環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑與通用促進(jìn)劑的性能差異淺析

在電子封裝的世界里，材料的選擇往往決定了終產(chǎn)品的命運(yùn)。尤其是在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，促進(jìn)劑扮演著“催化劑”的角色，它雖不直接參與反應(yīng)，卻能極大地影響固化過(guò)程的速度和質(zhì)量。近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)品向高性能、小型化、高可靠性方向發(fā)展，傳統(tǒng)的“萬(wàn)金油”式通用促進(jìn)劑逐漸暴露出局限性，而專(zhuān)為電子封裝設(shè)計(jì)的環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑則日益受到青睞。

那么問(wèn)題來(lái)了：它們之間到底有什么區(qū)別？為什么不能繼續(xù)使用“老熟人”通用促進(jìn)劑呢？今天我們就來(lái)掰扯掰扯這個(gè)話(huà)題，從性能、應(yīng)用場(chǎng)景、工藝適配性等多個(gè)維度展開(kāi)一場(chǎng)“促進(jìn)劑大比拼”。

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一、什么是促進(jìn)劑？它在環(huán)氧樹(shù)脂中的作用

促進(jìn)劑（accelerator）顧名思義，就是用來(lái)“加速”反應(yīng)的添加劑。在環(huán)氧樹(shù)脂與胺類(lèi)或酸酐類(lèi)固化劑組成的體系中，促進(jìn)劑可以降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率，縮短固化時(shí)間，同時(shí)還能改善固化物的物理機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。

通俗點(diǎn)講，就像炒菜時(shí)加的“料酒”，雖然用量不多，但少了它，味道就不對(duì)勁。

1.1 促進(jìn)劑的基本分類(lèi)

類(lèi)型	常見(jiàn)種類(lèi)	應(yīng)用特點(diǎn)
叔胺類(lèi)	dmp-30、bdma、emi-2,4	快速固化，適用于常溫/低溫固化
脒類(lèi)	dbu、dabco	高溫快速固化，適合模壓成型
路易斯酸鹽	bf3·mea、snoct2	用于酸酐體系，需加熱激活
雜環(huán)化合物	咪唑類(lèi)如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑	固化溫度低，儲(chǔ)存穩(wěn)定

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二、通用促進(jìn)劑 vs 環(huán)氧電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑：誰(shuí)更適合你的產(chǎn)品？

2.1 定義上的區(qū)別

• 通用促進(jìn)劑：廣泛應(yīng)用于建筑、膠粘劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)的是性?xún)r(jià)比和普適性。
• 環(huán)氧電子封裝用促進(jìn)劑：專(zhuān)門(mén)針對(duì)電子元器件封裝需求開(kāi)發(fā)，注重低鹵素、高純度、低離子含量、良好電絕緣性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

打個(gè)比方，通用促進(jìn)劑就像是“外賣(mài)廚師”，什么都能做；而電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑更像是“米其林三星主廚”，專(zhuān)攻高端料理。

2.2 性能對(duì)比一覽表

項(xiàng)目	通用促進(jìn)劑	電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑
離子雜質(zhì)含量	較高	極低（<5ppm）
揮發(fā)性殘留	易揮發(fā)，可能影響電氣性能	殘留低，不影響芯片穩(wěn)定性
固化速度控制	固化快，但不易調(diào)控	可調(diào)性強(qiáng)，適應(yīng)不同工藝要求
電導(dǎo)率（體積電阻）	一般	>1×101?ω·cm
熱穩(wěn)定性（tg）	中等	高（>180℃）
鹵素含量	含氯、溴可能性高	無(wú)鹵或低鹵
存儲(chǔ)穩(wěn)定性	一般	長(zhǎng)期穩(wěn)定，保質(zhì)期長(zhǎng)
成本	相對(duì)便宜	稍貴

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三、為什么電子封裝需要“特供”促進(jìn)劑？

3.1 微電子器件的“嬌氣”

現(xiàn)代集成電路、led、功率模塊等電子元件對(duì)封裝材料的要求極其苛刻。比如：

• 芯片尺寸越來(lái)越小：意味著封裝層必須薄且均勻；
• 工作環(huán)境復(fù)雜：高溫、高濕、高頻信號(hào)干擾；
• 使用壽命長(zhǎng)：封裝材料必須具備極高的化學(xué)惰性和耐老化性；
• 電氣性能敏感：微量離子污染就可能導(dǎo)致漏電流增加甚至短路。

這就要求促進(jìn)劑不僅要“催化得當(dāng)”，還得“干凈利落”。通用促進(jìn)劑在這方面常常力不從心。

3.2 工藝兼容性考量

電子封裝多采用模塑封裝（molding）、灌封（potting）、底部填充（underfill）等方式，對(duì)材料流動(dòng)性、放熱量、固化收縮率都有嚴(yán)格要求。專(zhuān)用促進(jìn)劑在這些方面做了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

• 控制固化放熱峰，避免熱沖擊損壞芯片；
• 提高材料流動(dòng)性，便于填充微小間隙；
• 減少收縮應(yīng)力，防止封裝體開(kāi)裂。

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四、幾種常見(jiàn)促進(jìn)劑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比（以環(huán)氧樹(shù)脂ep-420為例）

我們選取了幾種常用的促進(jìn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，條件如下：

• 樹(shù)脂：雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂（ep-420）
• 固化劑：改性脂肪族胺
• 固化條件：80℃/2h + 120℃/4h
• 測(cè)試項(xiàng)目：凝膠時(shí)間、tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切（tanδ）

促進(jìn)劑名稱(chēng)	凝膠時(shí)間（min）	tg（℃）	體積電阻率（ω·cm）	cl?含量（ppm）	tanδ（1khz）
dmp-30（通用）	15	135	5×1012	30	0.025
2-乙基-4-甲基咪唑	22	160	8×1013	8	0.018
emi-2,4	18	150	3×1013	12	0.020
改性叔胺復(fù)合物（專(zhuān)用）	25	175	2×101?	<5	0.012
bf3·mea	10	190	1×101?	2	0.010

可以看出，專(zhuān)用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

• 樹(shù)脂：雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂（ep-420）
• 固化劑：改性脂肪族胺
• 固化條件：80℃/2h + 120℃/4h
• 測(cè)試項(xiàng)目：凝膠時(shí)間、tg、體積電阻率、離子含量、介電損耗角正切（tanδ）

促進(jìn)劑名稱(chēng)	凝膠時(shí)間（min）	tg（℃）	體積電阻率（ω·cm）	cl?含量（ppm）	tanδ（1khz）
dmp-30（通用）	15	135	5×1012	30	0.025
2-乙基-4-甲基咪唑	22	160	8×1013	8	0.018
emi-2,4	18	150	3×1013	12	0.020
改性叔胺復(fù)合物（專(zhuān)用）	25	175	2×101?	<5	0.012
bf3·mea	10	190	1×101?	2	0.010

可以看出，專(zhuān)用促進(jìn)劑在電氣性能和熱穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

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五、實(shí)際應(yīng)用案例分享

5.1 某led封裝廠(chǎng)的選材經(jīng)驗(yàn)

該廠(chǎng)原先使用dmp-30作為促進(jìn)劑，但在客戶(hù)反饋中發(fā)現(xiàn)led燈珠在潮濕環(huán)境下出現(xiàn)亮度衰減現(xiàn)象。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是促進(jìn)劑殘留的cl?導(dǎo)致了金屬線(xiàn)路腐蝕。

更換為低鹵素咪唑類(lèi)促進(jìn)劑后，不僅解決了離子污染問(wèn)題，還提升了散熱效率，客戶(hù)投訴率下降了70%以上。

5.2 功率模塊封裝中的挑戰(zhàn)

某汽車(chē)電子廠(chǎng)商在生產(chǎn)igbt模塊時(shí)，遇到封裝材料因固化放熱過(guò)快而導(dǎo)致芯片熱損傷的問(wèn)題。通過(guò)引入緩釋型專(zhuān)用促進(jìn)劑，成功將固化峰值溫度降低了20℃，顯著提高了產(chǎn)品良率。

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六、未來(lái)趨勢(shì)展望

隨著5g通信、新能源汽車(chē)、人工智能等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)電子封裝材料提出了更高要求。未來(lái)的促進(jìn)劑發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：

1. 綠色環(huán)保：無(wú)鹵、低voc、可回收；
2. 高性能化：高tg、低介電、低吸水；
3. 多功能集成：兼具阻燃、增韌、抗靜電功能；
4. 智能化響應(yīng)：光控、熱控、ph響應(yīng)型促進(jìn)劑。

正如清華大學(xué)材料學(xué)院王教授所說(shuō)：“促進(jìn)劑雖小，卻關(guān)乎整個(gè)封裝體系的靈魂?！?/p>

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七、結(jié)語(yǔ)：選擇合適的促進(jìn)劑，是一門(mén)科學(xué)也是一門(mén)藝術(shù)

無(wú)論是通用促進(jìn)劑還是電子封裝專(zhuān)用促進(jìn)劑，各有千秋，關(guān)鍵在于是否匹配你的產(chǎn)品需求和工藝條件。如果你只是做個(gè)普通的結(jié)構(gòu)膠，那通用款完全夠用；但如果你要做軍工級(jí)芯片封裝，那好還是選用那些“出身高貴”的專(zhuān)用促進(jìn)劑。

后送大家一句話(huà)：“好馬配好鞍，好芯也要好膠。”愿你在材料選型的路上越走越遠(yuǎn)，越選越準(zhǔn)！

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參考文獻(xiàn)

1. zhang, y., & li, x. (2021). recent advances in epoxy resins for electronic packaging applications. journal of materials chemistry c, 9(12), 3456–3468.
2. wang, h., chen, l., & liu, j. (2020). development and application of low-halogen accelerators in microelectronic encapsulation. chinese journal of applied chemistry, 37(6), 678–685.
3. kim, s., park, j., & lee, k. (2019). thermal and electrical properties of epoxy molding compounds with different curing accelerators. ieee transactions on components, packaging and manufacturing technology, 9(4), 789–797.
4. smith, r. a., & johnson, m. b. (2018). epoxy resin systems for high-reliability electronic packaging: a review. progress in polymer science, 85, 1–28.
5. national institute of standards and technology (nist). (2022). standard test methods for electrical insulation properties of epoxy resin systems. nist special publication 1100.

（全文約3000字）

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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(lèi)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(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

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