一种改性环氧树脂粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术属电子器件封装技术领域，具体为一种用于ＩＣ芯片与绝缘衬底基板之间的热固性多组份改性环氧树脂粘结剂及其制备方法。该粘结剂由组合改性环氧树脂、潜性固化剂、填料和添加助剂按适当的重量配比组成。其中，组合改性环氧树脂由双酚型环氧乙烷树脂为主体树脂和脂肪类、脂环类或萘型环氧树脂为改性树脂组成，潜性固化剂为芳香型端基胺或脂环型端基胺，填料为经表面活性处理的无机粉末，添加助剂有调色剂、催化剂、阻燃剂和酚类固化剂等。上述组份按一定的工艺步骤，制得所需粘结剂。该粘结剂具有高的玻璃化温度、高的粘接性、高的耐热性、中低档固化温度和短的固化时间等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属电子器件封装材料
，具体是涉及一种用于IC芯片与绝缘衬底基板之间的热固性多组份改性环氧树脂粘结剂及其制备方法。
技术介绍
有机硅高聚物和环氧树脂都是电子工业中常选用的电子器件封装材料。有机硅材料，具有低温柔韧性(Tg＝120℃)，低表面能、耐高温、耐气候、耐腐蚀、憎水性好、介电强度高等优点，但也存在机械力学性能差、且耐磨性、耐溶剂、粘结力较差、成本较高等缺点。环氧树脂则具有优良的机械性能、耐化学溶剂性能、抗氧气透过性、防水性、粘接性能较好及易加工成型、成本低廉等优点。但由于环氧树脂与固化剂发生固化后形成三维立体网状结构，大分子链之间缺乏相对滑动，而C-C键和C-O键相对于Si-O键的键能要小的多，具有较高的表面能，且大分子链上带有极性的羟基，从而使其易产生较大的内应力，固化成型后易发脆，银纹化程度大，高温下容易降解断链，易受水吸附而降低挠曲强度。应用有机硅改性环氧树脂，即通过两者之间的共混、共聚或接枝反应而达到既能降低环氧树脂内应力又能形成分子内增韧，达到降低内应力减少银纹使脆性降低，提高耐高温性能，同时也提高有机硅的防水、防油、抗氧化性能。目前使用的环氧树脂封装胶粘剂，需要的固化时间比较长(＞18小时)、固化温度高(＞150℃)，不能满足生产线上对封装材料固化时间短、中低温封装的要求。而且主要的封装粘结剂胶体成分中含有溴元素，对环境造成污染。因此，研究和开发能够在中低温条件下，快速固化的绿色环保型粘接剂具有重要的实用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电子器件封装用的改性环氧树脂粘结剂及其制备方法。本专利技术提出的改性环氧树脂粘结剂，是一种液态胶粘剂，它由以下组份组成(A)组合改性环氧树脂、(B)潜性固化剂、(C)填料、(D)添加助剂。其中组份A组合改性环氧树脂，由主体树脂加入改性树脂组成。该树脂主体为双酚结构，环氧基在分子的两端，结构如分子式(1)所示，记为F1 (1)式中当n＝0或1时，主体为双酚型环氧乙烷树脂，R1及R2为C1-C3的烷氧基或羟基，亦可由氮、磷或甲基、乙基所取代。在双酚型中，加入脂肪类、脂环类或萘型的环氧树脂，对双酚型树脂进行组合改性，以降低树脂的粘度，增强其流动性，提高粘接性。加入的树脂优选如下一些结构形式(a)萘系环氧树脂，其结构如分子式(2)所示，记为F2 式中R3、R4为C1-C4的直链或支链烷基，优选为R3、R4同时为亚甲基。(b)萘系环氧树脂，结构如分子式(3)所示，记为F3其中n＝1～3 (c)双端基聚环氧树脂，结构如分子式(4)、(5)所示，分别记为F4，F5 式中n＝0，1，2优选为n＝1。(d)双(3，4-环氧环己基)酸乙酯，结构如分子式(6)所示，记为F6 组份A中，加入的树脂可选用F2、F3、F4、F5、F6中的2-3种，加入量为主体树脂F1的30-40wt％，2-3种改性树脂的加入量可均等。组分B潜性固化剂潜性固化剂为芳香型端基胺或是脂环型端基胺。该潜化固化剂由结构如分子式(7)或(8)所示的原料和如分子式(9)所示的长链卤代烃合成 其中R5、r6为C1-C10的直链或支链烷基，优选为C1-C5。(7)式的材料记为G1，(8)式的材料记为G2。另一活性反应物为长链卤代烃，结构式为X-CH2-R7(9)其中，X是氯、溴、碘或是羟基，优选为氯、溴。R7为C1-C20长链饱和烷烃结构，优选为C5-C15。记(9)式的材料为G3。潜性固化剂的制备方法将反应物G1或G2及另一反应物G3加入玻璃反应器中，前后两种反应物质量比为1.1-3.9∶1，优选为1.5-2.5∶1，反应温度为80-200℃，优选为90-120℃。升至反应温度后，加入重量浓度为5％-30％的碱性溶液，优选为NaOH，KOH及Na2CO3、K2CO3重量浓度为10％-20％的碱性水溶液。加入量为反应体系的重量的3-6％，反应时间为2-8小时，其中优选为3-6小时。反应结束后，用有机溶剂萃取，后旋转蒸馏除去溶剂。使用的有机溶剂为有机化学中常用的液态烷烃，酮类，醇类等，在此不加严格限制，能溶解生成的有机物即可，优选为正己烷、环己烷。得到产物为无色或淡黄透明液体产物。组分C填料本专利技术中使用的填料为无机粉末，如熔融硅微粉、二氧化硅、氧化铝、氧化钛以及氮化铝、氮化钛、碳化硅等，优选为熔融硅微粉、二氧化硅。填料加量范围为体系重量的0.1-5％，优选为1.5-4％，平均粒径应＜20μm，优选为＜10μm。对无机粉末一般可先进行表面活性处理，以增加环氧树脂表面与粉末颗粒之间的粘结度，增加粒子之间接触表面积。本专利技术中处理无机粉末所使用的表面活性剂为有机硅氧烷，具体可采用含Si-H的聚二甲基硅氧烷、含乙烯基的聚硅氧烷、含端氧基的硅氧烷等，结构通式可表示如下 式中R8、R9、R10为甲基、乙基或醛甲基等易水解的极性基团，Y为氨基、环氧基或甲基丙烯酸等活性基团，能与树脂中的有机基团结合，增加分子之间的胶粘力。将填料浸入上述硅烷中，高速搅拌混合后将其加热至100℃以上，除去过量硅烷，物料冷却后研磨，待用。填料的表面活性处理方法在表面活性剂溶液中，优选为有机硅氧烷中加入无机粉末的有机溶液，常用有机溶剂为小分子醇类、小分子醚类或酮类，优选为甲醇或丙酮。体系剧烈搅拌，速率为4000-6000rpm，使得其充分分散，然后升温至溶剂回流温度，降低搅拌速率，反应时间1-5小时，继续升温蒸出有机溶剂，控制温度在60～100℃之内，优选为80-95℃，在此温度范围内反应14-30小时，待表面处理完成后，减压蒸馏除去过量的表面活性剂；体系冷却至室温，分离、干燥，然后用蒸馏水或去离子水反复洗滤，并采用无水乙醇进行脱水处理，真空干燥后研磨成细粉，即得表面活性的填料。D、添加助剂添加助剂主要有调色剂(如白碳黑、炭黑)、催化剂(如苯甲基咪唑、咪唑)、阻燃剂(如含磷、含氮的环氧树脂以及芳香类环氧树脂)和酚类固化剂等。添加助剂的添加量的范围为0.01～0.5wt％。本专利技术所述粘结剂配方组成含量见下表1表1粘结剂配方组份百分比(wt，％)组合改性环氧树脂70-90潜性固化剂 5～30填料0.1～5添加助剂0.01～0.5各组份总量满足100％。粘结剂制备方法以F1为基酯，配以F2，F3，F4，F5，F6其中的2～3种树脂，其质量混合比例如上表1所示。随后分别将其在20-50℃下预热10-50min，优选为30-35℃时预热15-20min，加入稀释溶剂，稀释剂为沸点较低的小分子有机溶剂，包括醇类，酮类，醚类及酯类，优选为环己酮，正己烷，二甲苯。电磁搅拌，使其混合均匀，真空(700mmHg)脱泡15-25min，静止25-35min；然后加入经过表面活性处理的填料微颗粒(0.1～5％)，升温加热回流，温度控制为60～90℃，反应时间为12～30小时，同时依次加入潜性胺型固化剂(0.5～10％)、填料(0.1-5％)和助剂(0.01-0.5)。添加助剂有调色剂(0～0.4)、催化剂(苯甲基咪唑或咪唑)(0.1～0.5％)、阻燃剂(含磷、含氮的环氧树脂，三氧化锑等)(0～0.05％)、酚类固化剂等；反应后，减压除去溶剂，即得到粘稠的浅黄色透明胶体。制成的粘结剂避光密封保存。因熔融的硅微粉经表面活性处理后，表面上接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性环氧树脂粘结剂，其特征在于由下述组份组成：Ａ组份：组合改性环氧树脂、Ｂ组份：潜性固化剂、Ｃ组份：填料、Ｄ组份：添加助剂；各组份的重量百分比含量为：组合改性环氧树脂７０－９０％潜性固化剂５－３０％填料　 　０．１－５％添加助剂０．０１－０．５％总量满足１００％；其中：Ａ组份：组合改性环氧树脂，由主体树脂加入改性树脂组成，所述主体树脂为双酚结构型树脂，记为Ｆ↓［１］，结构如分子式（１）所示，＊＊＊（１） 式中，Ｒ↓［１］及Ｒ↓［２］为Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］的烷氧基或羟基，或由氮、磷或甲基、乙基替代，加入的改性树脂为脂肪类、脂环类或萘型的环氧树脂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良衡，王群英，高芸，
申请(专利权)人：徐良衡，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]