[发明专利]一种高功率模块封装用高导热环氧塑封料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率模块封装用高导热环氧塑封料及其制备方法，该塑封料由导热填料、环氧树脂、固化剂、固化促进剂、偶联剂、应力改性剂、着色剂、离子捕捉剂等组分组成。通过本发明技术方案制备得到的塑封料，具有较高的热导率，其导热系数达到2.5 W/m•K以上，玻璃化转变温度高，线膨胀系数低，吸水率低，体积电阻率高，显示出较优异的综合性能，能够应用于高功率模块封装。

技术领域

本发明涉及一种高功率模块封装用高导热环氧塑封料，属于半导体封装用材料领域，具体属于环氧塑封料领域。

背景技术

随着新能源革命的不断推进，可实现高效电能转换的功率模块在柔性高压直流输电、轨道交通、新能源汽车等领域得到广泛应用。

功率模块的封装形式多种多样，封装材质可以是陶瓷、金属或塑料，但是因为塑料封装在成本、尺寸、重量等方面具有相当的优势，同时因为塑料封装的可靠性近年来有了很大提升，因此工业上功率器件多采用塑料封装，在航天、军工领域亦受到越来越多的关注，而在塑料封装中95％以上的塑封料是环氧树脂塑封料(Epoxy Molding Compound,EMC)。

近年来，随着模块的小型化、集成化和高功率化发展，模块功率密度不断提高，内部发热量也不断增加，模块结温会随着模块输出功率的增大而上升，导致产品电学性能大幅下降，严重时甚至导致模块失效：电子器件的温度每超过额定温度2℃，其可靠性将降低10％，温度每升高6℃，绝缘老化速度将增加一倍，预期寿命将缩短一半。因此未来提高电子设备的性能稳定性和使用寿命，就需要塑封体能够及时将电子元件产生的热量散发出去，需要提高电子封装材料的导热性。然而传统模块封装中所使用的环氧塑封料导热性较低，一般热导率只有0.7-1W/(m·K)，已经无法满足大功率模块更高工作温度环境、更高可靠性的需求。因此开发高导热环氧塑封料对新一代高功率高性能模块封装电子器件与设备的开发具有非常重要的意义。

根据导热机理分析可知，固体内部的导热载体有电子、声子和光子三种。其中金属是通过大量电子传热，无机非金属是通过晶格的热振动即声子传热。环氧树脂类聚合物由于分子链的无规缠结，分子量大，分子量的多分散性，导致无法形成完整的晶体，分子链振动对声子造成很大散射，导致热导率较低，纯环氧树脂其热导率仅有0.2W/(m·K)。要提高环氧的热导率，主要有两种方法，一是合成具有高度结晶性或取向度的本体导热环氧树脂，二是在环氧树脂基体中加入高导热填料以获得具有高导热性能的复合材料。制备本体高导热环氧工艺复杂，成本较高，因此目前大多采用填充填料的方法制备高导热环氧复合材料。根据填充型导热环氧复合材料最普遍的导热通道理论，当填料用量较少时，复合材料会形成海岛结构，导热填料作为分散相被环氧树脂基体孤立，不能相互联系，对提高材料的热导率作用不大，只有当填料用量达到一个临界值时，导热填料才能成为连续相，彼此之间相互联系、接触和作用，在复合材料内形成链状导热通路，当导热通路的取向和热流方向一致时，热流方向上的热阻很小，导热性能将得到大幅提高。因此如何在塑封料内部热流方向上形成导热通路是提高塑封料导热率的关键。

环氧塑封料通常由环氧树脂、固化剂、填料和各种助剂等组分组成。目前传统环氧塑封料中使用的填料为二氧化硅微粉，填充量在60％-90％，主要有两大类，一类是结晶型硅微粉，颗粒外形为角形，因此又称为角形结晶型硅微粉，另一类是熔融无定型硅微粉，颗粒外形有角形的也有球形的，分为角形熔融型硅微粉和球形熔融型硅微粉。结晶型硅微粉和熔融型硅微粉的物理性能列于表1.

表1硅微粉物理性能