在半導體封裝材料中,環氧樹脂(Epoxy)系統的使用比例超過七成,是目前最重要的高分子材料之一。典型的環氧樹脂配方主要由環氧樹脂本體(Epoxy Resin)、硬化劑(Hardener / Curing Agent)所構成。另還有降低熱膨脹係數的二氧化矽類無機填料,調整作業性的稀釋劑、觸變劑等,透過上述材料的精密配方設計與均勻混合,才能使封裝材料同時滿足機械、熱、電性與長期可靠度等嚴苛需求。
塑料的分類
熱固性樹脂(Thermosetting Resin)
熱固性樹脂在硬化前由相對較低分子量的化合物所組成,經硬化反應後會形成三次元交聯結構,成為不溶、不融的固化樹脂。其特點為機械強度高、耐熱性與耐候性佳。
常見材料包括:酚樹脂(Phenol)、尿素樹脂(Urea)、三聚氰胺樹脂(Melamine)、環氧樹脂(Epoxy)…等。
熱塑性樹脂(Thermoplastic Resin)
熱塑性樹脂在加熱後會軟化並呈現可塑性,冷卻後再次固化,該過程可反覆進行。經塑性變形後,材料的吸震性與制震性較佳。
常見材料包括:聚氯乙烯(PVC, Polyvinyl Chloride)、醋酸乙烯樹脂(EVA, Ethylene Vinyl Acetate)、聚乙烯(PE, Polyethylene)、聚丙烯(PP, Polypropylene)…等。
何謂環氧樹脂?
樹脂材料可分為熱塑性樹脂與熱固性樹脂兩大類,而環氧樹脂屬於熱固性樹脂。環氧樹脂可與胺類或酸酐類硬化劑發生加成反應,形成高度交聯的三次元網狀高分子結構,一旦固化後,即使再次加熱也不會軟化或變形。由於此結構具備不溶於一般溶劑與化學藥品的特性,因此環氧樹脂必須透過硬化劑才能完成固化反應並獲得最終物性。
環氧樹脂廣泛應用於半導體封裝,主要歸因於其具備其優異特性,包括:接著力強、耐溶劑性與耐化學藥品性優良、耐水性佳、電氣絕緣性優良、耐熱性與尺寸穩定性佳、硬化收縮率低、硬化過程中不生成副產物。這些特性使其非常適合用於高可靠度、高密度的電子與半導體應用。
硬化劑的種類與特性
硬化劑的選擇會對硬化速度、作業性與硬化後物性產生顯著影響,常見類型如下:
酸酐類(Anhydride)
低黏度、收縮應變小,具優異的耐老化特性。電氣與機械特性表現良好,常用於重電、弱電等要求長期可靠度的應用。
脂肪族胺類(Aliphatic Amine)
常溫即可硬化。作業性佳、應用廣泛,常用於塗料、接著劑、治工具與一般電子用途。
芳香族胺類(Aromatic Amine)
中~高溫硬化型(約 80~150°C)。熱變形溫度高、耐化學性佳,適用於高耐熱需求應用。
潛在性硬化劑(Latent Curing Agent)
主要用於單液型系統。貯存穩定性佳,需經高溫加熱才能啟動硬化反應。
酚類硬化劑(Phenol)
以酚醛型(Novolac type)為主。具優異耐熱性與耐濕性,廣泛應用於半導體封裝與密封材料。