環氧塑封料

環氧塑封料（Epoxy Molding Compounds，EMC）是一類用於電子封裝的高性能材料，主要由環氧樹脂、硬化劑、填料和其他添加劑組成。為確保電子元件免受機械損壞、污染和濕氣的影響，通常使用注塑或傳遞模塑作為批量生產的製造技術將電子元件封裝在環氧塑封料中。環氧樹脂在固化後會形成三維網絡結構，從而具有出色的機械性能和耐熱/耐濕氣性能，非常適合保護設備免受環境影響。

工藝

固化

環氧材料的聚合可通過逐步聚合進行，其中的化學成分逐步反應，最終生成高分子量的聚合物。另外也可通過鏈增長聚合發生，其​​中反應位點可以進行連續的加成反應以生成高分子量的聚合物。一些常見的固化劑，如雙氰胺和各種酸酐，以複雜的方式固化，包括逐步增長和催化聚合。

後固化

單體的功能性（活性基團的數量）決定這些基團在凝膠化過程中的反應程度。對於高官能度單體，凝膠化發生的反應程度較低，但潛在交聯程度較高。要獲得高模量和玻璃化轉變溫度的基質，就需要較大程度的交聯度。這是後固化的必要性。

成分

環氧塑封料是一種高填料顆粒聚合物複合材料，由二氧化矽、環氧樹脂、硬化劑、阻燃劑、催化劑、應力鬆弛添加劑等組成。

環氧樹脂

環氧樹脂根據樹脂主鏈的化學結構可分為脂肪族、環脂族或芳香族環氧樹脂。反應性環氧基團之間的分子長度增加導致交聯密度降低，樹脂模量也降低，但失效應變則增加。脂環族環氧樹脂的粘度較低，可以共混大量的填料。酚醛清漆型環氧樹脂含量小於10 wt％時，半導體封裝結構的翹曲增大，切割時可能導致固化產物剝落碎裂，當含量超過45 wt％時，環氧樹脂組合物的粘度變高，可操作性降低。

DGEBA在環氧基團中是雙官能的，因此熱機械性能較低，而線性熱膨脹係數會因為交聯密度低而較高，主要用於工業複合材料。DGEBA樹脂中存在高濃度的羥基，可用作粘合劑。固化的縮水甘油胺（如 TGDDM）具有更高的交聯密度，因此具有優異的熱機械性能，可用於航空航天結構複合材料。使用多功能縮水甘油醚（如酚醛環氧樹脂）可以實現更高的交聯密度。

環氧體系中，雙酚F樹脂可提供較低的粘度，而官能度更高的酚醛樹脂可增強材料高溫下的性能。

固化劑

最常見的固化劑是雙酚A、雙酚F。其他固化劑包括酚類、硫醇、酸酐、胺類、脂肪醇也有使用。根據固化劑和固化劑與環氧氯丙烷的比例，所得樹脂可以具有各種分子量、粘度和最終材料特性。

最終結果通常是複雜的交聯長鏈分子聚合物網絡，具有高強度、高耐熱性和耐化學性、快速固化時間和低粘度。將其與二氧化矽填料結合可顯著降低熱膨脹係數、增加密度，並形成機械強度高且絕緣性極佳的複合材料，非常適合絕緣和保護最敏感的電氣設備。

用酸酐固化的環氧樹脂粘度低，潛伏期長，固化強度驚人，使得其非常適合工業EMC，用於成型需要更高機械強度的更大、更重的部件。然而，酸酐環氧樹脂通常具有較高的吸濕性，使得它們不太適合半導體等更敏感的電氣應用。苯酚固化劑形成高度交聯的聚合物網絡：因此具有出色的耐高溫和耐化學性以及較低的吸濕性，是酚醛環氧樹脂非常適合半導體環氧模塑化合物的原因，因為它們可以輕鬆承受 SAC焊料回流溫度（260 °C），使得基於酚醛環氧樹脂的EMC成為半導體封裝和其他高溫應用的標準。

填料

不同類型的填料也會極大地影響最終EMC複合材料的最終性能。與熱塑性塑料類似，EMC也含有不同種類的填料，以改善其機械、熱或電性能，從而根據應用調整其性能特徵。一般而言，二氧化矽的彎曲模量高於環氧樹脂，注塑或傳遞模塑成型的EMC的填料含量通常約為70 wt%，因此，填料含量可能主導EMC熱機械性能的變化。添加鐵填料可使EMC具有更高的熱導率和其他磁性，而添加二氧化矽填料可提高最終複合材料的強度和絕緣性。二氧化矽填料是EMC中最常用的礦物填料的一個重要原因是二氧化矽具有極低的熱膨脹係數。具有較低的CTE對EMC非常重要，以確保環氧模塑化合物包和內部的半導體或電氣設備在熱應力下以相同的速率膨脹和收縮，否則會發生分層。

與不規則形狀的顆粒相比，球形填料具有更好的應力模式和較低的局部最大應力水平。

增韌劑

20世紀80年代初以來，熱塑性塑料多有研究用作環氧材料增韌劑，其他橡膠等增韌劑相比，通常不會損害環氧材料的機械性能，並保持玻璃化轉變溫度和模量。環氧材料中常用聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯醚和聚碸等作增韌劑。若樹脂組合物均勻，則環氧樹脂和熱塑性材料在聚合過程中混合良好，最終產生包括聚合物互穿網絡等的均勻結構，其中熱塑性塑料和熱固性塑料交織在一起，不表現出明顯的相分離。從實際角度上看，均質的環氧樹脂與熱塑性樹脂共混物通常無法實現增韌改善。反應誘導相分離（reaction-induced phase separation）也可能使最初均勻的體系在固化過程中發生相分離。

偶聯劑

為了改善填料和基質之間的結合，填料表面通常會塗覆一些功能性矽烷作為偶聯劑。矽烷偶聯劑包括3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷等，可單獨使用，也可組合使用。偶聯劑預處理的填料有利於降低打線封裝中黑點的產生。

溶劑

溶劑如丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮類，乙二醇二丁醚、丁基溶纖劑乙酸酯等醚類。從熱固化時的揮發性、操作性考慮，醚類較優。

其它

實際使用中也會加入消泡劑、流平劑、顏料等成分。

特性

在封裝製造過程中，EMC材料必須經歷多次溫度變化。例如成型過程中，化合物加熱到160~180°C並熔化，轉移到模腔中預固化。隨後在頂針彈出後，EMC的後固化在與成型溫度大致相同的溫度下進行。後續還需加熱至220 °C的共晶焊料回流溫度，無鉛焊料的溫度則更高。之後，還要進行環境和可靠性測試（例如熱循環、熱衝擊測試），以確保封裝的質量。EMC引起的熱變形和殘餘應力會顯著影響封裝結構的完整性和可靠性。

應用

環氧塑封料在高帶寬內存中的應用

人工智能、ChatGPT、5G應用、高性能計算、物聯網等市場的不斷增長，推動了先進制程和先進封裝的發展。對低功耗、更大數據存儲和更快傳輸速度的持續高需求推動內存關鍵供應商提供先進的封裝解決方案，例如基於通用閃存的多晶片封裝、基於NAND的多晶片封裝、用於高端應用的高帶寬內存。這些先進封裝的主要特點是垂直或交錯堆疊多個晶片，其中的環氧塑封料至關重要。