環(huán)氧模塑料主要由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進劑、填料、偶聯(lián)劑、改性劑、阻燃劑、脫模劑、著色劑等組成。

    1.環(huán)氧樹脂

    環(huán)氧樹脂作為基體樹脂起著將其他組分粘合到一起的重要作用，它決定了模塑料成型時的流動性和反應(yīng)性及固化物的力學(xué)、電氣、耐熱等性能。常用的環(huán)氧樹脂有：

    （1）鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)式為：

 

 

    鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂的主要性能見表5-8。由于它具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)異的耐濕性能，已成為環(huán)氧模塑料使用最廣泛的基體樹脂。環(huán)氧當量低時模塑料彎曲強度高、耐熱性及介電性能好，若環(huán)氧當量相同時樹脂黏度增加，軟化點也相應(yīng)增加，模塑料的玻璃化溫度（Tg）略有增加，但螺旋流動長度變短、吸水率增加。

 

 

    樹脂合成時的副反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)物有副反應(yīng)產(chǎn)物（即雜質(zhì)），見表5-9。從表中分子結(jié)構(gòu)式可以看出雜質(zhì)是含有化學(xué)鍵的氯化物和羥基化合物。水解氯主要來源于a、b、c三種雜質(zhì)，a是氯代醇化合物，它很容易水解，提高制備工藝水平可以除去。但是b、c雜質(zhì)含的氯不易水解，很難除掉，所以環(huán)氧樹脂有機氯主要存在b、c雜質(zhì)中。d雜質(zhì)是環(huán)氧基水解產(chǎn)物，e雜質(zhì)是產(chǎn)物分子之間反應(yīng)所致f雜質(zhì)是未反應(yīng)的酚醛。d、e、f雜質(zhì)均含有羥基。這些雜質(zhì)的存在會使環(huán)氧模塑料性能下降，影響到塑封半導(dǎo)體器件的可靠性。所以在制備環(huán)氧樹脂時應(yīng)選擇最佳聚合條件，使雜質(zhì)含量越少越好。因為聚合物分子鏈上的氯（即有機氯）在高溫環(huán)境下可部分水解成為無機氯。一般產(chǎn)品有機氯含量為（400～500）×10^-6，高純產(chǎn)品小于200～10^-6，超高純產(chǎn)品小于100×10^-6。有機氯含量愈少高溫水解成無機氯也就愈少。環(huán)氧塑封料含氯離子和鈉離子愈少，塑封半導(dǎo)體器件芯片上鋁布線被腐蝕也就越小。

    （2）含溴環(huán)氧樹脂   環(huán)氧模塑料中加入含溴環(huán)氧樹脂可起阻燃作用，一種是含溴雙酚A環(huán)氧樹脂。另一種是含溴酚醛環(huán)氧樹脂主要性能指標見表5-10。在燃燒時溴化物能起到阻燃作用效果較好，但同時產(chǎn)生對人身健康有害物質(zhì)，所以人們正積極尋找代用品。

 

 

    （3）新型環(huán)氧樹脂   由于鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂熔融黏度較大，增加填充料用量時模塑料熔融黏度變大不能滿足使用要求，所以近年來人們在努力開發(fā)新型的環(huán)氧樹脂，其特點是熔融黏度低、吸水率低、耐熱性能好的雙官能團或多官能團的新型環(huán)氧樹脂。這方面報道很多，現(xiàn)將它們的分子結(jié)構(gòu)式及其主要性能匯總下表5-11中。

 

 

    聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂由于處于單分子的結(jié)晶態(tài)，熔融黏度極低（150℃時為0.01Pa·s），可以大量填充球形熔融二氧化硅填料，使環(huán)氧模塑料的線膨脹系數(shù)極大地降低。聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂是超低應(yīng)力、低膨脹型環(huán)氧模塑料的首選基礎(chǔ)樹脂，缺點是價格昂貴，貯存期較短，容易發(fā)生溢料。雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂（DCPD）是由日本大日本油墨公司開發(fā)出的另一低黏度環(huán)氧樹脂。其特點為低熔融黏度（150℃時為0.07Pa·s），低吸濕性（吸濕性較鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂和聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂都好），粘接強度較高，優(yōu)秀的耐熱性能和機電性能。由于具有以上特點，雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂特別適用于制備表面安裝技術(shù)（SMT）用環(huán)氧模塑料。缺點是阻燃性不好。三官能團型環(huán)氧樹脂由于耐熱性好，固化后有較高的玻璃化溫度和低翹曲性能，適合制備對玻璃化溫度和耐翹曲性能有較高要求的PBGA用環(huán)氧模塑料。

    2.固化劑

    固化劑的主要作用是與環(huán)氧樹脂反應(yīng)形成一種穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化劑和環(huán)氧樹脂一同影響著模塑料的流動性能、熱性能、力學(xué)性能和電性能。電子級環(huán)氧模塑料的固化劑多采用線性酚醛樹脂。它與其他類型固化劑如酸酐、多胺等相比，產(chǎn)物具有優(yōu)異的耐熱性和介電性能，吸水率低及成型收縮率小等特點。它的分子結(jié)構(gòu)式為

 

 

，主要的物理化學(xué)性能見表5-12。

 

 

    近年來開發(fā)出高耐熱低吸水率的酚醛樹脂見表5-13。

    3.填料環(huán)氧模塑料中采用的填料主要是二氧化硅粉（俗稱硅微粉）。它具有介電性能優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高及價格低等特點，用它作填充料主要目的是使環(huán)氧模塑料熱膨脹系數(shù)、吸水率、成型收縮率及成本降低；耐熱性、機械強度、介電性能及熱導(dǎo)率提高。硅微粉在環(huán)氧模型料中含量高達60%～90%，它們性能優(yōu)劣對環(huán)氧模塑料品質(zhì)有著十分重要的影響。

 

 

    （1）硅微粉有兩類，一類是結(jié)晶型硅微粉，它的顆粒外形為角形，因此又稱為角形結(jié)晶型硅微粉，另一類是熔融型硅微粉，它的顆粒外形有角形的，也有球形的，所以稱為角形熔融型硅微粉和球形熔融型硅微粉。含鈾量低的石英石可加工成低鈾含量的結(jié)晶型硅微粉和熔融型硅微粉。采用化學(xué)合成方法制備的球形熔融型硅微粉鈾含量很低，但價格很高。石英石是結(jié)晶型的二氧化硅石經(jīng)1900～2500℃高溫?zé)坪筠D(zhuǎn)化成熔融型或者稱無定型二氧化硅石塊。它們的結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。

    （2）二氧化硅的物理性能見表5-14。結(jié)晶型硅微粉特點是熱導(dǎo)率高，價格低；熔融型硅微粉特點是熱膨脹系數(shù)低，價格較高，合成球形硅微粉鈾含量低但價格昂貴。根據(jù)環(huán)氧模塑料性能及用途不同可采用不同類型的硅微粉。采用鈾含量低的填充料制備的環(huán)氧模塑料可用于塑封超大規(guī)模集成電路，目的是避免出現(xiàn)所謂“軟誤差”現(xiàn)象。

 

 

    （3）硅微粉顆粒形狀、大小及其分布。它的顆粒是球狀的稱為球形硅微粉，顆粒為角狀的稱為角形硅微粉，用掃描電鏡可以清晰辨認出。硅微粉的顆粒粒徑一般在0.1～150μm范圍內(nèi)，中位粒徑d₅₀=5～50，粒度分布可用激光粒度分布儀測定。

 

 

    （4）硅微粉制備工藝簡介。硅微粉是由普通硅石經(jīng)粉碎、純化處理，過篩分類等工序獲得角形結(jié)晶硅微粉，把它高溫熔融后噴射成球，過篩分類則得球形硅微粉。普通硅石經(jīng)熔融、粉碎、純化處理、過篩分類得到角形熔融硅微粉。低α-射線硅石經(jīng)相似工序可獲得低α-射線的角形或球形硅微粉。另一個途徑是合成法制備低α-射線的硅微粉，方法是通過控制正硅酸乙酯、四氯化硅的水解制。得球形硅微粉。

    我國石英石礦產(chǎn)豐富，生產(chǎn)角形硅微粉已經(jīng)有二十多年歷史。有浙江華能硅級粉有限公司、江蘇東海硅微粉廠等單位生產(chǎn)。硅微粉產(chǎn)品分類及產(chǎn)品型號規(guī)格主要用途見表5-15，粒度分布見表5-16，產(chǎn)品理化技術(shù)指標見表5-17。

 

 

    填料的主要作用是提高熱導(dǎo)率，降低熱膨脹系數(shù)和成型收縮率，還可起到增強作用，提高可靠性；但同時會導(dǎo)致模塑料的黏度增加，降低成型性，所以填充量要選擇適當。在使用無機填料的過程中，還要對它進行表面改性。改變填料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，提高其在樹脂和有機聚合物中的分散性，增進填料與樹脂等基體的界面相容性，進而提高材料的力學(xué)性能和耐濕性能，是作為填料的礦物粉體表面改性的最主要的目的。粉體的表面改性方法有多種，根據(jù)改性性質(zhì)的不同可分為物理方法，化學(xué)方法和包覆方法；根據(jù)具體工藝的差別分為涂覆法、偶聯(lián)劑法、煅燒法和水瀝濾法。綜合改性作用的性質(zhì)、手段和目的，分為包覆法、沉淀反應(yīng)法、表面化學(xué)法、接枝法和機械化學(xué)法。制備環(huán)氧模塑料時通常采用表面化學(xué)方法改性，即通過表面改性劑與顆粒表面進行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附來完成表面化學(xué)改性。一般使用的表面改性劑主要是偶聯(lián)劑、高級脂肪酸及其鹽、不飽和有機酸和有機硅等。環(huán)氧模塑料中通常使用的表面改性劑是偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機鉻化合物等類型。偶聯(lián)劑等改性劑對填料表面進行的改性及應(yīng)用主要有預(yù)處理法和整體摻合法。預(yù)處理法是將填料粉體首先進行表面改性，再加入到基體中形成復(fù)合體。預(yù)處理法又分為干式處理法和濕式處理法。整體摻合法將塑料等制品的部分加工工藝與填料的改性工藝相結(jié)合，具體過程是：填料與高分子聚合物混煉時加入偶聯(lián)劑原液，然后經(jīng)成型加工或高剪切混合擠出，直接制成母料。一般認為，預(yù)處理改性的效果優(yōu)于整體摻合法。因為在有樹脂存在時，偶聯(lián)劑受到稀釋，而且還可能因樹脂的作用而相互結(jié)塊。由于填充料是環(huán)氧模塑料含量最大的組分，所以填充料對環(huán)氧模塑料的力學(xué)性能、密封性能、電學(xué)性能都有很大的影響。而填充料的表面改性技術(shù)直接影響著環(huán)氧模塑料密封性能及粘接性能，是各環(huán)氧模塑料生產(chǎn)與研究單位的核心技術(shù)。

    4.促進劑

    環(huán)氧塑封料是單組分材料，固化促進劑決定了模塑料的固化行為，影響著模塑料固化速度的快慢，對環(huán)氧模塑料的力學(xué)性能、熱性能、吸濕性能、成型工藝性能等都有顯著影響。固化促進劑主要有胺類、咪唑類、膦類。促進劑用量越多固化速度越快，但加入促進劑過多會使塑封料儲存期變短。固化促進劑的選擇是各環(huán)氧模塑料生產(chǎn)研制單位的又一項核心技術(shù)。

    5.阻燃劑

    阻燃劑的添加是為了賦予模塑料的阻燃性能，使模塑料達到UL—94—V0級標準，使由模塑料塑封的集成電路和分立器件可以用在家用電器產(chǎn)品中。阻燃劑通常使用銻的化合物和溴化物。由于人們環(huán)保意識的加強，上述阻燃體系將會逐漸被綠色阻燃體系所代替。

    6.脫模劑

    脫模劑的作用是使固化后的產(chǎn)品比較容易地從模具中取出，其用量選擇要適當，量多雖然容易脫模，但是密封性和可打印性下降。脫模劑通常使用天然或人造脂肪酸酯或高級脂肪酸酯，用來控制模塑料的脫模性、可打印性、耐潮性。

    7.著色劑

    著色劑起著色作用，主要有黑色，也有綠色、紅色等。以遮蓋所封裝器件的設(shè)計及防止光透過。根據(jù)用戶要求可以把塑封料配制成不同的顏色。著色劑通常使用炭黑。塑封產(chǎn)品打印標記有兩種方法，一種是油墨打印，一種是激光打印。在采用激光打印時，著色劑采用特殊顏料。