)類(lèi)型及作用機(jī)制
目前市面上常見(jiàn)的環(huán)氧促進(jìn)劑主要包括以下幾種類(lèi)型：
| 類(lèi)型 | 化學(xué)結(jié)構(gòu) | 典型代表 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|
| 胺類(lèi)促進(jìn)劑 | 脂肪胺、芳香胺 | DMP-30、BDMA | 固化速度快，適合常溫固化 |
| 咪唑類(lèi)促進(jìn)劑 | 2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MZ）、2-苯基咪唑（2PZ） | EMZ-20、Curezol系列 | 活性高，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好 |
| 膦類(lèi)促進(jìn)劑 | 磷腈類(lèi)化合物 | P-600、T-31 | 耐高溫性能優(yōu)異 |
| 酚類(lèi)促進(jìn)劑 | 雙酚A衍生物 | Phenolic accelerators | 適用于酚醛樹(shù)脂體系 |
每種促進(jìn)劑都有其適用范圍，選擇時(shí)需結(jié)合具體工藝要求，比如固化溫度、固化時(shí)間、產(chǎn)品厚度等。
三、促進(jìn)劑在芯片封裝中的應(yīng)用
芯片封裝是半導(dǎo)體制造的后一道工序，也是保障芯片穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。環(huán)氧樹(shù)脂在這里的主要任務(wù)是：
- 封裝芯片本體，防止物理?yè)p傷；
- 防潮防塵，避免氧化；
- 散熱導(dǎo)熱，維持工作溫度穩(wěn)定。
而在這一過(guò)程中，促進(jìn)劑的作用就顯得尤為重要了。
實(shí)際案例分享：
某國(guó)內(nèi)知名芯片廠(chǎng)商在進(jìn)行倒裝芯片（Flip Chip）封裝時(shí)，曾遇到一個(gè)難題：傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂固化時(shí)間太長(zhǎng)，影響了產(chǎn)線(xiàn)效率。后來(lái)他們引入了一種新型咪唑類(lèi)促進(jìn)劑，使得固化溫度從150℃降至120℃，固化時(shí)間也由原來(lái)的2小時(shí)縮短到45分鐘，同時(shí)保持了良好的粘接強(qiáng)度和電氣性能。
| 參數(shù) | 未加促進(jìn)劑 | 添加促進(jìn)劑后 |
|---|---|---|
| 固化溫度 | 150℃ | 120℃ |
| 固化時(shí)間 | 2小時(shí) | 45分鐘 |
| 剪切強(qiáng)度 | 28 MPa | 32 MPa |
| Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度） | 120℃ | 135℃ |
這種改變不僅提升了產(chǎn)能，還降低了能耗，可謂一舉兩得。
四、促進(jìn)劑在PCB灌封中的角色
PCB板可以說(shuō)是電子設(shè)備的“神經(jīng)系統(tǒng)”，一旦出問(wèn)題，輕則功能失常，重則直接報(bào)廢。為了保護(hù)PCB免受外界環(huán)境侵害，工程師們通常會(huì)采用灌封的方式，將整個(gè)電路板包裹在一層厚厚的環(huán)氧樹(shù)脂中。
但這層“鎧甲”如果固化不好，反而會(huì)成為隱患。比如固化不完全會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力集中，引起開(kāi)裂；固化過(guò)快又可能導(dǎo)致氣泡殘留，影響絕緣性能。
這時(shí)候，促進(jìn)劑就成了調(diào)節(jié)固化節(jié)奏的“指揮棒”。
舉例說(shuō)明：
一款用于戶(hù)外監(jiān)控?cái)z像頭的PCB板，在使用普通環(huán)氧體系時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)表面起泡、邊緣發(fā)脆的問(wèn)題。技術(shù)人員分析發(fā)現(xiàn)，這是由于固化速度不均所致。于是他們?cè)谂浞街屑尤肓诉m量的脂肪胺類(lèi)促進(jìn)劑，使得整體固化更加均勻，同時(shí)保留了足夠的操作時(shí)間。
舉例說(shuō)明：
一款用于戶(hù)外監(jiān)控?cái)z像頭的PCB板，在使用普通環(huán)氧體系時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)表面起泡、邊緣發(fā)脆的問(wèn)題。技術(shù)人員分析發(fā)現(xiàn)，這是由于固化速度不均所致。于是他們?cè)谂浞街屑尤肓诉m量的脂肪胺類(lèi)促進(jìn)劑，使得整體固化更加均勻，同時(shí)保留了足夠的操作時(shí)間。
| 項(xiàng)目 | 未添加促進(jìn)劑 | 添加促進(jìn)劑后 |
|---|---|---|
| 表面氣泡數(shù)量 | 多 | 幾乎無(wú) |
| 邊緣完整性 | 差 | 良好 |
| 固化時(shí)間（25℃） | 6小時(shí) | 4小時(shí) |
| 絕緣電阻（MΩ） | 1×10^9 | 5×10^10 |
結(jié)果顯而易見(jiàn)，灌封效果大大改善，客戶(hù)投訴率下降了70%以上。
五、促進(jìn)劑在其他領(lǐng)域的延伸應(yīng)用
除了芯片和PCB之外，環(huán)氧促進(jìn)劑還在許多其他電子封裝領(lǐng)域大展身手：
- LED封裝：要求透明度高、耐紫外、低黃變，促進(jìn)劑幫助實(shí)現(xiàn)快速固化與良好光學(xué)性能；
- 電源模塊灌封：對(duì)耐高溫和導(dǎo)熱性能有較高要求，磷系促進(jìn)劑表現(xiàn)出色；
- 繼電器封裝：需要耐電弧、抗高壓擊穿，咪唑類(lèi)促進(jìn)劑是理想選擇。
六、如何選對(duì)促進(jìn)劑？幾個(gè)實(shí)用建議
選擇促進(jìn)劑不是看誰(shuí)貴誰(shuí)好，而是要“對(duì)癥下藥”。以下是幾個(gè)小貼士：
- 明確工藝條件：固化溫度、時(shí)間、是否加熱等；
- 關(guān)注樹(shù)脂與固化劑種類(lèi)：不同類(lèi)型樹(shù)脂適配不同促進(jìn)劑；
- 考慮存儲(chǔ)穩(wěn)定性：有些促進(jìn)劑活性太高，容易提前反應(yīng)；
- 評(píng)估環(huán)保與安全性：盡量選用低毒、無(wú)揮發(fā)性的產(chǎn)品；
- 做小試驗(yàn)證：不要盲目上批量，先試個(gè)小樣再說(shuō)。
七、未來(lái)趨勢(shì)：綠色、高效、智能化
隨著電子產(chǎn)品向高性能、小型化、環(huán)保方向發(fā)展，環(huán)氧封裝技術(shù)也在不斷升級(jí)。未來(lái)的促進(jìn)劑發(fā)展趨勢(shì)包括：
- 更低VOC排放：減少對(duì)環(huán)境和人體的影響；
- 更高功能性：如阻燃、導(dǎo)熱、電磁屏蔽等復(fù)合功能；
- 智能響應(yīng)型促進(jìn)劑：根據(jù)外部刺激（光、熱、pH值）自動(dòng)調(diào)節(jié)固化行為；
- 可持續(xù)來(lái)源：開(kāi)發(fā)植物基或生物降解型促進(jìn)劑。
結(jié)語(yǔ)：別忘了那位“幕后英雄”
在這個(gè)追求速度與效率的時(shí)代，我們常常只記得那些閃耀的明星芯片，卻忽略了那些默默無(wú)聞、卻同樣重要的“助手”們。環(huán)氧促進(jìn)劑雖小，但它所扮演的角色，卻是確保電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要基石。
正如一句老話(huà)說(shuō)得好：“千里之堤，毀于蟻穴。”再先進(jìn)的芯片，如果沒(méi)有可靠的封裝保護(hù)，終究也只是空中樓閣。而促進(jìn)劑，正是那個(gè)不讓“蟻穴”出現(xiàn)的關(guān)鍵人物。
參考文獻(xiàn)
以下為部分國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，供有興趣進(jìn)一步了解的讀者參考：
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Zhang, H., & Wang, L. (2020). Application of phosphorus-containing accelerators in electronic encapsulation materials. Chinese Journal of Adhesives, 29(5), 45–50.
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王志剛, 張曉東. (2018). 環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料在LED照明中的應(yīng)用研究. 電子元件與材料, 37(3), 67–71.
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李建國(guó), 劉海峰. (2021). 芯片封裝用環(huán)氧樹(shù)脂體系的研究進(jìn)展. 半導(dǎo)體技術(shù), 46(10), 89–95.
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Fujita, T., & Yamamoto, M. (2005). Development of low-temperature curable epoxy systems using novel accelerators. Journal of Electronic Materials, 34(6), 778–783.
-
ASTM D790-17. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials.
如果你正在從事電子封裝相關(guān)的工作，不妨多給這位“幕后英雄”一點(diǎn)掌聲。畢竟，沒(méi)有它，你的電路板可能連冬天都熬不過(guò)去呢！
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬?gòu)?fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類(lèi)有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；
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NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；
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NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；
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NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；
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NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；
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NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來(lái)替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對(duì)較低；
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NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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NT CAT T-125 有機(jī)錫類(lèi)強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。