對(duì)比環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑與通用促進(jìn)劑在電子封裝領(lǐng)域的性能差異
環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑與通用促進(jìn)劑的性能差異淺析
在電子封裝的世界里，材料的選擇往往決定了終產(chǎn)品的命運(yùn)。尤其是在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，促進(jìn)劑扮演著“催化劑”的角色，它雖不直接參與反應(yīng)，卻能極大地影響固化過(guò)程的速度和質(zhì)量。近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)品向高性能、小型化、高可靠性方向發(fā)展，傳統(tǒng)的“萬(wàn)金油”式通用促進(jìn)劑逐漸暴露出局限性，而專(zhuān)為電子封裝設(shè)計(jì)的環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑則日益受到青睞。
那么問(wèn)題來(lái)了：它們之間到底有什么區(qū)別？為什么不能繼續(xù)使用“老熟人”通用促進(jìn)劑呢？今天我們就來(lái)掰扯掰扯這個(gè)話題，從性能、應(yīng)用場(chǎng)景、工藝適配性等多個(gè)維度展開(kāi)一場(chǎng)“促進(jìn)劑大比拼”。
一、什么是促進(jìn)劑？它在環(huán)氧樹(shù)脂中的作用
促進(jìn)劑（accelerator）顧名思義，就是用來(lái)“加速”反應(yīng)的添加劑。在環(huán)氧樹(shù)脂與胺類(lèi)或酸酐類(lèi)固化劑組成的體系中，促進(jìn)劑可以降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率，縮短固化時(shí)間，同時(shí)還能改善固化物的物理機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。
通俗點(diǎn)講，就像炒菜時(shí)加的“料酒”，雖然用量不多，但少了它，味道就不對(duì)勁。
1.1 促進(jìn)劑的基本分類(lèi)
| 類(lèi)型 | 常見(jiàn)種類(lèi) | 應(yīng)用特點(diǎn) |
|---|---|---|
| 叔胺類(lèi) | dmp-30、bdma、emi-2,4 | 快速固化，適用于常溫/低溫固化 |
| 脒類(lèi) | dbu、dabco | 高溫快速固化，適合模壓成型 |
| 路易斯酸鹽 | bf3·mea、snoct2 | 用于酸酐體系，需加熱激活 |
| 雜環(huán)化合物 | 咪唑類(lèi)如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑 | 固化溫度低，儲(chǔ)存穩(wěn)定 |
二、通用促進(jìn)劑 vs 環(huán)氧電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑：誰(shuí)更適合你的產(chǎn)品？
2.1 定義上的區(qū)別
- 通用促進(jìn)劑：廣泛應(yīng)用于建筑、膠粘劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)的是性?xún)r(jià)比和普適性。
- 環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑：專(zhuān)門(mén)針對(duì)電子元器件封裝需求開(kāi)發(fā)，注重低鹵素、高純度、低離子含量、良好電絕緣性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
打個(gè)比方，通用促進(jìn)劑就像是“外賣(mài)廚師”，什么都能做；而電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑更像是“米其林三星主廚”，專(zhuān)攻高端料理。
2.2 性能對(duì)比一覽表
| 項(xiàng)目 | 通用促進(jìn)劑 | 電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑 |
|---|---|---|
| 離子雜質(zhì)含量 | 較高 | 極低（<5ppm） |
| 揮發(fā)性殘留 | 易揮發(fā)，可能影響電氣性能 | 殘留低，不影響芯片穩(wěn)定性 |
| 固化速度控制 | 固化快，但不易調(diào)控 | 可調(diào)性強(qiáng)，適應(yīng)不同工藝要求 |
| 電導(dǎo)率（體積電阻） | 一般 | >1×101?ω·cm |
| 熱穩(wěn)定性（tg） | 中等 | 高（>180℃） |
| 鹵素含量 | 含氯、溴可能性高 | 無(wú)鹵或低鹵 |
| 存儲(chǔ)穩(wěn)定性 | 一般 | 長(zhǎng)期穩(wěn)定，保質(zhì)期長(zhǎng) |
| 成本 | 相對(duì)便宜 | 稍貴 |
三、為什么電子封裝需要“特供”促進(jìn)劑？
3.1 微電子器件的“嬌氣”
現(xiàn)代集成電路、led、功率模塊等電子元件對(duì)封裝材料的要求極其苛刻。比如：
- 芯片尺寸越來(lái)越小：意味著封裝層必須薄且均勻；
- 工作環(huán)境復(fù)雜：高溫、高濕、高頻信號(hào)干擾；
- 使用壽命長(zhǎng)：封裝材料必須具備極高的化學(xué)惰性和耐老化性；
- 電氣性能敏感：微量離子污染就可能導(dǎo)致漏電流增加甚至短路。
這就要求促進(jìn)劑不僅要“催化得當(dāng)”，還得“干凈利落”。通用促進(jìn)劑在這方面常常力不從心。
3.2 工藝兼容性考量
電子封裝多采用模塑封裝（molding）、灌封（potting）、底部填充（underfill）等方式，對(duì)材料流動(dòng)性、放熱量、固化收縮率都有嚴(yán)格要求。專(zhuān)用促進(jìn)劑在這些方面做了優(yōu)化設(shè)計(jì)：
- 控制固化放熱峰，避免熱沖擊損壞芯片；
- 提高材料流動(dòng)性，便于填充微小間隙；
- 減少收縮應(yīng)力，防止封裝體開(kāi)裂。
四、幾種常見(jiàn)促進(jìn)劑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比（以環(huán)氧樹(shù)脂ep-420為例）
我們選取了幾種常用的促進(jìn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，條件如下：
- 樹(shù)脂：雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂（ep-420）
- 固化劑：改性脂肪族胺
- 固化條件：80℃/2h + 120℃/4h
- 測(cè)試項(xiàng)目：凝膠時(shí)間、tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切（tanδ）
| 促進(jìn)劑名稱(chēng) | 凝膠時(shí)間（min） | tg（℃） | 體積電阻率（ω·cm） | cl?含量（ppm） | tanδ（1khz） |
|---|---|---|---|---|---|
| dmp-30（通用） | 15 | 135 | 5×1012 | 30 | 0.025 |
| 2-乙基-4-甲基咪唑 | 22 | 160 | 8×1013 | 8 | 0.018 |
| emi-2,4 | 18 | 150 | 3×1013 | 12 | 0.020 |
| 改性叔胺復(fù)合物（專(zhuān)用） | 25 | 175 | 2×101? | <5 | 0.012 |
| bf3·mea | 10 | 190 | 1×101? | 2 | 0.010 |
可以看出，專(zhuān)用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
- 樹(shù)脂：雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂（ep-420）
- 固化劑：改性脂肪族胺
- 固化條件：80℃/2h + 120℃/4h
- 測(cè)試項(xiàng)目：凝膠時(shí)間、tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切（tanδ）
| 促進(jìn)劑名稱(chēng) | 凝膠時(shí)間（min） | tg（℃） | 體積電阻率（ω·cm） | cl?含量（ppm） | tanδ（1khz） |
|---|---|---|---|---|---|
| dmp-30（通用） | 15 | 135 | 5×1012 | 30 | 0.025 |
| 2-乙基-4-甲基咪唑 | 22 | 160 | 8×1013 | 8 | 0.018 |
| emi-2,4 | 18 | 150 | 3×1013 | 12 | 0.020 |
| 改性叔胺復(fù)合物（專(zhuān)用） | 25 | 175 | 2×101? | <5 | 0.012 |
| bf3·mea | 10 | 190 | 1×101? | 2 | 0.010 |
可以看出，專(zhuān)用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
五、實(shí)際應(yīng)用案例分享
5.1 某led封裝廠的選材經(jīng)驗(yàn)
該廠原先使用dmp-30作為促進(jìn)劑，但在客戶(hù)反饋中發(fā)現(xiàn)led燈珠在潮濕環(huán)境下出現(xiàn)亮度衰減現(xiàn)象。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是促進(jìn)劑殘留的cl?導(dǎo)致了金屬線路腐蝕。
更換為低鹵素咪唑類(lèi)促進(jìn)劑后，不僅解決了離子污染問(wèn)題，還提升了散熱效率，客戶(hù)投訴率下降了70%以上。
5.2 功率模塊封裝中的挑戰(zhàn)
某汽車(chē)電子廠商在生產(chǎn)igbt模塊時(shí)，遇到封裝材料因固化放熱過(guò)快而導(dǎo)致芯片熱損傷的問(wèn)題。通過(guò)引入緩釋型專(zhuān)用促進(jìn)劑，成功將固化峰值溫度降低了20℃，顯著提高了產(chǎn)品良率。
六、未來(lái)趨勢(shì)展望
隨著5g通信、新能源汽車(chē)、人工智能等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)電子封裝材料提出了更高要求。未來(lái)的促進(jìn)劑發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：
- 綠色環(huán)保：無(wú)鹵、低voc、可回收；
- 高性能化：高tg、低介電、低吸水；
- 多功能集成：兼具阻燃、增韌、抗靜電功能；
- 智能化響應(yīng)：光控、熱控、ph響應(yīng)型促進(jìn)劑。
正如清華大學(xué)材料學(xué)院王教授所說(shuō)：“促進(jìn)劑雖小，卻關(guān)乎整個(gè)封裝體系的靈魂。”
七、結(jié)語(yǔ)：選擇合適的促進(jìn)劑，是一門(mén)科學(xué)也是一門(mén)藝術(shù)
無(wú)論是通用促進(jìn)劑還是電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑，各有千秋，關(guān)鍵在于是否匹配你的產(chǎn)品需求和工藝條件。如果你只是做個(gè)普通的結(jié)構(gòu)膠，那通用款完全夠用；但如果你要做軍工級(jí)芯片封裝，那好還是選用那些“出身高貴”的專(zhuān)用促進(jìn)劑。
后送大家一句話：“好馬配好鞍，好芯也要好膠。”愿你在材料選型的路上越走越遠(yuǎn)，越選越準(zhǔn)！
參考文獻(xiàn)
- zhang, y., & li, x. (2021). recent advances in epoxy resins for electronic packaging applications. journal of materials chemistry c, 9(12), 3456–3468.
- wang, h., chen, l., & liu, j. (2020). development and application of low-halogen accelerators in microelectronic encapsulation. chinese journal of applied chemistry, 37(6), 678–685.
- kim, s., park, j., & lee, k. (2019). thermal and electrical properties of epoxy molding compounds with different curing accelerators. ieee transactions on components, packaging and manufacturing technology, 9(4), 789–797.
- smith, r. a., & johnson, m. b. (2018). epoxy resin systems for high-reliability electronic packaging: a review. progress in polymer science, 85, 1–28.
- national institute of standards and technology (nist). (2022). standard test methods for electrical insulation properties of epoxy resin systems. nist special publication 1100.
（全文約3000字）
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公司其它產(chǎn)品展示:
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nt cat t-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
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nt cat ul1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。
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nt cat ul22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
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nt cat ul28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。
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nt cat ul30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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nt cat ul50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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nt cat ul54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。
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nt cat si220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。
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nt cat mb20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。
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nt cat dbu 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。