環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑在電子產(chǎn)品封裝中的應(yīng)用方案

環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑在電子產(chǎn)品封裝中的應(yīng)用方案

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一、引子：一封來(lái)自客戶的郵件

“我們近一批芯片封裝產(chǎn)品，在運(yùn)輸途中出現(xiàn)了微裂紋，影響了產(chǎn)品的良率。聽(tīng)說(shuō)貴司的環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑效果不錯(cuò)，能否提供一份詳細(xì)的應(yīng)用方案？”

這封郵件讓我陷入了思考。作為材料工程師，我深知電子產(chǎn)品封裝過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂扮演著至關(guān)重要的角色。而其中容易被忽視卻致命的問(wèn)題之一，就是——開(kāi)裂。

別小看這道裂縫，它可能讓一個(gè)價(jià)值幾千元的芯片瞬間報(bào)廢。更糟糕的是，這種問(wèn)題往往不會(huì)立刻顯現(xiàn)，而是潛伏在使用一段時(shí)間后才爆發(fā)，讓人防不勝防。

于是，我決定寫(xiě)一篇關(guān)于環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑在電子產(chǎn)品封裝中的應(yīng)用方案的文章，從原理到實(shí)踐，從選材到測(cè)試，全面解析這個(gè)問(wèn)題。

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二、為什么電子產(chǎn)品會(huì)“裂”？

在電子封裝領(lǐng)域，環(huán)氧樹(shù)脂因其優(yōu)異的粘接性、電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性，成為首選材料。但它的“硬傷”也很明顯——脆性大，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致開(kāi)裂。

那么，哪些因素會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂呢？

原因類別	具體表現(xiàn)
材料本身	環(huán)氧樹(shù)脂固化后收縮率高，彈性模量大
工藝過(guò)程	固化溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)短或梯度過(guò)大
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)	芯片與基板熱膨脹系數(shù)差異大
使用環(huán)境	高溫、低溫循環(huán)沖擊，濕熱環(huán)境

這些問(wèn)題就像一場(chǎng)慢性病，慢慢侵蝕著產(chǎn)品的壽命和可靠性。

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三、什么是環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑是一種能改善環(huán)氧樹(shù)脂固化體系柔韌性、降低內(nèi)應(yīng)力、提升抗裂性能的添加劑。

它不是一種“魔法藥水”，也不是萬(wàn)能膏藥，但它確實(shí)能在關(guān)鍵時(shí)刻“救你一命”。

這類固化劑通常分為以下幾類：

類型	特點(diǎn)	適用場(chǎng)景
改性脂肪胺類	柔韌性好，反應(yīng)活性適中	常溫/中溫固化
聚硫橡膠改性類	抗沖擊性強(qiáng)，耐候性佳	室外或惡劣環(huán)境
彈性體共混類	易加工，成本低	大批量生產(chǎn)
聚氨酯預(yù)聚物類	彈性極佳，附著力強(qiáng)	高要求封裝件

每種類型都有其“拿手絕活”，關(guān)鍵是要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇。

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四、如何挑選合適的抗開(kāi)裂固化劑？

選擇固化劑，不能光聽(tīng)銷售說(shuō)“這個(gè)好”，得靠數(shù)據(jù)說(shuō)話。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比表，幫助大家快速判斷：

性能指標(biāo)	標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧體系	添加抗開(kāi)裂固化劑后
斷裂伸長(zhǎng)率（%）	<2%	5~15%
熱膨脹系數(shù)（cte）	60~80 ppm/k	30~50 ppm/k
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 tg（℃）	120~150	90~130
內(nèi)應(yīng)力（mpa）	>100	<50
成本增幅	–	+10~30%

可以看出，添加抗開(kāi)裂固化劑雖然會(huì)讓tg略有下降，但換來(lái)的是更高的可靠性和更低的失效風(fēng)險(xiǎn)，性價(jià)比非常高。

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五、典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

1. bga封裝

球柵陣列封裝（ball grid array）是目前主流的ic封裝形式之一。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)封裝材料的要求極高。

在bga封裝中，環(huán)氧樹(shù)脂用于填充焊球之間的空隙，形成所謂的“底部填充膠”。如果材料太硬，熱脹冷縮時(shí)極易拉裂焊點(diǎn)。

解決方案：

• 使用聚氨酯改性固化劑
• 控制固化溫度曲線，避免突變
• 增加后固化處理以釋放殘余應(yīng)力

2. led封裝

led封裝對(duì)透明性、導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度都有較高要求。特別是戶外使用的led燈具，長(zhǎng)期暴露在溫差大、濕度高的環(huán)境中，極易出現(xiàn)“黃變+開(kāi)裂”的雙重打擊。

解決方案：

解決方案：

• 采用硅烷偶聯(lián)劑配合彈性體固化劑
• 加入抗氧化劑和紫外線吸收劑
• 優(yōu)化流變性能，防止氣泡殘留

3. mems傳感器封裝

微機(jī)電系統(tǒng)（mems）器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密，封裝不當(dāng)可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件卡死或靈敏度下降。

解決方案：

• 使用低粘度、低放熱的柔性固化劑
• 減少固化收縮率
• 提高界面附著力，防止脫層

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六、施工工藝建議

再好的材料，也需要正確的“烹飪方法”。以下是推薦的工藝流程：

1. 預(yù)處理階段

   • 清潔基材表面，去除油污、灰塵
   • 必要時(shí)進(jìn)行等離子處理或底涂處理

2. 配比混合

   • 按照廠家推薦比例準(zhǔn)確稱量
   • 使用高速攪拌設(shè)備，確保均勻混合

3. 施膠方式

   • 小面積可用點(diǎn)膠機(jī)
   • 大面積可采用刮刀或絲網(wǎng)印刷

4. 固化條件

   • 初步設(shè)定為80℃×1小時(shí) + 120℃×2小時(shí)
   • 可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整階梯式升溫曲線

5. 后處理

   • 固化完成后冷卻至室溫
   • 檢查外觀是否有氣泡、分層等缺陷

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七、性能測(cè)試項(xiàng)目一覽

為了驗(yàn)證是否真的“抗裂”，我們需要做一系列測(cè)試：

測(cè)試項(xiàng)目	測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)	目的
熱循環(huán)試驗(yàn)	jedec jesd22-a108	模擬極端溫度變化下的穩(wěn)定性
高溫高濕老化	iec 60068-2-30	檢測(cè)濕熱環(huán)境下的耐久性
沖擊試驗(yàn)	mil-std-883h method 2002.1	模擬運(yùn)輸振動(dòng)和跌落
推拉力測(cè)試	ipc-tm-650 2.4.23	測(cè)量芯片與基板之間的結(jié)合強(qiáng)度
顯微鏡觀察	sem/x-ray	檢查內(nèi)部是否存在微裂紋或氣孔

這些測(cè)試就像是給材料做“體檢”，只有通過(guò)層層關(guān)卡的產(chǎn)品，才能真正勝任電子封裝的重任。

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八、市場(chǎng)主流產(chǎn)品推薦（非廣告）

以下是目前市場(chǎng)上一些廣受好評(píng)的抗開(kāi)裂固化劑品牌及其主要參數(shù)（僅供參考）：

品牌	型號(hào)	主要成分	固化溫度（℃）	斷裂伸長(zhǎng)率（%）	tg（℃）	特點(diǎn)
	araldite ly5565	聚氨酯改性胺	120	12	110	高柔韌性，適用于bga
	epikure 3274	脂肪族多元胺	80~100	8	95	中溫固化，適合led
	d.e.r.™ 331	環(huán)氧樹(shù)脂增韌劑	120~150	5	120	高溫穩(wěn)定，適合功率模塊
武漢吉田化工	jt-601	彈性體復(fù)合物	80~100	10	85	國(guó)產(chǎn)替代，性價(jià)比高
日本adeka	adeka optomer ct-1312	uv固化型	uv照射	7	n/a	快速固化，適合光學(xué)器件

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九、結(jié)語(yǔ)：科技的進(jìn)步，是一次次“縫縫補(bǔ)補(bǔ)”

電子封裝看似不起眼，卻是連接“微觀世界”與“現(xiàn)實(shí)世界”的橋梁。每一次技術(shù)的突破，都是對(duì)材料科學(xué)的一次重新理解。

從早的剛性環(huán)氧，到如今具備柔性的抗開(kāi)裂體系，我們走過(guò)了漫長(zhǎng)的路。而這背后，是無(wú)數(shù)科研人員日復(fù)一日地調(diào)配配方、測(cè)試數(shù)據(jù)、改進(jìn)工藝的結(jié)果。

正如一位美國(guó)材料科學(xué)家曾說(shuō)過(guò)：“the future of electronics is not just in the chip, but also in the glue that holds it together.”

而在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)材料學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)也指出：“環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性提升，是實(shí)現(xiàn)高可靠性電子封裝的關(guān)鍵路徑之一。”

所以，別小看那一瓶小小的固化劑，它可能是決定產(chǎn)品成敗的后一道防線。

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十、參考文獻(xiàn)（部分）

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 張偉, 李明. 環(huán)氧樹(shù)脂在電子封裝中的應(yīng)用研究進(jìn)展[j]. 中國(guó)膠粘劑, 2021, 30(6): 45-52.
2. 王磊, 陳曉東. 電子封裝用低應(yīng)力環(huán)氧樹(shù)脂體系的研究[j]. 功能材料, 2020, 51(12): 120501.
3. 清華大學(xué)材料學(xué)院課題組. 電子封裝材料的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)[r]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2022.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. zhang, y., & wong, c. p. (2019). advanced epoxy resins for electronic packaging. journal of materials chemistry c, 7(12), 3425–3439.
2. lee, j., & park, s. (2020). low-stress epoxy encapsulation materials for high-reliability semiconductor devices. ieee transactions on components, packaging and manufacturing technology, 10(5), 789–797.
3. mijovic, j., & wang, w. (2018). cure behavior and mechanical properties of epoxy resins modified with reactive elastomers. polymer engineering & science, 58(4), 611–620.

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如果你還在為封裝開(kāi)裂煩惱，不妨試試環(huán)氧抗開(kāi)裂固化劑。畢竟，一個(gè)好的“膠水”，有時(shí)候比一個(gè)聰明的大腦還管用。

畢竟，誰(shuí)不想自己的產(chǎn)品穩(wěn)如老狗，牢不可破呢？

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• 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。

• 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；

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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；

• 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%；

• 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；

• 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；

• nt cat t-125 有機(jī)錫類強(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。