光電耦合器封裝用環(huán)氧塑封料的制備

段楊楊，譚 偉，李蘭俠，蔣小娟，劉紅杰，成興明，范丹丹

(江蘇華海誠科新材料股份有限公司，江蘇 連云港 222000)

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件，通過光信號之間的傳遞來實現(xiàn)輸入與輸出之間的電隔離的器件[1]。光電耦合器包括發(fā)光二極管和光敏三極管，用環(huán)氧模塑料將發(fā)光二極管和光敏三極管包封，起到支撐和保護(hù)的作用[2]。因此環(huán)氧塑封料的性能，直接決定光電耦合器的可靠性和使用壽命。因此，光電耦合器用封裝材料對傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂組合物提出了更高要求。其對環(huán)氧樹脂組合物的要求：

（1）封裝后的環(huán)氧樹脂組合物能有效隔離外界光進(jìn)入到內(nèi)部導(dǎo)光透明硅樹脂，減少外界光對內(nèi)部器件的干擾；

（2）環(huán)氧樹脂組合物封裝外殼對內(nèi)部發(fā)光源的發(fā)射光在硅樹脂中傳輸時對其吸收少，減少內(nèi)部發(fā)射光的損失；

（3）環(huán)氧樹脂組合物封裝外殼外觀良好，無開裂、無氣孔；

（4）環(huán)氧樹脂組合物封裝外殼耐磨性好，在后固化及檢測過程中不易產(chǎn)生劃痕。

這就要求光電耦合器封裝用環(huán)氧模塑料除具備普通環(huán)氧模塑料的性能外，還要具有反射吸收外界光的特性。但反射吸收光特性又不能太好，以避免對內(nèi)部發(fā)光源發(fā)射的光損耗過大，這就要求反光填料的含量控制在合適的量。本文通過改變溴化環(huán)氧樹脂、線性酚醛樹脂、咪唑固化劑和鈦白粉的含量，設(shè)計正交實驗[3]，并對制得的環(huán)氧模塑料進(jìn)行分析測試，制得了適用于光電耦合器封裝的環(huán)氧模塑料。

1 實驗

1.1 原料

鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂，CYDCN-200，巴陵石化；溴化環(huán)氧樹脂，JEB-400，江山江環(huán)化學(xué)工業(yè)有限公司；線性酚醛樹脂，ZHF-A2，連云港中和科技；硅微粉，F(xiàn)S180A，華威硅微粉廠；鈦白粉，R818，裕興鈦白粉；咪唑固化劑，2MZ，廣州川井電子材料有限公司；偶聯(lián)劑，KH560，連云港海納科技有限公司；硬脂酸，上海制皂。

1.2 環(huán)氧模塑料的制備

將鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂、線性酚醛樹脂、鈦白粉、硅微粉、咪唑固化劑、硬脂酸和偶聯(lián)劑按比例加入高速混合機(jī)攪拌10 min，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出-冷卻-造粒，經(jīng)1.5 mm孔徑過篩，平板硫化機(jī)模壓，175℃固化90 s，175℃后固化4 h。

1.3 性能測試

按SJ/T 11197-1999環(huán)氧模塑料的第5.3條凝膠化時間進(jìn)行測定凝膠化時間 (s)；按SJ/T 11197-1999環(huán)氧模塑料的第5.2條螺旋流動長度進(jìn)行測定流動距離(cm)；按SJ/T 11197-1999環(huán)氧模塑料的第5.6條線膨脹系數(shù)及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）；按SJ/T 11197-1999環(huán)氧模塑料的第5.8條體積電阻率測定體積電阻率值；按SJ/T 11197-1999環(huán)氧模塑料的第5.11條吸水率測定吸水率值；用UV probe測定其波長在940 nm處的反射率。

2 結(jié)果與討論

2.1 探索性實驗配方及工藝研究

第一次探索性實驗配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂15.0；溴化環(huán)氧樹脂1.8；線性酚醛樹脂7.0；咪唑固化劑0.15；鈦白粉5.0；硅微粉60.0；偶聯(lián)劑0.5；硬脂酸0.6。通過探索擠出條件發(fā)現(xiàn)，擠出機(jī)溫度設(shè)定在95～105℃，隨機(jī)取樣測定環(huán)氧模塑料膠化時間其均一性最好。這是由于線性酚醛樹脂的融化溫度在90℃，擠出機(jī)溫度必須在95℃以上才能保證樹脂完全融化與其他材料完全糅合得到反應(yīng)性均勻的環(huán)氧模塑料。同時，擠出機(jī)溫度不能太高，防止反應(yīng)過快，過早在擠出機(jī)機(jī)桶固化。

2.2 配方優(yōu)化

采用正交實驗法進(jìn)行配方優(yōu)化。確定了4個因素，即溴化環(huán)氧樹脂、線性酚醛樹脂、咪唑固化劑和鈦白粉，每個因素確定3個水平來進(jìn)行正交實驗，溴化環(huán)氧樹脂 (單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)4.0，3.0，2.0； 線 性 酚 醛 樹 脂 4，6，8； 鈦 白 粉22，15，8；咪唑固化劑 0.20，0.15，0.10。選擇四因素三水平正交表，即L9(34)，正交實驗配方如表1所示。

采用直觀分析法，即計算每個水平取得的指標(biāo)平均值進(jìn)行比較，找出每個因素最佳水平，幾個因素最佳水平組合起來即為最佳配方。通過分析得到兩個較優(yōu)配方，如表2所示。

表1 正交實驗配方表

表2 較優(yōu)配方及改進(jìn)配方表

2.3 優(yōu)化配方

根據(jù)正交實驗分析結(jié)果，對得到的較優(yōu)配方進(jìn)行實驗驗證及改進(jìn)，改進(jìn)配方命名為配方10。其配方單見表2，性能測試結(jié)果見表3。從表3中的性能測試結(jié)果可以看出，較優(yōu)配方1和較優(yōu)2的線膨脹系數(shù)、吸水率和反射率均有較大差異。對較優(yōu)配方2進(jìn)行改進(jìn)，將鈦白粉含量降為15，其他材料組分不變，結(jié)果線膨脹系數(shù)、吸水率及反射率具有明顯下降。

表3 較優(yōu)配方及改進(jìn)配方性能測試結(jié)果

3 客戶驗證

我們將較優(yōu)配方1、較優(yōu)配方2和配方10都送到客戶端封裝光電耦合器，其測試結(jié)果如表4所示。

表4 客戶端實驗結(jié)果

綜合正交實驗結(jié)果和客戶端實驗，認(rèn)為配方10的綜合性最好。除滿足客戶端封裝需求外，綜合考慮表3各配方的性能測試，配方10具有較低的線膨脹系數(shù)和較低的吸水率，用于光電耦合器的封裝可靠性和使用壽命更有優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

通過實驗，獲得了光電耦合器封裝用環(huán)氧模塑料較好的制備工藝，確定了更優(yōu)的制備工藝參數(shù)。原材料一次混合，擠出機(jī)溫度設(shè)定在95～105℃。通過正交實驗設(shè)計及結(jié)果分析，獲得了光電耦合器用環(huán)氧模塑料的更優(yōu)配方，進(jìn)一步實驗驗證該配方，制得環(huán)氧模塑料性能優(yōu)良，適用于光電耦合器封裝。