论文摘要
环氧树脂具有良好的粘着性、电绝缘性、耐湿性、化学稳定性和电学性能，从而在电子封装领域得到广泛的应用，约占整个塑料封装90％左右。器件和集成电路用环氧树脂封装成型后，由于器件和封装材料线膨胀系数的差异，成型固化收缩导致封装材料器件内部产生热应力，造成强度下降、耐热冲击性降低、老化开裂、封装裂纹、空洞、钝化和离层等各种缺陷。近年来材料学家发现多种负热膨胀（Negative Thermal Expansion，NTE）材料，其中以立方晶体结构的ZrW2O8为代表，具有各向同性负热膨胀效应，在较宽的温度区间内（0．3K～1050K），具有基本恒定的负热膨胀系数。本文以分析纯ZrO2和WO3为原料，采用固相分步法制备负热膨胀材料ZrW2O8粉体，利用其负热膨胀的特性，以ZrW2O8粉体作为填料，在不同填料比例下，采用钛酸三异丙醇叔胺酯（706）作为固化剂，2．4．6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）作为促进剂，制备ZrW2O8/E-51和SiO2／E-51电子封装材料，并对所制备封装材料的组织、结构、性能及动力学进行了研究分析。对固相化学分步法合成的ZrW2O8粉体，采用扫描电镜SEM、XRD、变温XRD分析，结果表明ZrW2O8粉体的粒径介于0．5～1μm之间，纯度高；在20℃～700℃的区间内，平均线膨胀系数为-5．33ppm／K，具有负热膨胀特性。SEM分析表明，超声波处理能使SiO2和ZrW2O8粉体均匀分散在环氧树脂E-51基体中。采用DSC分析材料的玻璃化转变温度，结果表明在相同添加量下，SiO2／E-51的玻璃化转变温度与ZrW2O8/E-51相当；随着ZrW2O8颗粒填充量的增加，ZrW2O8/E-51材料的玻璃化转变温度随之提高，当ZrW2O8以质量比1：1填充E-51时，玻璃化转变温度达到147．87℃。填料的加入大幅度的降低了环氧树脂封装材料的线膨胀系数，由于ZrW2O8颗粒的负热膨胀特性，相同添加量下，ZrW2O8／E-51体系较SiO2／E-51体系线膨胀系数下降了14．5％，随着ZrW2O8添加量的提高，ZrW2O8/E-51封装材料的线膨胀系数进一步降低。相同填充量下，ZrW2O8/E-51的介电常数高于SiO2／E-51，介质损耗更低；随ZrW2O8含量的增加，ZrW2O8／E-51材料的介电常数εr不断提高，介质损耗不断下降。当ZrW2O8与E-51的质量比为0．7：1时，封装材料的介电常数达到最大；当ZrW2O8与E-51的质量比为1：1时，封装材料的介电常数有所下降。阻温特性表明在室温～163℃范围内，ZrW2O8/E-51材料的体积电阻率稳定在3．03×106Ω·m，较SiO2／E-51材料提高了10％左右。室温下，ZrW2O8／E-51及SiO2／E-51电子封装材料击穿场强均大于10KV／m，满足微电子器件封装材料的实际应用。相同填充量下，ZrW2O8／E-51的力学性能优于SiO2/E-51。当ZrW2O8以质量比1：1填充E-51时，ZrW2O8／E-51的拉伸、弯曲强度分别达到99MPa、158MPa，较1：2填充E-51时增加了15％、13．9％。SiO2／E-51及ZrW2O8／E-51封装材料的显微硬度较纯环氧树脂有所提高。当ZrW2O8填充量增加时，ZrW2O8／E-51的硬度也随之增加，加入量增加到一定程度后，表面硬度略有下降。ZrW2O8粉体填充环氧树脂，材料耐酸性得到提高。当ZrW2O8与E-51按照质量比0．7：1混合时，固化物的耐湿性较好。ZrW2O8／E-51材料的磨损性能优于SiO2／E-51材料，在水润滑条件下，磨损系数和磨损率与干磨损相比大幅度下降；随着试验时间的增加，磨痕宽度变宽，磨痕的表面形貌越粗糙，比磨损率越来越小。采用动态DSC分析，研究了E-51封装体系反应固化动力学，根据Kissinger方程和Crane方程计算出SiO2／E-51／706及ZrW2O8／E-51／706两体系的的表观活化能△E分别为：83．2KJ／mol和70．6KJ／mol，反应级数n分别为：0．9236和0．9234，确定了两体系的反应速率常数K。