環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑對封裝材料耐熱性、絕緣性與防潮性的積極作用探析

在電子工業(yè)飛速發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品越來越小巧、功能越來越多、性能越來越強(qiáng)。但你有沒有想過，這些“聰明”的芯片和元件是如何在惡劣環(huán)境下依然保持穩(wěn)定運(yùn)行的？答案就藏在一個(gè)看似不起眼卻至關(guān)重要的環(huán)節(jié)——電子封裝。

而在電子封裝這個(gè)領(lǐng)域中，有一個(gè)“幕后英雄”經(jīng)常被忽視，那就是我們今天的主角：環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑。它雖小，卻能在提升封裝材料的耐熱性、絕緣性和防潮性方面發(fā)揮巨大作用。本文將帶你走進(jìn)這個(gè)“化學(xué)魔法師”的世界，看看它是如何讓我們的電子產(chǎn)品“披荊斬棘”，在高溫、高濕、高壓等極端環(huán)境中依然穩(wěn)如老狗的。

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一、從頭說起：什么是環(huán)氧樹脂封裝？

環(huán)氧樹脂（epoxy resin）是一種廣泛應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域的高分子材料，具有優(yōu)異的粘接性、機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性能。在電子器件中，它通常用于包裹ic芯片、led燈珠、傳感器等關(guān)鍵部件，起到保護(hù)、固定和隔離的作用。

不過，環(huán)氧樹脂本身并不會(huì)自動(dòng)固化，它需要加入固化劑才能完成交聯(lián)反應(yīng)，形成堅(jiān)硬穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。而在這個(gè)過程中，促進(jìn)劑就是那個(gè)“催化劑中的催化劑”，它能加速固化反應(yīng)的進(jìn)行，還能改善終產(chǎn)品的綜合性能。

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二、促進(jìn)劑是個(gè)啥？它為啥這么重要？

簡單來說，促進(jìn)劑是一類可以降低反應(yīng)活化能、加快固化速度的化學(xué)物質(zhì)。它們通常分為以下幾類：

類型	常見種類	特點(diǎn)
胺類促進(jìn)劑	dmp-30、bdma、dma	固化速度快，適用于常溫或低溫固化
咪唑類促進(jìn)劑	2-乙基-4-甲基咪唑（emi-2,4）、2-苯基咪唑	活性高，適用范圍廣，尤其適合高溫固化
叔胺類促進(jìn)劑	n,n-二甲基芐胺（dmba）	對環(huán)氧/酸酐體系特別有效
磷類促進(jìn)劑	三苯基膦（tpp）	適用于特定的硫醇-環(huán)氧反應(yīng)體系

這些促進(jìn)劑雖然不是環(huán)氧樹脂的主要成分，但卻像調(diào)味料一樣，用量不多，卻能顯著改變終產(chǎn)品的風(fēng)味——也就是性能表現(xiàn)。

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三、促進(jìn)劑如何提升耐熱性？

耐熱性是衡量電子封裝材料好壞的重要指標(biāo)之一。畢竟，誰也不想自己的手機(jī)在打游戲時(shí)因?yàn)檫^熱而“罷工”。

促進(jìn)劑通過以下幾個(gè)方式幫助環(huán)氧材料提升耐熱性能：

1. 提高交聯(lián)密度：促進(jìn)劑可促使環(huán)氧樹脂更充分地與固化劑反應(yīng)，形成更加致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性。
2. 優(yōu)化固化工藝：合適的促進(jìn)劑可以讓固化過程更均勻、更徹底，減少內(nèi)部缺陷，避免局部熱應(yīng)力集中。
3. 調(diào)控反應(yīng)放熱曲線：某些促進(jìn)劑能夠延緩初始反應(yīng)速率，使熱量釋放更平緩，防止因局部過熱而導(dǎo)致的材料劣化。

舉個(gè)例子，使用咪唑類促進(jìn)劑（如emi-2,4）時(shí)，可以在較高溫度下實(shí)現(xiàn)完全固化，從而得到具有更高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）的封裝材料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，添加0.5% emi-2,4后，環(huán)氧樹脂的tg可以從120℃提升到145℃以上，這對高溫環(huán)境下的應(yīng)用意義重大。

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四、絕緣性：電子世界的“安全圍欄”

電子設(shè)備怕什么？短路。而短路往往來源于材料的絕緣性能下降。環(huán)氧封裝材料的絕緣性直接影響著電子產(chǎn)品的壽命和安全性。

促進(jìn)劑對絕緣性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

• 減少離子殘留：某些促進(jìn)劑（如叔胺類）在固化完成后幾乎不殘留離子性雜質(zhì)，這有助于提高體積電阻率和表面電阻率。
• 增強(qiáng)致密性：更高的交聯(lián)密度意味著更少的自由空間，水分和雜質(zhì)難以侵入，從而維持良好的介電性能。
• 抑制水解反應(yīng)：一些高性能促進(jìn)劑還能在一定程度上抑制環(huán)氧樹脂的水解反應(yīng)，防止因吸濕導(dǎo)致的絕緣下降。

下面是一個(gè)不同促進(jìn)劑對環(huán)氧樹脂絕緣性能影響的對比表：

促進(jìn)劑類型	添加量（phr）	體積電阻率（ω·cm）	擊穿電壓（kv/mm）	吸水率（72h，%）
不加促進(jìn)劑	0	1×1012	18	0.8
dmp-30	1.0	5×1013	22	0.5
emi-2,4	0.5	8×1013	25	0.3
dmba	1.0	3×1013	20	0.6

可以看到，合理選擇促進(jìn)劑不僅能提升絕緣性能，還能顯著降低吸水率，可謂一舉兩得。

促進(jìn)劑類型	添加量（phr）	體積電阻率（ω·cm）	擊穿電壓（kv/mm）	吸水率（72h，%）
不加促進(jìn)劑	0	1×1012	18	0.8
dmp-30	1.0	5×1013	22	0.5
emi-2,4	0.5	8×1013	25	0.3
dmba	1.0	3×1013	20	0.6

可以看到，合理選擇促進(jìn)劑不僅能提升絕緣性能，還能顯著降低吸水率，可謂一舉兩得。

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五、防潮性：潮濕不是借口

潮濕環(huán)境對電子產(chǎn)品來說簡直就是“慢性毒藥”。輕則性能下降，重則直接報(bào)廢。所以，防潮性成了高端電子封裝材料必須具備的素質(zhì)。

促進(jìn)劑在提升防潮性方面的貢獻(xiàn)主要包括：

• 減少孔隙率：促進(jìn)劑幫助環(huán)氧樹脂更徹底地固化，減少了微觀空隙，降低了水分滲透的可能性。
• 改善界面結(jié)合：有些促進(jìn)劑還能增強(qiáng)樹脂與金屬引線、陶瓷基板之間的結(jié)合力，從而防止水分從界面滲入。
• 調(diào)控吸濕行為：部分促進(jìn)劑自身具有一定的疏水性，能夠在一定程度上抑制環(huán)氧材料對水汽的吸收。

例如，在一項(xiàng)關(guān)于led封裝材料的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用0.3%咪唑類促進(jìn)劑的樣品在85℃/85% rh條件下老化1000小時(shí)后，其透光率僅下降了5%，而未加促進(jìn)劑的樣品透光率下降高達(dá)15%。可見，促進(jìn)劑在防潮方面的效果不容小覷。

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六、實(shí)際應(yīng)用案例分享

為了讓大家更直觀地理解促進(jìn)劑的作用，這里分享兩個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例：

案例一：汽車電子控制模塊（ecu）

某知名汽車廠商在其新一代ecu中采用了含咪唑類促進(jìn)劑的環(huán)氧封裝材料。測試結(jié)果顯示：

• 在150℃高溫下連續(xù)工作2000小時(shí)后，封裝層無裂紋、無變形；
• 在85℃/85% rh濕熱試驗(yàn)中，絕緣電阻保持率超過90%；
• 成品通過了aec-q100車規(guī)級認(rèn)證。

案例二：5g基站射頻模塊

在高頻通信設(shè)備中，材料的介電性能尤為重要。某5g基站廠商在封裝射頻芯片時(shí)選用了低鹵素配方的環(huán)氧體系，并配合叔胺類促進(jìn)劑dmba。結(jié)果如下：

• 高頻信號(hào)傳輸損耗降低約15%；
• 在高濕環(huán)境下長期運(yùn)行后，介電常數(shù)變化小于1%；
• 封裝效率提升20%，縮短了生產(chǎn)周期。

這兩個(gè)案例都說明了一個(gè)道理：好的促進(jìn)劑，不僅是技術(shù)上的“潤滑劑”，更是商業(yè)上的“加速器”。

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七、如何選擇合適的促進(jìn)劑？

既然促進(jìn)劑如此重要，那我們在實(shí)際應(yīng)用中該如何選擇呢？以下幾點(diǎn)建議供參考：

1. 看固化條件：如果希望快速固化，可以選擇活性較高的胺類或咪唑類促進(jìn)劑；若需控制放熱峰，則宜選用延遲型促進(jìn)劑。
2. 看應(yīng)用場景：對于高溫環(huán)境，推薦咪唑類；對于高濕環(huán)境，優(yōu)先考慮低離子殘留型促進(jìn)劑。
3. 看環(huán)保要求：隨著rohs、reach等法規(guī)趨嚴(yán)，應(yīng)盡量選用無鹵、低揮發(fā)、低毒的環(huán)保型促進(jìn)劑。
4. 看成本效益比：有時(shí)候并不是越貴越好，而是要找到性價(jià)比高的那一款。

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八、未來展望：綠色、高效、多功能

未來的電子封裝材料將朝著更環(huán)保、更高性能、更多功能的方向發(fā)展。促進(jìn)劑作為其中的關(guān)鍵添加劑，也將迎來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇：

• 綠色化：開發(fā)低毒、可降解、無鹵的新型促進(jìn)劑；
• 高效化：進(jìn)一步提升催化效率，降低使用量；
• 多功能化：集促進(jìn)、阻燃、導(dǎo)熱等功能于一體，滿足多樣化需求。

相信在不久的將來，我們會(huì)看到更多“既聰明又溫柔”的促進(jìn)劑產(chǎn)品，為電子封裝行業(yè)注入源源不斷的活力。

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結(jié)語：小小促進(jìn)劑，大大影響力

總結(jié)一下，環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑雖然只是整個(gè)配方中的一小部分，但它在提升材料耐熱性、絕緣性和防潮性方面的作用卻不容小覷。它就像一位默默耕耘的園丁，讓每一棵電子之樹都能在風(fēng)雨中茁壯成長。

后，附上一些國內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)資料，供大家深入學(xué)習(xí)和參考：

國內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李明等，《環(huán)氧樹脂封裝材料研究進(jìn)展》，《化工新型材料》，2020年第48卷第5期
2. 王偉等，《電子封裝用環(huán)氧樹脂的改性及性能研究》，《功能材料》，2021年第52卷第3期
3. 張婷，《促進(jìn)劑對環(huán)氧樹脂固化行為及性能的影響》，《熱固性樹脂》，2019年第34卷第2期

國外文獻(xiàn)：

1. y. liu et al., "curing behavior and thermal stability of epoxy resins catalyzed by different accelerators", polymer testing, vol. 82, 2020.
2. h. kim et al., "effect of imidazole-based accelerators on the electrical properties of encapsulated semiconductor devices", journal of applied polymer science, vol. 137, issue 48, 2020.
3. t. tanaka et al., "moisture resistance improvement in electronic packaging materials using functional accelerators", ieee transactions on components, packaging and manufacturing technology, vol. 10, no. 3, 2020.

愿我們在科技的路上不斷探索，也別忘了感謝那些在背后默默助力的小分子們。畢竟，沒有它們，哪來我們今天的電子世界呢？

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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理

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公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)

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公司其它產(chǎn)品展示:

• nt cat t-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。

• nt cat ul1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。

• nt cat ul22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優(yōu)異的耐水解性能。

• nt cat ul28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。

• nt cat ul30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• nt cat si220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。

• nt cat mb20 適用有機(jī)鉍類催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

• nt cat dbu 適用有機(jī)胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。