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技术概述

塑封料(Epoxy Molding Compound,简称EMC),又称环氧塑封料或环氧模塑料,是一种以环氧树脂为基础树脂,加入固化剂、促进剂、球形硅微粉填料、脱模剂、阻燃剂等多种助剂,经加热混炼、粉碎、后处理等工艺制成的热固性模塑料。凭借优良的流动性能、固化性能、粘接性能、耐热性能以及成本优势,塑封料已成为半导体分立器件、集成电路、LED支架等电子元器件封装中不可或缺的保护材料。塑封料的性能直接决定了封装器件在后续装配和使用过程中的可靠性,其中耐热性能是评价塑封料质量的核心指标之一。

热变形温度(Heat Deflection Temperature,简称HDT),又称负荷热变形温度,是指将标准试样以平放(或侧立)方式置于支撑跨距上,在规定弯曲应力作用下,把试样浸入以恒定速率升温的传热介质中,当试样中点弯曲挠度达到规定的标准挠度值时所对应的温度。热变形温度直观反映了高分子材料在受力状态下的短期耐热性和尺寸稳定性,是塑料选型、质量控制和工艺评定中最常用的热性能指标之一。

对于热固性的塑封料而言,热变形温度与材料固化体系的交联密度、填料含量及分布、固化完全程度等密切相关。一般而言,固化越完全、交联网络越致密、球形硅微粉填料比例越高,塑封料在高温下的模量保持能力越强,热变形温度也越高。在半导体封装领域,器件需要经历回流焊、高温存储、高低温循环等严苛的热过程,若塑封料热变形温度不足,在受热与应力共同作用下可能出现封装体翘曲、变形、开裂等问题,进而影响电性能与长期可靠性。因此,开展塑封料热变形温度试验,对塑封料的配方开发、来料检验、批次质量监控以及封装工艺窗口的确定都具有重要的现实意义。

塑封料热变形温度试验通常依据GB/T 1634.1、GB/T 1634.2、ISO 75-1、ISO 75-2以及ASTM D648等标准执行,通过试验可获得材料在不同弯曲应力水平下的耐热变形能力数据,为材料评价和工程应用提供科学依据。

检测样品

塑封料热变形温度试验的标准试样为长条形,优先采用120 mm×10 mm×4 mm的长条试样,并优先采用平放(厚度方向受载)方式进行测试。试样可通过传递模塑、压缩模塑等方式按塑封料供应商推荐的模塑温度、模塑压力和固化时间成型,成型后还需按材料规范进行后固化处理,以确保交联固化完全,消除模塑残余应力对测试结果的干扰。

  • 样品形态:模塑成型的标准长条试样,或从模塑板、封装体上经精密切割、铣磨加工制得的符合尺寸要求的试样;
  • 样品尺寸:优先为120 mm×10 mm×4 mm,长度、宽度与厚度尺寸公差应满足标准要求;
  • 外观要求:试样表面应平整光洁,无气泡、裂纹、缺料、翘曲、明显熔接痕及机械损伤,边缘无毛刺;
  • 样品数量:每组试验建议不少于3件,通常提交5件以上以保证数据的代表性与可重复性;
  • 状态调节:试验前应按GB/T 2918或产品规范规定进行状态调节(如23℃、相对湿度50%条件下放置24小时以上),必要时评估吸湿状态对结果的影响。

检测项目

塑封料热变形温度试验以负荷热变形温度为核心检测项目,同时可根据客户需求和材料评价需要,组合开展相关热性能与力学性能检测,形成完整的材料热性能评价方案。主要检测项目包括:

  • 热变形温度(HDT):包括方法A(弯曲应力1.80 MPa)、方法B(弯曲应力0.45 MPa)、方法C(弯曲应力8.00 MPa)三种试验条件下的热变形温度;
  • 维卡软化温度(VST):包括不同载荷与升温速率组合条件下的软化温度测试;
  • 玻璃化转变温度(Tg):可采用DSC、DMA、TMA等方法测定,用于与热变形温度进行关联分析;
  • 热稳定性相关项目:如热分解温度、热失重分析(TGA)、线膨胀系数(CTE)等;
  • 配套力学性能项目:如弯曲强度、弯曲模量等,用于综合评价塑封料在高温下的力学保持能力。

检测方法

塑封料热变形温度试验常用标准包括GB/T 1634.1/GB/T 1634.2《塑料 负荷变形温度的测定》、ISO 75-1/ISO 75-2以及ASTM D648。试验采用三点弯曲加载原理:将试样平放于跨度为64 mm的支座上,根据试样中部的宽度和厚度计算并施加规定的负荷,使试样承受规定的弯曲应力;随后以120℃/h±10℃/h的速率均匀升温,监测试样中部挠度的变化,当挠度达到标准规定的标准挠度值时,记录此时传热介质的温度,即为该试验条件下的热变形温度。

试验的一般流程如下:

  • 试样准备:按规定完成模塑成型、后固化、尺寸加工与外观检查,并进行状态调节;
  • 尺寸测量:用千分尺测量试样中部的宽度和厚度,用于计算应施加的负荷;
  • 负荷施加:按所选方法(A/B/C)对应的弯曲应力计算负荷,通过砝码加载系统平稳施加载荷,避免冲击;
  • 升温测试:试样浸没于导热介质中,起始温度应适当低于预期热变形温度,以规定的升温速率均匀加热,并持续记录挠度与温度数据;
  • 结果记录:当挠度达到标准挠度时记录介质温度,取各平行试样结果的算术平均值,并注明试验方法、应力水平、试样放置方式及升温速率;
  • 数据处理:对异常数据进行分析复核,必要时补充试验,确保结果准确可靠。

需要特别说明的是,塑封料属于高填料填充的热固性材料,填料取向和模塑流动方向可能带来一定的各向异性,测试时应统一试样的放置方式与方向;如按ASTM D648执行,则常用弯曲应力为1.82 MPa和0.455 MPa,标准挠度为0.25 mm,试验时应在报告中明确区分所采用的标准体系,确保数据的可比性。

检测仪器

塑封料热变形温度试验依托精密的热变形维卡综合测定系统完成,主要仪器设备包括:

  • 热变形/维卡软化点温度测定仪:多工位设计,可同时开展多个试样的平行测试,配备高精度加载与变形测量单元;
  • 恒温传热介质系统:采用硅油等导热介质,配备循环搅拌与精密控温装置,保证温度均匀性与升温速率的准确性;
  • 位移测量系统:分辨率为0.001 mm的千分表或位移传感器,实时监测试样中点挠度变化;
  • 温度测量系统:铂电阻温度传感器,测量精度可达0.1℃,用于准确采集介质温度;
  • 砝码加载系统:经过校准的负荷砝码组合,可按计算结果精确配置加载力;
  • 样品制备设备:传递模塑机、热压机、后固化烘箱、精密切割与铣磨设备,用于标准试样的成型与加工;
  • 辅助设备:千分尺、游标卡尺、恒温恒湿状态调节箱等,用于尺寸测量与试样预处理。

应用领域

塑封料热变形温度试验服务覆盖电子封装材料产业链的多个环节,主要应用领域包括:

  • 半导体封装制造:集成电路、分立器件、功率器件等封装塑封工序中的塑封料来料检验与批次质量监控;
  • 塑封料生产企业:新品配方开发、固化体系优化、填料体系改进以及出厂检验中的耐热性能评价;
  • 电子组装与可靠性工程:评估封装体耐回流焊、高温存储、高低温循环等热过程的能力,支撑可靠性评估工作;
  • 汽车电子领域:车规级电子元器件封装材料的耐热性能评估与选型验证;
  • 科研院所与高校:封装材料基础研究、热性能数据库建设与课题研究;
  • 失效分析与质量争议处理:为封装变形、开裂等失效原因分析提供热性能数据支持;
  • 供应商管理与材料对比:不同厂商、不同批次塑封料的横向性能比对与评价。

常见问题

问题一:塑封料热变形温度试验的检测周期是多久?

塑封料热变形温度试验的检测周期一般为7-15个工作日。实际周期受多方面因素影响:一是检测项目数量,若仅测试单一条件下的热变形温度,周期相对较短,若同时开展Tg、维卡软化温度、热失重等组合项目,周期会相应延长;二是样品数量与制备要求,若需进行模塑成型与后固化处理,试样制备时间需计入周期;三是方法复杂程度与试验条件数量,如需在多个应力水平下分别测试,所需工时更多;四是是否需要加急服务,多数情况下可提供加急处理以缩短交付时间。具体周期建议在委托前与实验室沟通确认。

问题二:塑封料热变形温度试验的检测价格是多少?

塑封料热变形温度试验的费用受多种因素综合影响,包括检测项目的多少(单项目测试还是多项目组合)、执行的标准与方法、平行