本發明涉及電子封裝材料，尤其涉及一種高導熱環氧樹脂組合物及在to-220f封裝中的應用。

背景技術：

1、近年來，隨著科技的飛速進步和各行業對高性能、高可靠性電子元器件需求的日益增長，全包封電子元器件(諸如to-220f與to-3pf等系列)，憑借其卓越的電氣絕緣性能，在眾多領域內贏得了廣泛的認可與應用。特別是在汽車制造、工業自動化控制以及高端消費品設計等行業，這些元器件以其出色的封裝技術和穩定的工作表現，成為了提升產品整體性能與使用壽命的關鍵因素。

2、然而，隨著技術應用的不斷深入與拓展，尤其是在面對某些高功率密度、高效率轉換以及嚴苛工作環境的應用場景時，傳統的環氧塑封材料在導熱性能上的局限性逐漸顯現。在這些場景下，有效管理并高效散發熱量，確保電子元器件能夠持續穩定運行而不因過熱導致性能下降或損壞，成為了亟待解決的技術挑戰。因此，對于全包封電子元器件所使用的環氧塑封材料，業界提出了更為嚴苛的導熱率要求。

3、中國專利申請cn118240515a公開了一種電子封裝用樹脂組合物，采用特定結構的改性樹脂有效降低整個體系的應力，配以合適的應力釋放劑不僅能顯著降低整個樹脂組合物的模量和應力水平，而且對吸水率及tg及粘結等各方面性能影響較小，樹脂組合物在高溫和低溫時均保持超低應力，不產生開裂、分層及其他失效。中國專利申請cn110066491a公開了一種環氧樹脂組合物，其制備方法和用途。其采用二氧化硅a、二氧化硅b、二氧化硅c為結晶型二氧化硅，二氧化硅d為熔融型二氧化硅。所得環氧樹脂組合物具有適用性強、低成本、低吸水率、高流動性、高可靠性等優點，所得產物進行封裝后具有無氣孔缺陷、無分層、填充良好等特性，提高了整流橋型元器件封裝的成品率。中國專利cn114685938a公開了一種電子封裝用環氧樹脂組合物及其制備方法，選擇填料包含球形氧化鋁和結晶二氧化硅，提升材料的導熱系數；但是氧化鋁價格昂貴，實施成本高，不適用于to-220f封裝。

4、但是這些現有技術均未有效提升環氧樹脂塑封料的導熱性能，亟需提供一種導熱率高，能夠滿足to-220f封裝使用要求的環氧樹脂產品。

技術實現思路

1、為了解決現有環氧塑封料的導熱率有限，而to-220f封裝對材料的導熱性要求較高，二者無法匹配的技術問題，本發明第一方面提供了一種高導熱環氧樹脂組合物，按照重量百分比計，所述環氧樹脂組合物的原料包括：環氧樹脂1-10％，酚醛樹脂3-10％，固化促進劑0.02-4％，添加劑0-8％，無機填料補充余量。

2、優選的，所述無機填料至少包括球狀結晶二氧化硅。

3、更優選的，所述環氧樹脂和無機填料的質量比為(2-10)：(75-90)。

4、優選的，所述球狀結晶二氧化硅的粒徑d50值為15-40μm；更優選為20μm。

5、優選的，所述球狀結晶二氧化硅的最大粒徑為50-90μm；更優選為75μm。

6、優選的，所述球狀結晶二氧化硅在環氧樹脂組合物中的添加量為40-90wt％；更優選為70-88wt％。

7、本發明在環氧樹脂組合物中引入球狀結晶二氧化硅，明顯提升了材料的導熱性能。猜測是球狀結晶二氧化硅獨特的晶體結構使得熱量能夠在材料內部高效傳遞，從而顯著提升了整個封裝材料的導熱系數。當這種高熱導率的填料均勻分散在環氧塑封材料中時，就形成了一個高效的導熱網絡，使得熱量能夠迅速從元器件內部傳導至外部環境。進一步限定球狀結晶二氧化硅的粒徑d50值為15-40μm，最大粒徑為50-90μm，能夠改善環氧塑封材料的微觀結構。在填充過程中，這些微小的球狀顆粒能夠填充材料中的空隙，減少熱阻，進一步提高熱傳導效率。同時，它們的存在還能抑制材料內部的應力積累，提升環氧樹脂組合物的加工性能。

8、優選的，所述無機填料還可以包括常規結晶二氧化硅，所述常規結晶二氧化硅和球狀結晶二氧化硅的質量比為(1.2-2)：1。

9、注：本發明中常規結晶二氧化硅和球狀結晶二氧化硅的差異主要在于，常規結晶二氧化硅在形態上具有棱角，而球狀結晶二氧化硅通過物理方式處理打磨，將棱角去除。

10、更優選的，所述常規結晶二氧化硅的粒徑d50值為15-40μm；進一步優選為25-35μm。

11、更優選的，所述常規結晶二氧化硅的最大粒徑為100-240μm；進一步優選為160-200μm。

12、所述常規結晶二氧化硅、球狀結晶二氧化硅可為市售，例如江蘇聯瑞新材料股份有限公司。

13、優選的，所述環氧樹脂的結構式為如下式ⅰ、式ⅱ所示的一種或多種化合物的組合；

14、式ⅰ：其中n選自1、2或3；

15、式ⅱ：其中m選自1、2或3。

16、所述式ⅰ、式ⅱ所示化合物均可為市售，包括但不限于如下來源。

17、式ⅰ：供應商長春人造樹脂廠，產品型號cne-195ll。

18、式ⅱ：供應商dic?epoxy(malaysia)sdn.bhd.，產品型號hp-7200。

19、更優選的，所述環氧樹脂至少包括式ⅱ所示化合物，式ⅱ所示化合物在環氧樹脂組合物中的添加量為2-6.5wt％。

20、進一步優選的，所述環氧樹脂包括式ⅰ、式ⅱ所示化合物的復配。

21、優選的，式ⅰ所示化合物在環氧樹脂組合物中的添加量為1-7wt％。

22、優選的，所述酚醛樹脂的結構式為：其中x選自1、2或3。

23、所述酚醛樹脂可為市售，包括但不限于：山東圣泉新材料股份有限公司，產品型號pf8013。本發明優選高粘度的酚醛樹脂適應to-220f的加工要求，避免制件加工過程中出現氣孔問題。

24、優選的，所述酚醛樹脂在環氧樹脂組合物中的添加量為4-7wt％。

25、本發明選擇特定結構的環氧樹脂和酚醛樹脂，能夠很好地與特定形態、粒徑的二氧化硅填料相匹配，使最終所得環氧樹脂組合物的導熱率提升至2.0w/m·k以上。

26、所述固化促進劑可以列舉為三苯基膦-苯醌加和物、三苯基膦、咪唑類化合物等；優選的，所述固化促進劑包括三苯基膦-苯醌加和物、三苯基膦中的至少一種；更優選的，所述固化促進劑包括三苯基膦-苯醌加和物。

27、本發明可以根據下游封裝需要靈活選擇添加劑的種類。所述添加劑可以列舉為偶聯劑、色粉、脫模劑、增韌劑、應力改性劑、阻燃劑、潤滑劑、抗靜電劑、紫外線吸收劑等。

28、優選的，所述添加劑包括偶聯劑，色粉，脫模劑中的至少一種；所述添加劑在環氧樹脂組合物中的添加量為0.1-3wt％。

29、為了進一步兼顧環氧樹脂組合物的高導熱性和加工性能，更優選的，所述添加劑包括偶聯劑，色粉和脫模劑，質量比為1：(1-1.5)：(1.4-2)。

30、優選的，所述偶聯劑包括3-(縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一種或多種。

31、更優選的，所述偶聯劑包括3-(縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一種或多種的組合。

32、進一步優選的，所述偶聯劑包括3-(縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷，重量比為1：1：1。

33、所述脫模劑可以列舉為天然蠟或合成蠟。

34、優選的，所述天然蠟包括巴西棕櫚蠟、小燭樹蠟、木蠟、蜂蠟、石蠟及其衍生物中的一種或多種的組合。

35、優選的，所述合成蠟包括聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、聚酯蠟、聚氨酯蠟中的一種或多種的組合。

36、更優選的，所述脫模劑包括天然蠟，進一步優選包括巴西棕櫚蠟。

37、在一些實施方式中，所述色粉可以列舉為炭黑。

38、在一些優選的實施方式中，所述環氧樹脂組合物的導熱率為2.0w/m·k以上。

39、更優選的，所述環氧樹脂組合物滿足以下條件a～c中的一種或多種：

40、a.導熱率為2.2-2.5w/m·k；

41、b.凝膠化時間為20-40秒，測試條件為175℃；

42、c.螺旋流動長度為10-20英寸，測試條件為175℃下固化90秒。

43、進一步優選的，所述環氧樹脂組合物同時滿足條件a～c。

44、本發明第二方面提供了一種高導熱環氧樹脂組合物的制備方法，所述環氧樹脂組合物的制備步驟包括：

45、1)分別對環氧樹脂、酚醛樹脂進行粉碎，粉體分裝、密封，備用；

46、2)混合除環氧樹脂、酚醛樹脂外的原料，加入粉碎后的環氧樹脂和酚醛樹脂，混合均勻；

47、3)對步驟2)所得物料進行混煉擠出，冷卻，得到環氧樹脂組合物產物。

48、在一些優選的實施方式中，所述環氧樹脂組合物的制備步驟包括：

49、1)低溫條件下分別對環氧樹脂、酚醛樹脂進行粉碎，粉體分裝、密封，低溫下保存備用；

50、2)低溫條件下將無機填料、固化促進劑、添加劑分批加入高速攪拌機中混合，然后加入粉碎后的環氧樹脂和酚醛樹脂，混合均勻；

51、3)將步驟2)所得物料轉移至擠出機中混煉擠出，冷卻后粉碎，得到環氧樹脂組合物產物。

52、優選的，所述步驟1)使用樹脂粉碎機進行粉碎。

53、優選的，所述步驟1)和步驟2)的低溫條件均為25℃以下，更優選為10-20℃，最優選為15℃。

54、在一些實施方式中，所述擠出機包括單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機；優選的，所述擠出機為雙螺桿擠出機。

55、優選的，所述擠出的溫度為90-120℃，更優選為95-105℃。

56、優選的，所述環氧樹脂組合物產物放置于低于5℃的低溫環境密封保存。

57、本發明第三方面提供了一種高導熱環氧樹脂組合物的應用，所述環氧樹脂組合物應用于電子封裝領域，尤其適用于to-220f封裝。

58、to-220f封裝是一種直插式的封裝形式，專為大功率晶體管、中小規模集成電路等設計。to-220f封裝的金屬片(散熱片)與器件的內部結構緊密接觸，可以有效地將內部產生的熱量傳導到外部環境。這種設計使得器件在高功率應用場景下能夠保持較低的工作溫度，從而提高其穩定性和可靠性。而目前的to-220f在散熱性能上相較to-220ac封裝仍有一定差距。本發明通過向環氧塑封材料中添加球狀結晶二氧化硅，賦予封裝材料展現出了卓越的導熱性能。這種提升不僅滿足了高功率應用場景下的散熱需求，還有效延長了電子元器件的使用壽命，降低了因過熱而導致的故障率，應用前景廣闊。

59、有益效果：

60、本發明提供一種高導熱環氧樹脂組合物及其制備方法和在to-220f封裝中的應用，具有以下優點：

61、(1)提升導熱性能：通過向環氧塑封材料中添加球狀結晶二氧化硅，本發明的電子元器件封裝材料展現出了卓越的導熱性能。這種提升不僅滿足了高功率應用場景下的散熱需求，還有效延長了電子元器件的使用壽命，降低了因過熱而導致的故障率。

62、(2)優化材料結構：本發明通過精確控制球狀結晶二氧化硅的添加量和分散度，優化了環氧塑封材料的內部結構。這種優化使得材料在保持高熱導率的同時，還具備了良好的機械性能和加工性能，為電子元器件的制造和封裝提供了更多便利。

63、(3)提高生產效率：由于添加了球狀結晶二氧化硅的環氧塑封材料具有優異的流動性和成型性，因此在實際生產過程中，可以顯著提高電子元器件的封裝效率。這不僅降低了生產成本，還縮短了產品生產周期，具有積極的經濟效益。

64、(4)拓展應用領域：本發明的電子元器件封裝材料因其出色的導熱性能和絕緣性能，在汽車、工業以及消費品等多個領域都展現出了廣泛的應用前景。尤其適用于to-220f封裝等高功率、高散熱需求的場景中，該材料將發揮更加重要的作用，推動相關產業的快速發展。

65、(5)滿足量產需求：本發明通過特定的環氧樹脂、酚醛樹脂與球狀結晶二氧化硅等原料復配，能夠顯著提升材料導熱性能；原料易得且配方簡單，工藝簡便，操作簡單，能夠滿足批量生產的要求。