新型高纯微电子封装材料的研究与开发

论文摘要

微电子封装技术和材料是制约微电子产品设计、应用和发展的重要因素之一。进入二十一世纪以来,微电子产业的蓬勃发展推动了微电子封装技术的飞速发展,然而微电子封装材料的发展却相对较慢。随着微电子产品向着高度集成化、布线微细化、组装三维化、芯片大型化、绿色环保化等方向发展,这就对微电子封装材料提出了新的要求,朝着无杂质、高纯、高耐热等方向发展。为适应新型3D微电子封装技术的发展需求,开发低杂质、耐热的微电子封装材料,本论文在开发高纯邻甲酚醛环氧树脂的基础上,通过将耐热单体引入到邻甲酚醛环氧树脂分子链上的改性方法,提高微电子封装材料整体的耐热性,而不增加封装工艺的难度,满足微电子封装技术发展的需求。在实验过程中,发现单纯依靠实验来开发满足微电子产业要求的微电子封装材料,其过程将是漫长和耗费大量成本的。这个过程虽然能通过一些实验方法的设计进行改进,但仍需提高。本论文采用分子模拟的方法,建立分子结构模型,进而初步研究环氧树脂交联体系的一些性能,对用分子模拟方法来开拓环氧树脂研究新领域进行了一些有益探索。本论文的具体研究内容和结果如下：1、高纯邻甲酚醛环氧树脂的结构优化和开发本论文采用两步法工艺合成高纯邻甲酚醛环氧树脂。基于对第一步合成邻甲酚醛树脂机理的深入理解,通过调节工艺参数,得到了低游离酚含量、软化点可控的线型邻甲酚醛树脂。接着,探讨了邻甲酚醛环氧树脂的合成机理,分析了工艺参数对树脂性能的影响。在优化工艺参数的基础上,制备了低氯高纯的邻甲酚醛环氧树脂。目前,该工艺路线已经完成了中试实验。结果表明,该工艺流程具有可行性,能满足大规模生产的要求,可用于工业化生产符合新一代微电子封装技术需求的低氯高纯的邻甲酚醛环氧树脂。2、不同邻位含量的邻甲酚醛树脂的合成热塑性酚醛树脂是环氧树脂的一类重要的固化剂。本论文在对前期邻甲酚醛树脂合成机理研究的基础上,通过改变合成过程中催化剂的种类和工艺条件,成功地制备了邻位含量可调的邻甲酚醛树脂,并对其结构进行了定性和定量表征。接着,将其作为邻甲酚醛环氧树脂的固化剂进行初步研究,发现在高邻位酚醛树脂中特有的自催化作用,同样适用于对环氧树脂的固化。这对开发快固型环氧塑封料提供了新的可能方向。3、烯丙基改性邻甲酚醛树脂的开发采用耐热单体对环氧树脂进行改性,是提高环氧树脂耐热性的常用方法。本论文在前面对邻甲酚醛树脂合成机理的研究基础上,通过烯丙基氯与邻甲酚醛树脂的反应,得到了烯丙基改性邻甲酚醛树脂。在这种改性树脂中,通过控制反应配比,使其同时含有烯丙基和酚羟基,能成为环氧树脂的“双官能团型固化剂”。接着,将其作为邻甲酚醛环氧树脂的固化剂,并通过烯丙基引入耐热性优良的双马来酰亚胺树脂进行共聚。这样就无需添加小分子就能使耐热的双马来酰亚胺引入环氧树脂的分子主链中,实现对邻甲酚醛环氧树脂的改性。4、多官能团环氧树脂交联体系的分子模拟研究分子模拟方法是介于实验研究和理论计算之间的第三种科学的研究方法。本论文在建立多官能团环氧树脂的分子模型和固化模型的基础上,设计了一个分子模拟算法。通过这个算法,能够较为真实地模拟多官能团环氧树脂固化交联的动态过程,最终得到一个既有化学交联又有物理缠结的三维网状结构,得到的固化反应转化率较为接近真实体系。同时,通过该分子模拟算法,能对环氧树脂交联体系的一些性能进行计算,如弹性力学常数、玻璃化转变温度等,较为接近真实值。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微电子封装材料的发展趋势
• 1.2.1 微电子封装技术的突破
• 1.2.2 环氧塑封料的发展趋势
• 1.3 环氧塑封料用环氧树脂概述
• 1.3.1 环氧树脂概述
• 1.3.1.1 环氧树脂简介
• 1.3.1.2 环氧树脂的发展趋势
• 1.3.2 酚醛型环氧树脂简介
• 1.3.3 环氧树脂的高纯化研究
• 1.3.3.1 国外研究现状
• 1.3.3.2 国内工作现状
• 1.4 耐热环氧树脂体系的研究进展
• 1.4.1 合成含耐热结构的新型环氧树脂
• 1.4.2 含耐热固化剂的环氧树脂体系
• 1.4.3 环氧树脂耐热性受固化工艺的影响
• 1.5 分子模拟方法在聚合物研究中的应用
• 1.5.1 分子模拟方法简介
• 1.5.1.1 量子力学方法
• 1.5.1.2 分子力学方法
• 1.5.1.3 分子动力学方法
• 1.5.1.4 分子蒙特卡洛方法
• 1.5.2 分子模拟方法在聚合物研究中的应用现状
• 1.5.2.1 预测聚合物的物理性质
• 1.5.2.2 聚合物间的相容性研究
• 1.5.2.3 表面/界面性质的研究
• 1.5.2.4 水分子在聚合物中的吸附研究
• 1.6 本文的研究背景和研究内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 高纯邻甲酚醛环氧树脂的合成与机理分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验用原料
• 2.2.2 线性邻甲酚醛树脂的合成
• 2.2.3 高纯邻甲酚醛环氧树脂的合成
• 2.2.4 结构表征与性能测试
• 2.2.4.1 红外光谱分析
• 2.2.4.2 核磁共振分析
• 2.2.4.3 环氧当量的测定
• 2.2.4.4 软化点的测定
• 2.2.4.5 邻甲酚醛环氧树脂有机氯的测定
• 2.2.4.6 邻甲酚醛环氧树脂无机氯的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 线型邻甲酚醛树脂的合成工艺优化
• 2.3.1.1 线型邻甲酚醛树脂的反应机理
• 2.3.1.2 邻甲酚醛树脂的结构表征
• 2.3.1.3 邻甲酚醛树脂的合成工艺优化
• 2.3.1.4 线型邻甲酚醛树脂的合成工艺的影响因素分析
• 2.3.1.5 水洗工艺对线型邻甲酚醛树脂产品质量的影响
• 2.3.2 高纯邻甲酚醛环氧树脂的合成工艺优化
• 2.3.2.1 邻甲酚醛环氧树脂的反应机理
• 2.3.2.2 邻甲酚醛环氧树脂的结构表征
• 2.3.2.3 高纯邻甲酚醛环氧树脂合成工艺的优化
• 2.3.3 高纯邻甲酚醛环氧树脂的产业化前景
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 不同邻位含量的邻甲酚醛树脂研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验用原料
• 3.2.2 实验用仪器
• 3.2.3 不同邻位含量的邻甲酚醛树脂的合成
• 3.2.4 结构表征与性能测试
• 3.2.4.1 红外光谱分析
• 3.2.4.2 核磁共振分析
• 3.2.4.3 差示扫描量热分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同邻位含量的邻甲酚醛树脂的合成研究
• 3.3.1.1 高邻位邻甲酚醛树脂的合成机理
• 3.3.1.2 不同邻位含量邻甲酚醛树脂的结构表征
• 3.2.1.3 不同邻位含量邻甲酚醛树脂合成工艺的研究
• 3.3.2 不同邻位含量的邻甲酚醛树脂固化CNE的动力学研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 烯丙基改性邻甲酚醛环氧树脂的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验用原料
• 4.2.2 烯丙基改性邻甲酚醛树脂的合成
• 4.2.3 改性邻甲酚醛环氧树脂体系的制备
• 4.2.4 结构表征与性能测试
• 4.2.4.1 红外光谱分析
• 4.2.4.2 核磁共振分析
• 4.2.4.3 动态力学性能分析
• 4.2.4.4 微观形貌分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 烯丙基改性邻甲酚醛树脂的合成研究
• 4.3.1.1 烯丙基改性邻甲酚醛树脂的反应机理
• 4.3.1.2 烯丙基改性邻甲酚醛树脂的表征
• 4.3.1.3 烯丙基改性邻甲酚醛树脂的合成工艺研究
• 4.3.2 邻甲酚醛环氧树脂改性体系的研究
• 4.3.2.1 固化体系的动态力学性能研究
• 4.3.2.2 固化体系的微观形貌研究
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 多官能团环氧树脂交联体系的分子模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 计算平台
• 5.2.2 真实的邻甲酚醛环氧树脂交联体系
• 5.2.3 建立邻甲酚醛环氧树脂交联体系的模拟算法
• 5.2.4 交联体系密度的预测
• 5.2.5 交联体系弹性常数的预测
• 5.2.6 交联体系玻璃化转变温度的模拟
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 交联体系结构模型的特征
• 5.3.2 交联体系的密度
• 5.3.3 交联体系的弹性常数
• 5.3.4 交联体系的玻璃化转变温度
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 6.1 全文结论
• 6.2 本论文的创新点
• 作者在攻读博士学位期间完成的论文
• 致谢