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低黏度、高Tg:半導體封裝環氧樹脂特性介紹 | 三建產業資訊

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低黏度、高Tg:半導體封裝環氧樹脂特性介紹

低黏度、高Tg:半導體封裝環氧樹脂特性介紹

環氧樹脂(Epoxy Resin)具有優良的黏著性、防蝕性、絕緣可靠性與保護性、加工性以及黏著耐久性等特性,被廣泛應用於各種產業領域,如黏著劑、塗料、電子材料、複合材料,以及土木建築用密封材料等,也被廣泛應用於半導體封裝材料中。常見的環氧樹脂類型包含以下幾種:

1. 間甲酚諾瓦萊克型環氧樹脂(ECN)

ECN 能滿足各種熔融粘度和軟化點的需求,其具有多官能特性,具有良好的固化性,固化後的材料擁有高玻璃轉移溫度(Tg)、低吸水性與吸濕性、低熱膨脹性等優異特性,長期以來被用作半導體封裝材料。

由於半導體封裝材料需與半導體直接接觸使用,對純度要求非常高。然而,可水解氯在存在水的情況下會生成游離氯,可能腐蝕半導體元件的鋁配線,因此必須採用能盡量抑制可水解氯生成的製造技術。

隨著半導體朝向薄型化與小型化發展,封裝材料需要透過高填充料來降低熱膨脹性,對環氧樹脂提出更低熔融黏度的需求,以便實現高填充料的應用。四甲基聯苯型環氧樹脂(TMDGBP)等材料,作為ECN 的後續產品(Post-ECN),市場占有率正逐步提升。

2. 四甲基聯苯型環氧樹脂(TMDGBP)

為應對高密度封裝需求,半導體封裝逐漸轉向表面貼裝型(SMT),為了在高溫焊接回流時保持可靠性,降低封裝材料的吸水率是關鍵。降低吸水率可透過提高封裝材料中矽膠(SiO₂)填充率、降低樹脂比例來實現,但必須確保封裝成型時的流動性。

TMDGBP 與ECN的環氧當量(Epoxy Equivalent)大致相同,但擁有更低的熔融黏度,且具有高拉伸強度、高斷裂伸長率、高玻璃轉移溫度(Tg)以及低吸水性。這些優異特性主要源自其聯苯結構所帶來的高自由體積與剛性。

3. 聯苯芳基烷型環氧樹脂(MAR-E.R.)

與TMDGBP 固化物相比,MAR-E.R.固化物的黏著力和應力指數(stress index, n)均有所提高,展現出對焊錫回流可靠性有利的特性。

4. 萘酚型環氧樹脂

此類樹脂熔融黏度與ECN 相當,但高於TMDGBP。

5. 雙環戊二烯(DCPD)型環氧樹脂

熔融黏度較低,易於加工,適合要求低軟化點的封裝材料。

6. 三酚甲烷型環氧樹脂(TGMTP, Trisphenol Methane Type Epoxy Resin)

此類樹脂的環氧基密度較高,與ECN相比,其硬化物的玻璃轉移溫度(Tg)較高,透過提高分子量可以進一步提升Tg。高Tg(高交聯密度)使線膨脹係數(CTE)降低,因此被應用於要求低翹曲的FO-WLP封止材。不過,由於交聯密度高,硬化反應中會生成較多的二級羥基,因此吸水率較高。

 

資料來源:「半導體封裝材料用環氧樹脂的基礎與新技術」演講會內容,2025年。

圖片來源:積水化学工業株式会社

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