高、低黏度封裝膠材之發展研究

 

刊登日期:2013/3/22
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框膠的特性需求為因應模組材料之耐熱、耐水氣性考量,須注意其熱性質,包含玻璃轉移溫度(Tg)、熱膨脹係數(CTE)等,使框膠在固化後能達到保護內部顯示模組的要求,並通過耐候測試。另外,在機械特性的表現方面,也須注意配方設計的結構問題,使框膠材料在硬化後能夠具有足夠的交聯密度,楊氏模數則可利用來判斷膠體的軟硬性。

配方設計
一般調整環氧樹脂黏著劑黏度的方法為加入溶劑或環氧稀釋劑,然而對封裝膠而言,溶劑去除不完全可能會在固化時產生氣泡,而環氧稀釋劑可能會降低封裝膠的性能。另一種方式為針對不同的粉體選擇適當的分散劑,幫助系統降低黏度及達到均勻分散的目的,所以分散劑的選擇須注意相對應的界面配合問題,如樹脂系統和分散物。與硬化劑搭配的安定劑可以緩解硬化劑的迅速反應,保持配方的室溫保存時間。增韌劑的使用則有助於降低系統的軟硬脆性,增加抵抗冷熱衝擊的耐受力。

表二、典型框膠配方設計

黏度控制
1. 黏度、觸變指數、室溫保持時間的量測方法
將框膠配方2~3 ml填入黏度計(Brookfield Viscometer),以S14轉子(Spindle)及專用的Cell組合,測量框膠的黏度,測量條件為:溫度=25 ± 0.5˚C,轉子轉速=1、10、100 rpm,先恆溫3分鐘後,讀取第60秒的數值。觸變指數的呈現係固定一轉子,以其轉速(ex. 1 rpm)及其十倍轉速(ex. 10 rpm)的黏度比值所得。將測量過黏度的框膠以塑膠瓶密封於室溫保存,靜置24小時後再測量一次,以24小時10 rpm的黏度和初始10 rpm的黏度比值,定義為框膠的使用時間(Pot-life)。理想上室溫安定性好的框膠,在24小時的Pot-life應該接近1(即黏度沒有變化)。

3. 影響黏度變化的因子和添加劑之探討
在低黏度框膠配方設計時,加入適量比例的分散劑,有助於降低配方的黏度,以圖五的固定配方而言,當環氧樹脂和硬化劑在固定比例混合,再加入不同種類的分散劑後,會呈現相當不同的黏度變化。在不加分散劑的情況下;黏度值約為22,000 cps,但藉由使用適合的分散劑,可以使配方黏度值下降至<8,000 cps,黏度下降的幅度超過30%,對系統黏度有非常明顯的影響。


圖五、不同種類分散劑對黏度之影響

熱膨脹係數
由於框膠在操作時,會接觸到許多不同的界面,因此必須設計框膠的CTE和不同的界面彼此搭配,才能使框膠在不同環境溫度變化下能夠穩定接著,不會造成破裂或劈開等缺陷。一般為了保持框膠的性能,皆希望可以將框膠本身的CTE變化縮小,以因應不同接著界面時的耐冷熱衝擊力。降低 CTE最常用的方式就是在配方系統中加入填充粒子(Filler),因為對高分子來說,填充粒子的CTE值相對較小,因此提高填充粒子之含量,可增加封裝膠的尺寸安定性,但填充粒子量越多,配方系統的黏度也會相對上升。所以同時達到調整黏度和尺寸安定性,是配方設計上的一個重點。

反應程度和水氣阻隔性的關係
環氧樹脂的硬化反應中,一般借助熱分析儀器,如微分熱卡計(Differential Scanning Calorimetry; DSC)來確認反應程度。反應程度的量測做法如下:取少量硬化前的框膠,以DSC測量由20˚C升高到250˚C的總放熱量Htot,再取少量硬化後的框膠,同樣以DSC測量由20˚C升高到250˚C的殘餘放熱量Hres,則反應程度計算公式為:(1 – Hres/Htot) × 100%

反應程度的控制是藉由硬化劑與主樹脂的比例控制,一般而言,反應程度須大於----以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:林士斌、陳瑞宏、廖政宗、黃婉茹、楊昆炫、吳龍海、劉培毅 / 明基材料股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌315期」,更多資料請見:https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10952


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