李明翰、林志浩、陳凱琪 / 工研院材化所
近年來電動車、5G手機及穿戴裝置等電子產品逐漸蓬勃發展，為滿足這些產品多功能、高傳輸效率的需求，化合物半導體被逐漸應用於各種電子產業。然而化合物半導體功率模組在高功率運作下會產生大量熱量，對於提供元件模組保護的封裝材料將是一大挑戰，為確保化合物半導體功率模組維持最佳的效能，具備高耐熱、高絕緣、高導熱及高可靠性的封裝材料將是未來發展的方向。本文以開發化合物半導體功率模組所需的封裝材料為主軸，針對化合物半導體功率模組市場作介紹，並說明工研院目前開發的液態封裝材料技術，透過封裝材料技術開發，以協助國內功率元件/模組封裝產業之發展。
【內文精選】
化合物半導體功率模組用液態封裝材料技術
目前工研院材化所元件封裝材料研究室投入化合物半導體功率模組液態封裝材料的開發，透過樹脂配方設計、粉體粒徑篩選與級配、樹脂與無機粉體混合分散製程、材料特性分析等技術進行評估，開發具備高耐熱、高絕緣及高導熱特性的封裝材料配方。
在樹脂配方組成設計方面，為符合高功率模組高耐熱的需求，選擇具備多官能基環氧樹脂搭配酸酐硬化劑的系統，藉由環氧樹脂多官能基結構與酸酐硬化劑進行交聯反應，形成緻密的網狀結構，使其玻璃轉化溫度達到185˚C以上，進而提升其耐熱性，在樹脂配方中亦添加反應促進劑加速硬化反應。
在無機填充料方面，篩選一、二種以上粒徑大小的導熱粉體作粒徑分布設計，之後將無機填充料與環氧樹脂配方透過行星式攪拌方式混合分散均勻，最終製備為液態封裝材料，其流程圖如圖七所示，因材料中同時含環氧樹脂、酸酐、無機填充料及添加劑等，為避免其中環氧樹脂、酸酐兩者於室溫下反應，因此配製完成後須特別置於-40˚C的環境下作儲存。
圖七 封裝材料配方配製流程圖
化合物半導體功率模組充填技術
將上述製備的封裝材料配方2透過灌注方式填充至SiC功率模組中，進一步評估液態封裝材料在功率模組中的加工性。液態封裝材料填充SiC功率模組的方式如圖八所示。首先將備妥的液態封裝材料置於真空、溫度55˚C的條件下進行脫泡，避免材料中多餘氣泡影響模組充填的品質。材料脫泡結束以灌注方式將液態封裝材填充於SiC功率模組中，因材料本身具備流動性可填滿整個模組，充填完的模組表面呈現平整。後續將填充的模組再次置於真空、溫度55˚C條件下進行脫泡，待模組表面無多餘氣泡殘留，再移置烘箱進行高溫硬化，而硬化後模組的表面仍為平整且無孔洞殘留---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八 液態封裝材料充填SiC功率模組流程
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。