摘 要：本文主要对环氧树脂灌封料的成分及增韧方法进行了简要分析。环氧树脂是近年来在灌封领域使用为广泛的一种材料，其本身具有良好粘接性能、绝缘介电性能以及热学性能，同时还具备优异的抗化学腐蚀、较低固化收缩率等特点，这些都保证了环氧树脂的顺利推广。但是，面对环氧树脂低温易开裂的不足，文中也罗列了几种方便的解决方法。文章后也大致描绘了灌封料的未来发展方向及使用前景。
　　关键词：环氧树脂；灌封料；增韧
　　1 概述
　　回电子封装技术的发展历程，曾经有两次非常重大的改进发生在这一前沿技术领域。其中次重大改进可以追溯到1970年左右，接下来的第二次重大改进是在上世纪的90年代中期。在新世纪到来的时候，表面贴装技术，阵列封装技术以及半导体集成电路等都得到了广泛的应用和发展。在技术进步的同时，封装形式、封装技术都出现了许多创新：有灌封式的焊球阵列、芯片封装、芯片直接粘贴、多片芯片组合封装等技术。虽然封装形式有这么多的不同，但是其中有很多都直接或间接用到环氧材料封装技术。
　　2 灌封料性能特征
　　良好的灌封材料必须符合下列几项基本要求：粘度低，能顺利渗透到器件内部的各个角落，同小元件和电路接触紧密；性能优异，有着较长的使用期，方便流水线的大批量生产；不分层，在加热或者常温固化的过程中不允许发生沉降；电气性能、耐热性能以及力学性能都好，较低的热膨胀系数；特殊场合的要求还有阻燃等性能。
　　不同的环氧树脂也会有不同的力学性能。常用的环氧树脂有双酚A型环氧树脂E-51、两官能团环氧树脂711、三官能团脂环族缩水甘油酯型环氧树脂TDE-85。针对不同的材料，得到下表中的数据。
　　环氧树脂灌封材料的电阻率也会随材料不同而表现出一定差异，依旧对比上述三种材料，研究其对灌封材料体积电阻率的影响。得到下表中的数据。
　　3 灌封料的成分分析
　　环氧树脂灌封料主要由树脂、填充剂、增韧剂以及固化剂等组成，是众多材料成分的复合。对于灌封料要求的不同粘度、使用期、固化时间、放热量等都必须在成分搭配方面、工艺制作方面进行综合考虑，以保证材料的综合平衡。
　　3.1 环氧树脂
　　环氧树脂灌封料一般采用双酚A型环氧树脂。由于该环氧树脂有较低粘度，所以其环氧值是比较高的。其他常用的有E-42，E-44，E-51等。往往要求芯片和基板的缝隙必须极小，所以单独使用双酚A型环氧树脂是不能达到产品基本要求的。为了满足器件的性能要求，我们必须降低材料的粘度。能够采用组合树脂，制作如下：在双酚A型环氧树脂中掺入缩水甘油酯型树脂或者是有较低粘度的双酚F型环氧树脂，同时具有良好电绝缘性、高耐热性的某些脂环族氧化物也可以使用。如果加入脂环族氧化物的话，其本身也可以起到稀释剂的作用。
　　3.2 固化剂
　　作为环氧树脂灌封料的重要组成成分，固化剂的自身结构也会在很大程度上影响固化物的性能。因为固化过程分为常温固化和加热固化，所以对应于不同的方法有不同的原料。
　　3.3 偶联剂
　　在材料中加入硅烷偶联剂能够使得环氧树脂和二氧化硅更紧密的粘接。从化学分子的角度分析，硅烷偶联剂能够让材料的防潮性和粘结性更好。在实际操作中满足环氧树脂条件的硅烷偶联剂主要有苯胺基甲三乙氧基硅烷、缩水甘油氧丙基三氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷等。
　　例如氧化铝填料，由于其在环氧树脂中的分散性较差，非常容易发生颗粒抱团的问题。同时，分布不均也会导致不规则沉降。偶联剂的使用能改善其分散性，减少沉降现象的发生。下表中的数据反映了未经偶联剂处理和经过1%钛酸丁酯偶联剂处理后的氧化铝填料在实验浇注、固化后不同部位的密度。
　　由表3看出，添加偶联剂后的固化沉降问题得到明显的改善。
　　3.4 固化促进剂
　　如果环氧树脂灌封料没有加固化促进剂的话，其一般要固化完成必须是在140摄氏度下的条件下完成。如此高温的固化条件，必然会造成能源的大量浪费，而且对于器件内部的小电子元件也是非常大的考验，同时器件外壳的热承受能力也要进行考虑。在灌封料的配方中添加必要的固化促进剂就能明显降低固化所需温度，缩短固化时间。生产实践中主要采用的固化促进剂一般有苄基二胺等。我们也可以选择羧酸金属盐以及咪唑类化合物，例如2-甲基咪唑等。
　　3.5 活性稀释剂
　　稀释剂主要分为活性稀释剂和非活性稀释剂两种。非活性稀释剂不会参与材料的固化反应过程，加入较多的量，就会造成器件的高收缩率，影响器件的热形变温度和力学性能。而活性稀释剂则是参加固化反应，增加材料粘接，较小地影响固化物。如果只是用环氧树脂，那么在配入相关的无机填料后将看到材料粘度大幅增加，这样就不方便进行操作，此时加入适量的活性稀释剂就能增加材料的渗透性和流动性，同时也延长了材料的使用期。环氧树脂灌封料中使用的稀释剂是活性稀释剂，一般是用二乙基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚等。
　　3.6 填充剂
　　环氧树脂填充剂里面要有填充剂的加入，填充剂的功能是进一步提高环氧树脂灌封料的一些物理性能，例如减小固化物的热导率、降低固化物的收缩率以及热膨胀系数等。同时也能明显降低灌封料的材料成本。主要的填充剂有氧化铝、氮化硼、二氧化硅、氧化硅等。下表中的系数反映了几种无机填料导热性能。其中，二氧化硅有可以分成熔融球形、结晶型等。对电子器件的封装选择灌封料时候，应先考虑熔融球形的二氧化硅。
　　3.7 消泡剂
　　不可避免的是在环氧树脂灌封料注入器件进行固化的过程中内部产生小气泡。配料时候加入消泡剂即可使灌封料固化过程中没有小气泡。实际用到的消泡剂有乳化硅油或者硅油。
　　3.8 增韧剂 　　增韧剂是灌封料中非常重要的一种物质，通过添加增韧剂来增强环氧树脂的韧性。增韧剂也可以分为惰性增韧剂和活性增韧剂两种。使用活性增韧剂可以增加反应链节，也可以促进同环氧树脂的反应。常用的增韧剂有端羧基液体丁腈橡胶，添加该增韧剂可以在固化物内形成坚韧的结构，从而提高材料的整体抗冲击韧度及性能。
　　3.9 其他成分
　　某些器件也有特殊的技术或者是工艺要求，例如阻燃性成分的添加和外表有色颜料的涂抹等。
　　4 环氧树脂低温开裂原因
　　环氧树脂灌封料由于产品结构设计、配方组合以及制作工艺等因素，灌封料固化过程会产生内应力，内应力将导致固化物出现细微裂痕或者缺陷。因此，消除内应力能够保证灌封料不开裂。灌封料可以参考材料力学中的相关公式来分析计算：
　　σ内=σHZ+σS；σHZ=ΔLa*Er；σS=ΔLs*Er。σ内表示灌封料的内应力，σHZ表示灌封料热应力，σS表示灌封料收缩应力，ΔLa表示由于材料膨胀系数不同而导致的形变，ΔLs表示环氧树脂收缩形变。通过公式可以了解到要想有效提高灌封料的抗开裂性能，可以降低收缩应力、材料的热膨胀系数。
　　5 环氧树脂开裂对策
　　造成环氧树脂开裂的因素有很多，包括有结构设计、配方组合、灌封工艺等。现在分析环氧树脂开裂对策。
　　5.1 结构设计
　　合理地设计灌封料外形结构能减小灌封料内应力。所以，在进行模具设计及器件内部元件设计时应满足以下原则：先，模具的形状尺寸要方便内应力的分散；其次，考虑到弧线平滑过渡可以使得周围内应力均匀，所以要避免模具或者是嵌入元件有锐棱或者角度变化明显的部分，尽量使用弧线过渡；还有，减少器件内部的元件个数；后，要设计弹性缓冲区，可以减小冲击对器件的影响。
　　5.2 配方组合
　　原料中多的就是环氧树脂，采用性能较高的材料将直接影响到灌封产品质量的高低。为避免开裂，可以选择环氧基较少的树脂，大分子的环氧树脂不仅让材料的粘度变大同时也不利于工艺生产。要求灌封料有抗低温开裂性能，则必须要固化剂在放热的过程中有较小的放热，同时也有较小的收缩率。实验证明，可以采用液体酸酐类固化剂。这种固化剂不仅具备良好的耐热性，也有好的电气性能。对材料中增韧剂的选择也非常重要，橡胶能够很好的溶解在树脂材料中，环氧树脂在固化的过程中能够分散于基体树脂中，同时橡胶的分子结构也包含可以同环氧树脂进行反应的某种物质，促进了环氧树脂的化学作用。无机刚性粒子提高环氧树脂的方法主要是利用分散在树脂基体中的无机填料，使灌封料成为无机-有机复合型。
　　5.3 灌缝工艺
　　灌缝工艺也是一个影响开裂的重要因素，为了防止低温开裂，在进行灌封料灌封的时候要注意：消除气泡，气泡的存在会造成灌封料内部的纹裂。通过实验，我们总结到对灌封料要进行预热，去除易挥发的杂志，同时也要注意搅拌速度，避免混入气泡；控制固化条件，固化过程中的温度、冷却速度、冷却时间等都会对内应力有很大影响。经过研究发现，降低放热的峰值，能够很好的降低材料的固化温度，也可以通过缩短固化过程的时间来降低收缩。
　　结语
　　灌封料的质量高低决定了灌封产品的质量。通过实验研究发现，综合材料配方等重要因素，能够有效提高灌封料的性能。在未来的电子产业发展中，灌封料会有更大的应用空间。对灌封料的进一步研究，有重要意义。