環(huán)氧電子封裝用促進劑在芯片、PCB板灌封和保護中的實踐應用
環(huán)氧電子封裝用促進劑在芯片、PCB板灌封和保護中的實踐應用
說到電子產(chǎn)品的“壽命”，你可能會想到電池續(xù)航、系統(tǒng)更新或者主板老化。但其實，真正決定一塊電路板能不能扛住高溫、高濕、震動甚至化學腐蝕的，往往不是那幾顆閃閃發(fā)光的芯片，而是那些看起來平平無奇、卻默默守護著它們的“隱形英雄”——環(huán)氧電子封裝材料。
而在這背后，有一種看似不起眼、實則功不可沒的角色，那就是：環(huán)氧電子封裝用促進劑。它就像是一位幕后導演，雖然不露臉，但卻決定了整部“電影”的節(jié)奏與質(zhì)量。
一、從“膠水”說起：環(huán)氧樹脂在電子工業(yè)中的地位
很多人次接觸環(huán)氧樹脂，可能是在修補家具裂縫或粘合塑料玩具的時候。但在電子行業(yè)，它的用途遠不止于此。作為電子封裝的核心材料之一，環(huán)氧樹脂廣泛應用于芯片封裝、PCB（印刷電路板）灌封、繼電器密封等領(lǐng)域。
為什么是環(huán)氧樹脂？因為它具備以下幾點優(yōu)勢：
- 優(yōu)異的機械強度：能有效抵抗外部沖擊；
- 良好的電絕緣性：防止短路、漏電；
- 耐熱耐濕性能好：適應各種惡劣環(huán)境；
- 可調(diào)性強：通過配方調(diào)整可以滿足不同應用場景的需求。
不過，環(huán)氧樹脂本身并不是萬能的。它的固化過程往往需要較長的時間，尤其是在低溫環(huán)境下，固化速度慢得讓人抓狂。這時候，就需要我們的主角登場了——環(huán)氧電子封裝用促進劑。
二、促進劑：環(huán)氧固化的“催化劑”
顧名思義，促進劑的作用就是“加快反應”。在環(huán)氧樹脂體系中，促進劑主要用來提升固化劑與樹脂之間的反應速率，縮短固化時間，降低固化溫度，提高生產(chǎn)效率。
1. 常見類型及作用機制
目前市面上常見的環(huán)氧促進劑主要包括以下幾種類型：
| 類型 | 化學結(jié)構(gòu) | 典型代表 | 特點 |
|---|---|---|---|
| 胺類促進劑 | 脂肪胺、芳香胺 | DMP-30、BDMA | 固化速度快，適合常溫固化 |
| 咪唑類促進劑 | 2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MZ）、2-苯基咪唑（2PZ） | EMZ-20、Curezol系列 | 活性高，儲存穩(wěn)定性好 |
| 膦類促進劑 | 磷腈類化合物 | P-600、T-31 | 耐高溫性能優(yōu)異 |
| 酚類促進劑 | 雙酚A衍生物 | Phenolic accelerators | 適用于酚醛樹脂體系 |
每種促進劑都有其適用范圍，選擇時需結(jié)合具體工藝要求，比如固化溫度、固化時間、產(chǎn)品厚度等。
三、促進劑在芯片封裝中的應用
芯片封裝是半導體制造的后一道工序，也是保障芯片穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。環(huán)氧樹脂在這里的主要任務是：
- 封裝芯片本體，防止物理損傷；
- 防潮防塵，避免氧化；
- 散熱導熱，維持工作溫度穩(wěn)定。
而在這一過程中，促進劑的作用就顯得尤為重要了。
實際案例分享：
某國內(nèi)知名芯片廠商在進行倒裝芯片（Flip Chip）封裝時，曾遇到一個難題：傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂固化時間太長，影響了產(chǎn)線效率。后來他們引入了一種新型咪唑類促進劑，使得固化溫度從150℃降至120℃，固化時間也由原來的2小時縮短到45分鐘，同時保持了良好的粘接強度和電氣性能。
| 參數(shù) | 未加促進劑 | 添加促進劑后 |
|---|---|---|
| 固化溫度 | 150℃ | 120℃ |
| 固化時間 | 2小時 | 45分鐘 |
| 剪切強度 | 28 MPa | 32 MPa |
| Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度） | 120℃ | 135℃ |
這種改變不僅提升了產(chǎn)能，還降低了能耗，可謂一舉兩得。
四、促進劑在PCB灌封中的角色
PCB板可以說是電子設(shè)備的“神經(jīng)系統(tǒng)”，一旦出問題，輕則功能失常，重則直接報廢。為了保護PCB免受外界環(huán)境侵害，工程師們通常會采用灌封的方式，將整個電路板包裹在一層厚厚的環(huán)氧樹脂中。
但這層“鎧甲”如果固化不好，反而會成為隱患。比如固化不完全會導致內(nèi)部應力集中，引起開裂；固化過快又可能導致氣泡殘留，影響絕緣性能。
這時候，促進劑就成了調(diào)節(jié)固化節(jié)奏的“指揮棒”。
舉例說明：
一款用于戶外監(jiān)控攝像頭的PCB板，在使用普通環(huán)氧體系時，經(jīng)常出現(xiàn)表面起泡、邊緣發(fā)脆的問題。技術(shù)人員分析發(fā)現(xiàn)，這是由于固化速度不均所致。于是他們在配方中加入了適量的脂肪胺類促進劑，使得整體固化更加均勻，同時保留了足夠的操作時間。
舉例說明：
一款用于戶外監(jiān)控攝像頭的PCB板，在使用普通環(huán)氧體系時，經(jīng)常出現(xiàn)表面起泡、邊緣發(fā)脆的問題。技術(shù)人員分析發(fā)現(xiàn)，這是由于固化速度不均所致。于是他們在配方中加入了適量的脂肪胺類促進劑，使得整體固化更加均勻，同時保留了足夠的操作時間。
| 項目 | 未添加促進劑 | 添加促進劑后 |
|---|---|---|
| 表面氣泡數(shù)量 | 多 | 幾乎無 |
| 邊緣完整性 | 差 | 良好 |
| 固化時間（25℃） | 6小時 | 4小時 |
| 絕緣電阻（MΩ） | 1×10^9 | 5×10^10 |
結(jié)果顯而易見，灌封效果大大改善，客戶投訴率下降了70%以上。
五、促進劑在其他領(lǐng)域的延伸應用
除了芯片和PCB之外，環(huán)氧促進劑還在許多其他電子封裝領(lǐng)域大展身手：
- LED封裝：要求透明度高、耐紫外、低黃變，促進劑幫助實現(xiàn)快速固化與良好光學性能；
- 電源模塊灌封：對耐高溫和導熱性能有較高要求，磷系促進劑表現(xiàn)出色；
- 繼電器封裝：需要耐電弧、抗高壓擊穿，咪唑類促進劑是理想選擇。
六、如何選對促進劑？幾個實用建議
選擇促進劑不是看誰貴誰好，而是要“對癥下藥”。以下是幾個小貼士：
- 明確工藝條件：固化溫度、時間、是否加熱等；
- 關(guān)注樹脂與固化劑種類：不同類型樹脂適配不同促進劑；
- 考慮存儲穩(wěn)定性：有些促進劑活性太高，容易提前反應；
- 評估環(huán)保與安全性：盡量選用低毒、無揮發(fā)性的產(chǎn)品；
- 做小試驗證：不要盲目上批量，先試個小樣再說。
七、未來趨勢：綠色、高效、智能化
隨著電子產(chǎn)品向高性能、小型化、環(huán)保方向發(fā)展，環(huán)氧封裝技術(shù)也在不斷升級。未來的促進劑發(fā)展趨勢包括：
- 更低VOC排放：減少對環(huán)境和人體的影響；
- 更高功能性：如阻燃、導熱、電磁屏蔽等復合功能；
- 智能響應型促進劑：根據(jù)外部刺激（光、熱、pH值）自動調(diào)節(jié)固化行為；
- 可持續(xù)來源：開發(fā)植物基或生物降解型促進劑。
結(jié)語：別忘了那位“幕后英雄”
在這個追求速度與效率的時代，我們常常只記得那些閃耀的明星芯片，卻忽略了那些默默無聞、卻同樣重要的“助手”們。環(huán)氧促進劑雖小，但它所扮演的角色，卻是確保電子設(shè)備穩(wěn)定運行的重要基石。
正如一句老話說得好：“千里之堤，毀于蟻穴。”再先進的芯片，如果沒有可靠的封裝保護，終究也只是空中樓閣。而促進劑，正是那個不讓“蟻穴”出現(xiàn)的關(guān)鍵人物。
參考文獻
以下為部分國內(nèi)外相關(guān)研究資料，供有興趣進一步了解的讀者參考：
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Lee, J. K., & Park, S. J. (2001). Effect of amine-based accelerators on the curing behavior of epoxy resins. Journal of Applied Polymer Science, 80(12), 2241–2248.
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Zhang, H., & Wang, L. (2020). Application of phosphorus-containing accelerators in electronic encapsulation materials. Chinese Journal of Adhesives, 29(5), 45–50.
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ISO/TC 61/SC 5. (2017). Plastics – Determination of glass transition temperature (Tg) by DSC.
-
王志剛, 張曉東. (2018). 環(huán)氧樹脂封裝材料在LED照明中的應用研究. 電子元件與材料, 37(3), 67–71.
-
李建國, 劉海峰. (2021). 芯片封裝用環(huán)氧樹脂體系的研究進展. 半導體技術(shù), 46(10), 89–95.
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Fujita, T., & Yamamoto, M. (2005). Development of low-temperature curable epoxy systems using novel accelerators. Journal of Electronic Materials, 34(6), 778–783.
-
ASTM D790-17. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials.
如果你正在從事電子封裝相關(guān)的工作，不妨多給這位“幕后英雄”一點掌聲。畢竟，沒有它，你的電路板可能連冬天都熬不過去呢！
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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復合催化劑，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、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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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；
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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，組合料儲存時間長；
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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，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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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，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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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，良好的流動性和耐水解性；
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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；
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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，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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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，活性比有機錫相對較低；
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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；
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NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應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應用中。