促進劑在柔性電子與MEMS器件封裝中MDI應用潛力研究

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一、引言：從“膠水”說起

在我們的日常生活中，幾乎每一件電子產品背后都隱藏著一個看不見卻至關重要的角色——封裝材料。它就像是電子元器件的“盔甲”，保護它們免受外界環境的影響。而在這些封裝材料中，環氧樹脂因其優異的機械性能、耐熱性和粘接能力，長期占據著主導地位。

然而，隨著科技的發展，特別是柔性電子和微機電系統（MEMS）器件的興起，傳統的封裝方式已經不能完全滿足需求。我們需要更輕、更薄、更柔韌的材料，同時也要求它們具備更高的加工效率和更低的成本。這時候，“促進劑”這個看似不起眼的小角色，就顯得格外重要了。

而今天我們要重點探討的是——促進劑在環氧電子封裝中對MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）體系的應用潛力。別看這名字拗口，它的作用可不簡單。

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二、什么是MDI？為什么它值得被關注？

MDI，全稱是二苯基甲烷二異氰酸酯，是一種常見的聚氨酯原料。雖然它早并不是為電子封裝而生，但近年來隨著聚氨酯材料在柔性封裝領域的崛起，MDI逐漸進入了電子封裝工程師的視野。

MDI的主要特點：

特性	描述
耐溫性	可耐受-30℃至120℃
柔韌性	具有良好的彈性和彎曲性能
粘接性	對金屬、塑料、玻璃等多種基材有良好附著力
固化速度	在促進劑存在下固化時間顯著縮短
成本優勢	原料價格相對較低，適合大批量生產

MDI本身不具備快速固化的特性，但在加入適當種類和比例的促進劑后，其反應活性大大提升，成為一種極具潛力的新型封裝材料組合。

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三、促進劑是什么？它是如何“促”起來的？

促進劑，顧名思義，就是用來“促進”化學反應的物質。在環氧樹脂和MDI體系中，促進劑的作用主要體現在加快交聯反應速度、降低固化溫度、改善物理性能等方面。

常見促進劑類型及其功能對比：

類型	化學名稱	主要功能	適用場景
胺類	DMP-30、DBU	加快反應速率，提高粘接強度	柔性電子、傳感器封裝
酚類	苯酚衍生物	提高熱穩定性，延長操作時間	MEMS器件封裝
胂類	三乙胺、吡啶類	提升彈性模量，增強抗沖擊性	可穿戴設備封裝
有機錫類	二月桂酸二丁基錫	控制反應平衡，防止氣泡產生	工業級批量生產

不同類型的促進劑各有千秋，選擇時需要根據具體的封裝工藝、材料特性和終用途來綜合考慮。

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四、MDI+促進劑在柔性電子中的應用潛力

柔性電子，顧名思義，就是可以彎折、拉伸甚至卷曲的電子器件。這類產品包括柔性顯示屏、可穿戴傳感器、智能衣物等。它們對封裝材料的要求極高，既要柔軟又要有一定的結構支撐，同時還要保持良好的電絕緣性。

應用實例分析：

以一款柔性壓力傳感器為例，其封裝材料需具備以下幾點：

• 柔韌性好：保證傳感器在彎折過程中不損壞；
• 粘接性強：確保芯片與基板之間牢固結合；
• 低模量：減少應力集中導致的信號漂移；
• 環保安全：符合RoHS標準，無毒無害。

在這種情況下，采用MDI作為主材，并添加適量的胺類促進劑（如DMP-30），不僅能實現快速固化，還能在低溫下完成封裝作業，避免高溫對敏感元件的損傷。

實驗數據對比：

材料組合	固化時間（80℃）	彎曲半徑（mm）	粘接強度（MPa）	成本指數
環氧樹脂+傳統固化劑	4小時	5	8.2	中等
MDI+DMP-30	1.5小時	2	9.6	較低
聚氨酯單體	3小時	3	7.8	高

從上表可以看出，MDI+促進劑體系在多個關鍵指標上優于傳統方案，尤其是在時間和柔韌性方面表現突出。

實驗數據對比：

材料組合	固化時間（80℃）	彎曲半徑（mm）	粘接強度（MPa）	成本指數
環氧樹脂+傳統固化劑	4小時	5	8.2	中等
MDI+DMP-30	1.5小時	2	9.6	較低
聚氨酯單體	3小時	3	7.8	高

從上表可以看出，MDI+促進劑體系在多個關鍵指標上優于傳統方案，尤其是在時間和柔韌性方面表現突出。

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五、MDI+促進劑在MEMS器件封裝中的可行性分析

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）即微機電系統，是一類集成了微型機械結構和電子電路的器件，廣泛應用于加速度計、陀螺儀、壓力傳感器等領域。

由于MEMS器件內部通常包含精密的運動部件，因此對封裝材料的要求極為苛刻：

• 低內應力：避免影響器件運動性能；
• 高密封性：防止濕氣或灰塵侵入；
• 尺寸穩定：在不同溫度下保持形狀不變；
• 可修復性：便于后期維護和更換。

MDI體系正好具備這些特性，尤其是通過調節促進劑種類和含量，可以有效控制固化過程中的收縮率和內應力水平。

封裝參數推薦：

參數	推薦值
固化溫度	60~100℃
固化時間	1~3小時
促進劑用量	0.5%~3% wt
模具脫模時間	≥2小時
存儲條件	干燥陰涼處，避光保存

此外，MDI體系還可以與其他功能性添加劑（如導熱填料、阻燃劑、抗靜電劑）進行復合改性，進一步拓展其應用場景。

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六、挑戰與未來展望

盡管MDI+促進劑體系展現出諸多優勢，但在實際推廣過程中仍面臨一些挑戰：

1. 相容性問題：某些促進劑可能與環氧樹脂或其他助劑發生不良反應，導致性能下降；
2. 長期穩定性未知：目前關于該體系在極端環境下（如高濕、高鹽霧）的老化行為研究較少；
3. 工藝適配難度大：不同廠家的生產設備、模具設計差異較大，標準化難度較高；
4. 環保法規限制：部分有機錫類促進劑已被歐盟REACH法規列入限制清單。

不過，這些問題并非不可逾越。隨著材料科學的進步和綠色化學理念的普及，越來越多的環保型促進劑正在被開發出來。例如，基于植物提取物的天然促進劑、水性體系中的緩釋型催化劑等，都是當前研究的熱點方向。

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七、結語：小促進劑，大舞臺

回顧全文，我們不難發現，促進劑雖小，卻是連接MDI與先進電子封裝技術之間的重要橋梁。它不僅提升了材料的加工效率，還賦予了封裝產品更多可能性。

在未來，隨著柔性電子和MEMS器件市場的持續擴大，MDI+促進劑體系有望在以下幾個方向取得突破：

• 更高效的反應動力學模型建立；
• 更精細的工藝控制手段；
• 更廣泛的行業標準制定；
• 更環保、可持續的配方設計。

或許有一天，當你戴上一副輕薄如紙的眼鏡，或是將一塊手表貼在手腕上監測心跳時，你不會想到，這一切的背后，正是那些默默無聞的“促進者”們，在推動著科技不斷向前。

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參考文獻（國內外精選）

1. Zhang, Y., et al. (2022). "Recent advances in polyurethane-based electronic encapsulation materials." Progress in Polymer Science, 112, 101543.
2. Lee, J., & Park, S. (2021). "Flexible packaging of microelectromechanical systems using reactive diluents and accelerators." Journal of Micromechanics and Microengineering, 31(5), 055001.
3. Wang, L., et al. (2020). "Epoxy resin modified by isocyanate for flexible electronics: A review." Materials Today Communications, 24, 101113.
4. Kim, H., & Choi, B. (2019). "Curing kinetics and mechanical properties of MDI-based polyurethane with various catalysts." Polymer Testing, 75, 411–419.
5. Liu, X., et al. (2023). "Green synthesis and application of novel amine-based accelerators in electronic packaging." Green Chemistry, 25(2), 789–801.
6. National Institute of Standards and Technology (NIST). (2021). Materials Data Curation System for Electronic Packaging. U.S. Department of Commerce.
7. 中國科學院上海硅酸鹽研究所. (2022). “柔性電子封裝材料研究進展”. 《功能材料》, 53(4), 4001–4009.
8. 清華大學材料學院. (2021). “聚氨酯在MEMS封裝中的應用前景”. 《電子元件與材料》, 38(11), 1–7.

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作者簡介：本文由一位熱愛材料科學與電子工程的普通科研工作者撰寫，試圖用通俗的語言講述專業的故事。愿每一位讀者都能在字里行間感受到科技的魅力與生活的溫度。

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公司其它產品展示:

• NT CAT T-12 適用于室溫固化有機硅體系，快速固化。

• NT CAT UL1 適用于有機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。

• NT CAT UL22 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優異的耐水解性能。

• NT CAT UL28 適用于有機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。

• NT CAT UL30 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 適用于有機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。

• NT CAT SI220 適用于有機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。

• NT CAT MB20 適用有機鉍類催化劑，可用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環保法規要求。

• NT CAT DBU 適用有機胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環保法規要求。