聚苯硫醚在電子封裝材料中的應用

聚苯硫醚在電子封裝材料中的應用

1電子封裝材料電子密封材料是電子工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。目前，廣泛應用于電子行業(yè)的電子塑封材料主要是熱固性環(huán)氧樹脂。由于其固有的性能，它不適合嚴格的電子設備和電路（如宇宙電子設備）的密封，以滿足這些特殊要求行業(yè)的電子密封材料。為了研究這些特殊要求行業(yè)的電子密封材料，開發(fā)了一種高性能的透射材料來使用電子密封材料。與熱固性的電子封裝材料比較,熱塑性封裝材料具有以下優(yōu)點:(1)成型周期短,加工效率高,由于可使用注射成型,因此可實現(xiàn)元器件的連續(xù)化封裝;(2)用料省,邊角余料以及流道部分可回收利用,不需要每次加工對模具進行清洗;(3)可選擇的加工方法多,可用各種注射成型機進行注射成型,也能用其它方法進行加工;(4)使用的人數少,人力成本低;(5)封裝材料可方便回收,降低了廢舊元器件對環(huán)境的污染。因此可以說,用熱塑性高分子材料制作電子封裝材料代表著電子封裝材料未來的發(fā)展方向。聚苯硫醚(polyphenylenesulfide,簡稱PPS)是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性特種工程塑料。PPS具有價格便宜、耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、電學性能優(yōu)異、自身阻燃、機械強度高、尺寸穩(wěn)定性好、吸水率低、與填料的親合性好、加工成型方便等特點,因而自上世紀80年代以來,日本和美國等發(fā)達國家就將其作為電子封裝材料的研究給予了特別的重視,由于它可能的軍事用途,國外對其制造方法的公布不多。我國現(xiàn)在已實現(xiàn)PPS樹脂的工業(yè)化生產,具備研制和生產PPS電子封裝材料的原材料條件。在國家相關基金支持的情況下,我們開展了PPS電子封裝材料的研究。2實驗2.1樹脂助劑的開發(fā)PPS粉:商品PPS經純化處理后的產品;熔融硅微粉:南京華源粉體材料公司產品,產品牌號RG-600;PPA助劑:為含氟樹脂類助劑,成都三愛富新材料有限公司產品,產品牌號為PPA1026;KH-550:南京康普頓曙光有機硅化工有限公司產品;SBS:蘭州化學工業(yè)公司生產的SBS樹脂粉;乙醇:無水乙醇,AR,成都長聯(lián)化工試劑有限公司。2.2熔融硅微粉的制備根據熔融硅微粉的比表面積和KH-550的覆蓋面積計算KH-550的使用量,量取規(guī)定量的KH-550用10倍左右的乙醇稀釋,將KH-550的溶液加入到熔融硅微粉中,攪拌均勻后,將乙醇蒸發(fā),干燥,得到表面處理后的熔融硅微粉。將PPS、SBS和PPA助劑按一定比例混合,并在混合機中混合均勻,然后按一定比例加入經偶聯(lián)處理的熔融硅微粉,并混合均勻,待用。將上述配混的材料在雙螺桿擠出機(南京科亞公司生產)上造粒,并通過注射成型工藝制備測試樣,測定試樣的相關性能。2.3樣品測試2.3.1樣品的均勻性試驗將樣品分別取樣,并在馬弗爐中進行灼燒,稱取殘留物質量,據此判斷填料在樹脂中的分布是否均勻。2.3.2熱膨脹系數的測量熱膨脹系數的測定在成都光明光電信息材料有限公司測試技術研究所的熱膨脹系數測定儀(德國耐馳公司DIL402PC型)上完成。2.3.3樣品的吸水率為樣品在23℃的恒溫水浴中保持24h后測定,根據前后質量差進行計算。2.3.4能量學和物理性能的測量力學性能、電學性能等宏觀物理性能的測試委托國家合成樹脂質量檢驗中心按照國家相關標準檢測。3結果與討論3.1熔融硅微粉的添加量據相關文獻報道,PPS電子封裝材料的組成中除PPS樹脂外,一般還需要填料、流平改性劑、增粘劑、偶聯(lián)劑等組分。其中的填料主要用于增加材料的強度以及硬度,降低材料的熱膨脹系數,使之與被封裝的半導體元件以及引線匹配;流平改性劑主要用于提高材料的流動性能,改善施工性能;增粘劑用于提高材料與半導體元件以及引線的密閉和粘結性能;偶聯(lián)劑主要用于提高高分子材料與填料或者半導體材料的界面結合性能。由于電子封裝材料不宜用纖維進行增強,最好采用球形的無機陶瓷粒子進行填充,而目前國內還無電子材料用球形無機陶瓷粒子產品銷售,只有類球形(非角形)的熔融硅微粉,為此我們采用了幾種南京華源粉體材料公司生產的熔融硅微粉進行試驗。研究結果表明,粉體粒徑很小的熔融硅微粉(通過1000目分樣篩,實測平均粒徑為0.813μm,廠方提供資料為2～3μm),由于比表面積太大,不能實現(xiàn)高填充,因此最終我們選擇RG-600(通過600目分樣篩)作為本研究的原料。由于電子封裝材料要求較低的熱膨脹系數,從電子封裝材料的組成分析,PPS樹脂具有最高的膨脹系數(在10-5數量級),SBS樹脂也具有較高的膨脹系數,但使用量較小,熔融硅微粉具有最低的膨脹系數(在10-7數量級),要達到與半導體材料匹配的膨脹系數,只有實現(xiàn)熔融硅微粉的高填充才有可能達到,按照幾種材料膨脹系數的加合規(guī)律估算,熔融硅微粉的填充量應>65%才可能達到電子元器件對封裝材料膨脹系數的要求,因此,本文的研究范圍為熔融硅微粉填充量>65%。小試研究結果表明,當熔融硅微粉的含量>80%時,樹脂已不能將熔融硅微粉的表面潤濕,但在熔融流動速率測試儀上也基本能流動,為了保證擠出造粒以及封裝工藝等加工過程的順利進行,我們認為在配方中熔融硅微粉的含量不宜超過80%。無機材料和有機材料制作復合材料時,為提高無機-有機的界面結合力,最好對填料表面進行處理,由于熔融硅微粉的成分為二氧化硅,已有結果表明,KH-550(氨丙基三甲氧基硅烷)為較好的偶聯(lián)劑,因此本文借鑒這些研究結果,選用KH-550作為本研究的偶聯(lián)劑。3.2pps建筑材料的電子包裝性能3.2.1熔融硅微粉質量的測定結果將上述幾種復合材料粒料分別取樣,測定經馬弗爐灼燒后的殘渣質量,結果如表1所示。從結構上分析,殘渣質量主要由無機物提供,在本體系中即為熔融硅微粉的質量,測定結果表明,幾種配方的復合材料在灼燒后的殘渣質量符合添加規(guī)律,因此可以得出如下結論,即熔融硅微粉在復合材料中的分布是均勻的,可以提供穩(wěn)定的性能。3.2.2由于pps密封材料的膨脹系數，樣品的熱膨脹系數測定結果列入表2中,它表明復合材料都具有較低的熱膨脹系數,與半導體器件的熱膨脹系數匹配。3.2.3吸水率的測定表3為注射成型后的標準樣品,在23℃的恒溫水浴中放置24h后的吸水率測定結果。從表3可以看出,研制的復合材料的吸水率都低于0.02%,遠遠低于一般的環(huán)氧樹脂封裝材料吸水率,這是由于PPS和熔融硅微粉的吸水率均較低所致。3.2.4理性能測定值表4為所研制PPS復合材料的典型物理性能測定值。表4數據表明,這些性能值明顯優(yōu)于常用的環(huán)氧類電子封裝材料和有機硅類電子封裝材料的相關性能。4電子封裝材料本實驗研究的PPS復合材料的力學性能、熱性能、電性能均達到電子封裝材料的要求