UV固化环氧树脂电子封装材料的制备及性能研究

摘要

阳离子UV固化脂环族环氧树脂体系具有固化速度快、无氧阻聚、可深度固化、收缩率小、粘接力强及良好的耐热性等特点，因此在电子封装领域具有十分广阔的应用前景，但是由于环氧固化物自身交联密度，导致树脂脆性较大、耐湿性较差。通过引入柔性链段进行增韧改性，加入填料提高体系耐热性和耐湿性，对于扩大环氧树脂封装材料的应用范围、延长封装器件的寿命具有重要意义。本研究以混合型三芳基六氟磷酸硫翁盐(PAG202)为阳离子光引发剂，分别用4种方式:(1)通过引入改性超支化聚酯形成有机-有机增韧体系;(2)通过添加纳米二氧化硅填料形成无机-有机复合体系;(3)通过添加微米级球形二氧化硅填料形成无机-有机复合体系;(4)通过添加超支化聚酯、纳米二氧化硅和微米二氧化硅形成有机-无机多重复合体系，对阳离子UV固化脂环族环氧树脂体系(ERL4221)进行增韧改性，制备了综合性能优良的电子封装材料，并对其热性能和力学性能进行了评价。论文主要工作如下:
　　(1)利用超支化聚合物独特的分子结构及其支化末端大量的可反应性基团的特点，研究了支化末端含6个羟基的超支化聚酯H2004的用量(5-20 wt％)对阳离子UV固化环氧树脂(ERL4221)的固化动力学、耐湿性、热性能及机械性能的影响。结果表明:H2004的加入可以提高环氧树脂的转化率、热膨胀系数和冲击强度，但同时会导致耐热性降低;玻璃化转变温度(Tg)随H2004用量的增加而降低，冲击强度随着H2004用量的增加而增大。H2004用量为5wt％时固化物热膨胀系数较小(α=139 ppm/℃)，且此时的吸水率仅为2.1％。扫描电镜对固化后树脂进行的微观形貌表征也证明了H2004可以有效改善环氧树脂的韧性。综合分析得出:H2004用量为5 wt％较为适宜。
　　(2)以溶胶-凝胶法制备的单分散纳米二氧化硅(nm-SiO2)为填料，制备了UV固化脂环族环氧树脂无机-有机纳米复合树脂，研究了纳米二氧化硅用量(5-20 wt％)对阳离子UV固化体系动力学、耐湿性、耐热性及力学性能的影响。结果表明:环氧基团的转化率随nm-SiO2用量增加先增大后减小，当nm-SiO2用量为10wt％时，环氧基团的转化率最高(75％)，吸水率为2.6％，且复合树脂的耐热性较高（T5=305℃，仅比纯ERL4221体系降低6％）;冲击强度随着nm-SiO2用量的增大而增大，热膨胀系数随着nm-SiO2用量的增大而减小。综合分析得出:nm-SiO2用量为10wt％较为适宜。
　　(3)针对纳米二氧化硅在环氧树脂增韧改性过程中存在的粘度增加、加工困难问题，本研究通过添加经硅烷偶联剂表面改性处理后的微米级球形二氧化硅(μm-SiO2)方法进行改善，制备了高填料含量的环氧树脂/二氧化硅复合体系，并考察了μm-SiO2用量(10-40 wt％)对复合体系固化性能的影响。结果表明:环氧基团转化率随μm-SiO2用量增加先增大后减小，并在加入量为20wt％时达到最大值，此时体系的线膨胀系数最小（α=62 ppm/℃），吸水率降低至1.8％，冲击强度达到3.12 kJ/m2（比纯ERL4221体系提高了174％）。综合分析得出:μm-SiO2用量为20wt％较为适宜。
　　(4)充分利用超支化聚酯的增韧特性、纳米二氧化硅的纳米尺寸效应和球形微米二氧化硅的高填充特性，并根据上述研究规律，在环氧树脂体系中同时添加H2004(5 wt％)、nm-SiO2(10 wt％)和μm-SiO2(20 wt％)，制备了多重复合型UV固化脂环族环氧树脂电子封装材料，并对其性能进行了测定。结果表明，多重复合体系热性能受改性剂的影响较小，相比于纯ERL4221环氧树脂体系，具有低至88 ppm/℃的线膨胀系数、且高至3.47 kJ/m2的冲击强度，吸水率也降低至1.9％，综合性能达到电子封装领域的要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂概述

1．2．1 环氧树脂定义及分类

1．2．2 环氧树脂固化

1．2．3 电子封装用环氧树脂改性研究进展

1．3 紫外光(UV)固化概述

1．3．1 UV固化机理及特点

1．3．2 固化体系组成

1．3．3 UV固化技术在环氧封装材料中的应用

1．4 本课题研究目的及意义

1．5 本课题的研究内容

第二章 ERL4221／H2004复合材料的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验原料与主要仪器设备

2．2．1 实验原料

2．2．2 主要仪器设备

2．3．1 UV固化体系的制备

2．3．2 UV固化试样制备

2．4 测试表征

2．4．1 粘度

2．4．2 实时红外光谱分析

2．4．3 凝胶含量

2．4．4 动态热机械分析

2．4．5 静态热机械分析

2．4．6 热失重分析

2．4．7 冲击强度

2．4．8 吸水率测定

2．4．9 扫描电镜

2．5 结果与讨论

2．5．1 UV固化动力学

2．5．2 热性能

2．5．3 吸水率

2．5．4 机械性能

2．5．5 表面形貌分析

2．6 本章小结

第三章 ERL4221／nm-SiO2纳米复合材料的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验原料与主要仪器设备

3．2．1 实验原料

3．2．2 主要仪器设备

3．3 实验内容

3．3．1 UV固化体系的制备

3．3．2 UV固化试样制备

3．4 测试表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 动力学

3．5．2 热性能

3．5．3 吸水率

3．5．4 机械性能

3．5．5 表面形貌分析

3．6 本章小结

第四章 ERL4221／μm-SiO2复合材料的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验原料与主要仪器设备

4．2．1 实验原料

4．2．2 主要仪器设备

4．3 实验内容

4．3．1 二氧化硅表面改性

4．3．2 光敏体系的制备

4．3．3 UV固化试样制备

4．4 测试表征

4．5 结果与讨论

4．5．1 二氧化硅表面改性研究

4．5．2 动力学

4．5．3 热性能

4．5．4 吸水率

4．5．5 机械性能

4．5．7 表面形貌分析

4．6 本章小结

第五章 多重复合电子封装材料的制备与性能研究

5．1 引言

5．2 实验原料与主要仪器设备

5．2．1 实验原料

5．2．2 主要仪器设备

5．3 实验内容

5．3．1 球形二氧化硅表面改性

5．3．2 光敏体系制备

5．3．3 UV固化试样制备

5．4 测试表征

5．5 结果讨论

5．5．1 动力学

5．5．2 热性能

5．5．3 吸水率

5．5．4 机械性能

5．5．5 表面形貌分析

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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