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                        電子元件封裝技術潮流

                        作者:DELO 工業粘合劑時間:2019-04-30來源:電子產品世界收藏

                        全球微型化趨勢下,空前增長的電力電子發展以及伴隨之下更高效的生產效率,是這一高端行業尋求更高效以及技術的主要動力。粘合劑工業對這一趨勢作出了積極響應。市面上如雨后春筍般出現了眾多新研發的產品。

                        本文引用地址:http://www.xinfa15808.cn/article/201904/400127.htm

                        環氧樹脂幾乎專用于需要耐高溫、可抵抗機械作用力,耐化學侵蝕的情況。它的作用原理是:環氧樹脂雖不盡相同, 但為了例如達到最高可靠性,它需要與專門的硬化劑配合使用,才能夠保障粘合劑分子間形成特別緊密的交聯。這樣才能使得對于溫度和各種介質具備較高的抵抗力,可以長久地在滾燙的傳動裝置潤滑油和腐蝕介質中使用。

                        ,最高適用溫度達 250 °C

                        近些年來,很多工業領域對于電子組件的溫度要求進一步提高。對于汽車上的傳感器或采油設備來說當然是毋庸置疑的。而對于電力電子設備來說更是如此,由于流經小型組件的電流強度越來越大,導致積聚的熱量也因此驟增,進一步提升了耐高溫的要求。

                        以前,封裝最高適用溫度可達180℃,而現在實際應用中卻常超過這一溫度。不過,新研發的產品已經將這一溫度極限又提高了 70 °C ,適用溫度范圍達到 -65 °C 到 250 °C 。

                        盡管含有大量填料,這些耐高溫封裝及灌封材料,在提高耐受溫度范圍的同時,仍然保持高耐介質性、適用廣泛的粘附力、高強度、穩定的加工性能以及良好的流動性。

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                        在最高達250 °C 的情況下保護元件免遭腐蝕性物質侵蝕: 搭配特殊硬化劑的高溫封裝工藝 (Figure: DELO)

                        即使在 250°C 的條件下儲存 500 小時后,它的拉伸強度仍可達 50 MPa。就算溫度超過 200 °C,它仍具有很高的耐溫性與粘合強度。在 250°C 下經過 500 小時存儲后,其在 220 °C 的陶瓷上測得的壓縮剪切強度為 8 MPa,這相當于 800 N/cm2 。

                        光固化快速固定工藝,提高了粘合精度,并形成特定的封裝結果

                        到目前為止,無論是在180 °C 還是 250 °C的條件下,高端工業領域的灌封及封裝粘合劑都為純熱固化產品。因為添加其中的特殊硬化劑必須在100 °C以上的條件下才會融化,隨后才能與樹脂產生反應。

                        盡管近期面世的雙固化灌封材料也需要進行熱固化工藝。不過,這類混合產品可以在初期通過光固化進行預固定——如此可提高粘合精度,形成特定的溢膠邊,使得更易于處理已初步固定的元件。

                        更重要的是,在能夠保護芯片的圓頂封裝應用中,使用這一工藝會在表面先形成一張表皮,從而“凍結”住膠滴的形狀,使其在后續熱固化過程中不會流動。這意味著指定形狀的圓頂封裝可用于微型化設計所要求的空間窄小的電路板上。與可替代的筑壩填充方案相比,光固化工藝還能夠節省一個加工步驟。

                        在兩個階段的固化工序中,粘合劑先在UV光下照射1到5秒,時間長短取決于LED燈的光強。在常用的FR4電路板上,粘合劑通過光預固化的剪切強度可以超過1N。隨后FR4電路板在150 °C的溫度下通過熱固化30分鐘達到其最終剪切強度50MPa。

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                        光固化快速固定技術的出現,使那些要求高可靠性的應用領域擁有了更多可能性 (圖片來源: DELO)   

                        可光固化的環氧樹脂擁有適用廣泛的粘附力,而且因其優異的觸變流動性,非常容易加工操作。由于混合的化學結構,溫度極限略低于那些純耐高溫化合物。但前者在180 °C的條件下性能仍然很優秀。它的耐介質性也極強:在傳動裝置潤滑油、汽油或甲醇等腐蝕介質里放置500小時以后,它的力學性能僅發生輕微變化。對于可損傷大多數粘合劑性能的印刷油墨,該產品也顯示出了高耐抗性。

                        堆疊的膠滴構筑出精細的結構

                        另一種叫做筑壩封裝的方法,不僅能適應日趨微型化的設計潮流,而且可靠度很高。它們可先形成一堵又薄又高的墻,特別適用于汽車與工業應用領域。

                        它們的特殊之處在于比起前一代“筑壩”產品,填料更細膩,因此可以用針狀點膠設備點出直徑最小為 250 μm 的用于封裝的膠滴。憑借超高的粘度(最高可達160000 mPas),這種粘合劑的另一特性就是高抗流動性。粘合劑的高寬比可達2.5,這意味著膠滴的高度達到寬度的兩倍也不會倒塌。

                        以上這些性能使得這種易于處理的粘合劑尤其適合應用于細微的結構,例如作為傳感器之間極窄的分隔墻體。粘合劑的堆疊被稱作"堆積壩"(dam stacking),(根據不同的粘合劑)這種工藝也有可能各膠層無需單獨固化即可堆積起來,這簡化了生產流程。

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                        在芯片和傳感器周圍構建精密的結構: 專為電子元件研發的新”筑壩”粘合劑 (圖片來源: DELO)

                        這些不坍塌的“筑壩”產品同樣對于酸、油和其它腐蝕性物質具備優秀的抵抗力,而且具有很低的吸水性。它們的適用溫度最高可達 200 °C  。在室溫條件下,它在FR4電路板上的壓縮剪切強度達到 49 MPa . 即使是在200°C的環境下儲藏500小時以后,這一數值仍然維持在 43 MPa,僅有輕微下降。

                        它的熱膨脹系數(CTE)為24 ppm/K,接合180°C的玻璃化溫度,可以使其在很大的溫度范圍內保持極低的翹曲度。 因此,封裝內部的應力得以最小化。

                        這類“筑壩”產品有兩種不同的規格:一種是純熱固化粘合劑,另一種是抗流動性更高的雙固化粘合劑。用戶可以通過設定特定的時間和溫度,靈活地控制固化過程。例如,在150°C時用20分鐘完成固化,或者在125°C時用90分鐘完成固化。由于這種粘合劑流動性極低,因此高寬比得以保持不變。膠層高度在整個熱固化過程中亦不會改變。

                        低翹曲率成全了大面積芯片灌封

                        無論對于可靠性的要求有多高,制造商仍然會把成本效益放在異常重要的位置上。在芯片生產與芯片的再加工上,比如芯片封裝領域,各大制造商均傾向于選擇性價比更合理的工藝。在這一潮流下,制造商們越來越多地將大量相同的元件組裝在一塊印刷電路板上,隨后將這些元件完全封裝起來,最后再把它們分割成多個單獨的已封裝好的元件。另一種方法是對完全組裝完畢的印刷電路板進行封裝,而不是用外殼來保護電路板免遭環境影響。

                        大面積灌封可以顯著地縮短加工時間,大大節約成本。但在實際應用中,這一方法經常遭遇瓶頸。在面對高化學應力和熱應力時,大面積封裝這一加工方式會在固化過程中造成印刷電路板的翹曲。這導致元件之間產生張力,令單獨分割變得困難。造成翹曲的原因是印刷電路板和封裝材料的熱膨脹系數不相同,前者為10-20 ppm/K,后者通常高于 20 ppm/K。

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                        印刷電路板的大面積封裝 (圖片來源: DELO)

                        為了解決這個問題,并滿足對可靠度要求極高的應用領域的需求,我們研發出了優化的封裝材料,其特點是熱膨脹系數極低,僅為 11 ppm/K。這樣就把翹曲度降到最低,令這種封裝材料成為高效率大面積芯片封裝的最佳選擇。

                        客戶還可以選擇添加不同的熒光劑,以監控點膠工藝,在粘合劑固化之前檢測所有元件是否已完全覆蓋。對于高價值元件來說,這一選項絕對值得考慮。

                        目前來說,這類產品的溫度上限是 165 °C,而且具備出色的防潮性和耐介質能力。此外,就算基材不加熱,它們仍具有優異的流動性,也可以配合使用筑壩填充工藝達到效果。使用這種封裝材料時,您還可以設置不同的固化參數:在溫度為 150 °C 時,最多只需20分鐘即可迅速固化;對于單組分的產品,您可以選擇將固化溫度降低到 100 °C;對于雙組分的產品,您可以選擇將固化溫度設為 125 °C 。這樣一來,即使是對溫度相當敏感的元件也能夠可靠地固化。

                        結論

                        承受最高 250 °C 的溫度、高機械負荷,并且長久地接觸具有腐蝕性的介質:在嚴苛的環境條件下,高端封裝材料與灌封用料是保護敏感電子元件的關鍵因素。眾多新研發的產品使得如今的制造商們能夠滿足逐步升高的電力電子設備的技術要求,滿足呼聲漸漲的微型化需求,同時提高生產效率。



                        關鍵詞: 灌封 封裝

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