環氧模塑料中應力改質劑的使用討論

王殿年，李 進，郭本東

（長興電子材料有限公司，江蘇 昆山 215301）

1 引言

隨著電子及電氣產品中半導體性能的高集成化、高性能化，IC半導體朝向高速化、IC尺寸大型化、多引腳數以及高功率的趨勢發展；半導體封裝技術也朝向高密度封裝、薄型封裝等多樣性的趨勢發展。因此，對于封裝材料的需求也不僅止于保護芯片與金線等要求，進一步提高封裝產品性能與可靠性，是近年來對封裝材料不可或缺的要求。環氧模塑料熱應力問題一直是EMC制造商和使用商所關注的問題，如何改善內應力對產品的傷害，各家方法不一，但就環氧模塑料制造商而言，可以通過添加應力改質劑、提高填料含量等來改善，本文就應力改質劑的添加使用進行相關實驗驗證，同時從應力計算公式σ＝k{（α1-αc）E1（Tg-T1）＋（α2-αc）E2（T2-Tg）}來看，內應力的大小與模量呈正比關系，故本文的研究將直接以模量的變化來表征內應力的變化。

2 實驗分析

2.1 應力改質劑

常用的應力改質劑有silicone oil和silicone powder，整體而言，對EMC內應力的減少都有正面意義，但兩者選用考慮各有利弊。在silicone powder方面，雖在膠材制程中分散較易，但隨著添加量的增加，整體膠材的黏度也相應增加，這樣容易造成膠材模流性變差。在silicone oil添加方面，雖造成整體黏度下降模流性變好，但因添加與制作過程中牽扯液態與固態兩相的混合，易造成分散不均的情形。

目前各廠商均嘗試藉由預溶制程（將phenol resin加熱熔化后，再加入silicone oil以液態均一相來達成充分混合的目的）來克服，但時常會因黏度差異或其他分子結構問題而無法充分混合，本實驗silicone oil以預溶的方式達到在膠材內的均勻分布，從而達到有效降低內應力的目的。

圖1 silicone oil與silicone powder在膠材內的分布示意圖

在相同添加量（相同重量百分率）之下，我們推測silicone oil相對于silicone powder的應力減少效果更佳，此論點可由圖1來說明，即以平均單位體積內所含的彈性體單位數，silicone oil應比silicone powder高，故silicone oil相對于silicone powder的應力減少效果應更好。

實驗結果：

為比對方便，原則上我們保持silicone oil與silicone powder添加總量為2wt%，分別以silicone oil環氧當量（EEW）、反應濃度、反應時間與silicone oil添加量為變因，探討對整體膠材的影響。整體prereaction反應條件為：

加熱溫度：175℃。

2.2 環氧當量

將表1完成的反應物，添加至silica含量為76wt%的配方，完成配方的操作后進行各項特性的測試，所得數據如表2。

圖2 S.F./G.T.與EEW關系圖

圖3 Flow test/Al peel與EEW關系圖

圖4 Strength與 EEW關系圖

圖5 Modulus與EEW關系圖

表1 不同環氧當量比較

表2 表1完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

2.3 反應濃度

將表3完成的反應物，添加至silica含量為76wt%的配方，完成配方的操作后進行各項特性的測試，所得數據如表4。

表3 不同反應濃度比較

表4 表3完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

圖6 S.F./G.F.與reaction conc. 關系圖

圖7 Flow test/Al peel與reaction conc. 關系圖

圖8 Strength與reaction conc. 關系圖

圖9 Modulus與reaction conc. 關系圖

2.4 反應時間

表5 不同反應時間比較

將表5完成的反應物，添加至silica含量為76wt%的配方，完成配方的操作后進行各項特性的測試，所得數據如表6。

2.5 添加量

以反應濃度50wt%反應2min后備用，將反應物添加至silica含量為76wt%的配方，完成配方的操作后進行各項特性的測試，所得數據如表7。

3 結果討論

（1）在silicone oil環氧當量方面，隨環氧當量增加，黏度與modulus也隨之下降（如圖3、圖5）。當環氧當量增加時，其代表相同重量的分子數也隨之減少，在相同反應時間內，反應程度亦較為完全（即未作用的silicone oil分子數較少），因此在充分結合的效應下，對整體膠材黏度與modulus有一定程度的減少。相反地，環氧當量較低的silicone oil反應程度較不完全，加上混合性較差等雙重因素下，造成黏度與modulus減少程度較低，尤其Al peel測量值明顯降低（如圖3），也是反應未完全的分子所造成（推斷為膠材受熱時，未反應的silicone oil在無法與樹脂系統良好互溶的狀況下，因比重與黏度的雙重因素，造成分離并浮現在成型膠材表面上）。

（2）在反應濃度影響方面，除反應程度效應外，與樹脂系統的互溶性也是重要因素。在低濃度時，藉由反應在膠材中均以較大分子存在，故整體黏度相對于高濃度的對照組更高（如圖7），但由于未反應的silicone oil分子亦可由互溶的方式分散在膠材中，故整體在反應濃度方面無明顯差異（如圖7、圖9）。

（3）在反應時間方面，同（2）項原因，隨著反應時間增加，黏度隨之上升。在其他性質方面則無明顯差異。

（4）在添加量部份，除7.5g添加量的黏度與S.F.值有異常外，隨著添加量增加，黏度也隨之下降，并在添加量5g為臨界值。在modulus影響性部份，如同預期，隨添加量增加而下降。

（5）為比較silicone powder與silicone oil的效用差異，我們另外嘗試改變添加物種，將其實施于silica 76wt%的配方系統，所得結果如表8。

表6 表5完成物添加silica含量為76wt%的配方特性

表7 50wt%反應濃度反應2min后添加silica含量為76wt%的配方特性

表8 改變添加物實施于silica 76wt%的配方特性

從測試結果可了解，silicone oil添加可有效降低黏度與modulus，另外在silicone powder添加方面，與過去的經驗與實驗結果相同（即黏度升高且可降低modulus）。

[1] H Lee, Y Y. Earmme.IEEE Trans Comp, package, Manufact Technol. 1996, 19,168.

[2] J H Lupinski. Polymer Materials for Electronic Packaging and Interconnection[A]. American Chemical Society,Washing ton DC. 1989, 286.