吐故纳新:弗洛里光电材料推出低介电常数、低CTE、透明的纳米级UV胶

光电业界一直致力于不断创新和改进电子封装材料,以期提高光电器件的性能。弗洛里光电材料(苏州)有限公司成功开发出低介电常数、低CET、透明的纳米级UV胶,该专利产品已通过国家电子计算机质量监督检验中心的综合可靠性测试,实现了技术的创新和突破。

基于高分子材料的组合物目前被广泛地应用于粘接或封装半导体器件、电子器件和光电器件(如LCD/OLED显示屏、LED半导体发光元件等)。由于高分子材料的热膨胀系数(CTE)显著高于基板材料,在热应力的作用下,器件会发生失效现象。因此工业界一直通过使用无机填料来降低高分子材料组合物(经常使用的是热固型高分子)的CTE,同时提高此类复合材料的力学性能。复合材料有机地结合了无机填料和有机高分子材料的优势,体现出比任何一方都更加优异的性能。但是无机填料的使用,通常会使原本透明的高分子材料变得不透明。出光率对于光电器件至关重要,透明性差的复合材料不能应用于光电器件的封装。另外,优异的封装材料往往需要多个性能的最优化,目前很多封装材料在粘度、透明度、介电常数、硬度和柔韧性等重要性能之中的一个或多个方面存在不足,继而会严重影响所获光电器件的性能。电子封装材料的不断创新和性能提高一直是光电产业一个棘手的、迫切需要解决的问题。

在江苏省和苏州科技项目的支持下,弗洛里光电材料(苏州)有限公司研发部通过大量的实验,成功地开发出基于纳米填料的UV胶。该技术已经获得国家专利授权,并且通过了国家电子计算机质量监督检验中心的综合可靠性测试,包括低温储存实验、高温储存实验、湿热实验、及温度循环实验,验证了其在IC智能卡的有效应用。相比于热固化材料,UV胶固化速度极快,通常几十秒之内就可以完成固化,大大提高了生产效率,在工业界得到了快速发展。弗洛里推出的UV-E0201是含纳米填料的光固化环氧树脂胶,在UVA强度70-75mW/cm2情况下可以在60秒内固化,达到邵D85的高硬度。UV-E0203是基于微米填料的产品,其填料含量和UV-E0201相同。从图一可以清楚看到,使用纳米UV-E0201胶封装的IC智能卡高度透明,而使用微米UV-E0203胶封装的IC智能卡则为乳白色且透明度极差。在膜厚均为0.8mm情况下,采用紫外-可见光光谱UV-vis的检测,结果表明:1)在450nm,UV-E0201的透光率为86.4%,而UV-E0203的透光率仅为0.17%;2)在400nm,UV-E0201的透光率为73.24%,而UV-E0203的透光率仅为0.13%。同时,该产品具有极低的粘度,通过使用特制的纳米填料,可以使其在含量超过30%的情况下,在室温下粘度仅约750cPs。

图1. 使用UV胶封装的IC智能卡:左图为使用纳米填料的UV-E0201胶,右图为使用微米填料的UV-E0203胶。

不添加填料的脂环族环氧树脂固化后的CTE(above Tg)一般在190ppm/K左右(The Use of Nanosilica in Epoxy Resins, Peerapan Dittanet, Ph.D. Dissertation, Lehigh University, 2008) 。弗洛里通过使用复合技术,成功地将脂环族环氧树脂UV固化后的CTE降低到142ppm/K(TMA, in a temperature range of +30 to +150C)。通过使用特制的纳米填料,UV-E0201的CTE进一步降低为128ppm/K(见表一)。欧美一家技术领先的公司类似产品D46XX的CTE为150ppm/K。纳米级UV-E0201通过了国家电子计算机质量监督检验中心的综合可靠性测试。

在产品开发过程中,研究人员意外地发现UV-E0201具有超低的介电常数:纳米级UV-E0201胶固化后的介电常数为2.4,而微米级UV-E0203胶的为2.9,欧美公司的对比产品是3.1。低介电常数材料low-k一直是半导体和光电器件制造中重点突破的关键技术。在集成电路内部,由于ILD(Inter Layer Dielectrics,层间电介质)的存在,导线之间就不可避免地存在分布电容。分布电容不仅影响芯片的速度,也对工作可靠性构成严重威胁。使用low-k电介质作为ILD,可以有效地降低互连线之间的分布电容,从而可使芯片总体性能提升10%以上(Decreased RC Delay,Lower Power Consumption, and Reduced Crosstalk Noise)。集成电路制造指南中,IC 90nm node的low-k指标为3.1-3.4,45nm node为2.5-2.8,而32nm为2.1-2.4(参考 ITRS 32nm node roadmap)。环氧树脂的介电常数在2.8-4.2 左右 (Expanding monomers: Synthesis, characterization, and application, CRC Press, 1992, R.K. Sadhir, R.M. Luck, pg 256),二氧化硅的在 ~3.9以上。通过使用这些原料的组合, 反而得到更低的介电常数 2.4,这是出乎意料的。目前弗洛里正在进一步阐明机理并探索在不同领域的应用。与此同时,弗洛里公司也在研究和进一步验证其阻隔能力,这将为其在高阻隔膜的应用(例如OLED封装)奠定基础。


表1. 纳米级UV-E0201胶和微米级UV-E0203胶性能对比。

记者同时了解到弗洛里光电材料已自主研发出多款LED有机硅封装材料,包括耐高温的普通折光率COB LED有机硅封装胶A系列、抗硫化性能好的高折光率SMD LED有机硅封装胶H系列、可实现保形涂层的荧光粉沉淀胶、耐紫外UV-LED有机硅封装胶U系列、LED成型胶F系列、LED封装用水溶性防硫化涂层 C系列、CSP LED封装用印刷胶WP系列和荧光粉胶膜PF系列以及高反射白墙胶RC系列。其优秀的性能和品质受到广大客户的热烈欢迎并成为热门销售产品,已申请并授权多项中国专利和商标。在后续的报道中,将陆续推出弗洛里光电材料(苏州)有限公司其他的光电材料改进成果和颠覆性创新技术。




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