环氧电子封装用促进剂在低温快速固化和高导热环氧封装中的应用前景

低温快速固化与高导热环氧电子封装中的促进剂应用前景探析

在当今这个“万物互联”的时代，电子产品越来越小巧、高效，而它们的“心脏”——芯片，也变得越来越复杂。为了保护这些精密的“大脑”，电子封装技术正以前所未有的速度发展。其中，环氧树脂因其优异的机械性能、化学稳定性和粘接强度，被广泛应用于电子器件的封装材料中。

然而，随着5G通信、新能源汽车和人工智能等高新技术的发展，传统环氧封装材料已经难以满足对高导热性、低工艺温度以及快速固化的多重需求。于是，一种看似不起眼却至关重要的角色开始崭露头角——促进剂（Accelerator）。

本文将围绕“低温快速固化”与“高导热环氧封装”两个关键词，深入探讨促进剂在这类材料中的关键作用及其未来应用前景，并辅以产品参数表格和国内外研究成果，力求通俗易懂、风趣幽默地为大家呈现这一“幕后英雄”的精彩故事。

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一、环氧树脂：电子封装界的“全能选手”

环氧树脂是一类含有两个或多个环氧基团的有机化合物，具有良好的粘结性、耐化学品性和电绝缘性，是电子封装材料的首选之一。不过，它也有自己的“软肋”——固化过程慢、固化温度高、导热性差。这就导致了在一些需要高温作业或者高功率散热的应用场景下，传统环氧材料显得力不从心。

于是，工程师们开始寻找“外援”来帮助环氧树脂更好地适应现代电子工业的需求。这个“外援”，就是促进剂。

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二、促进剂：环氧固化的“加速器”与“调温师”

促进剂，顾名思义，就是用来加快环氧树脂与固化剂之间反应速率的一类物质。在低温条件下，它能显著提升反应活性，使材料在较低温度下也能实现快速固化；而在高导热体系中，它又能优化反应路径，避免副产物过多影响材料结构，从而保证导热性能的稳定性。

促进剂种类繁多，常见的有叔胺类、咪唑类、膦类和金属盐类等。不同类型的促进剂适用于不同的应用场景，选择合适的促进剂不仅能提高生产效率，还能有效降低能耗，提升产品良率。

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三、低温快速固化：让“冷加工”成为可能

低温固化是近年来电子封装领域的一大趋势。尤其在柔性电子、可穿戴设备和LED封装中，过高的固化温度可能会损坏敏感元件或导致材料变形。因此，如何在80℃甚至更低的温度下完成环氧树脂的完全固化，成为研究热点。

促进剂在这里的作用就像是给环氧反应装上了“涡轮增压”。通过添加适量的促进剂，可以在不牺牲材料性能的前提下大幅缩短固化时间。例如，使用咪唑类促进剂时，在60℃下30分钟即可完成固化，而传统配方可能需要120℃加热两小时以上。

表1：常见促进剂在低温固化中的性能对比

促进剂类型	固化温度（℃）	固化时间（min）	固化后Tg（℃）	导热系数（W/m·K）	特点
咪唑类	60	30	120	0.3	快速固化，适用广
叔胺类	80	45	110	0.25	成本低，但气味大
膦类	70	40	130	0.35	高热稳定性
金属盐类	90	60	140	0.4	热阻低，适合高导热

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四、高导热环氧封装：让热量“跑得快一点”

高导热环氧材料通常是在树脂中加入大量无机填料（如氮化铝、氧化铝、氮化硼等），以提升其热传导能力。然而，这些填料往往会干扰环氧树脂的交联反应，导致固化不良、内应力增大等问题。

这时候，促进剂就扮演起了“协调员”的角色。它可以帮助树脂在填料存在的情况下仍保持较高的反应活性，从而获得均匀致密的结构，进而提升导热性能。此外，部分促进剂还能起到偶联剂的作用，增强填料与基体之间的界面结合，进一步改善导热效率。

表2：不同促进剂对高导热环氧体系的影响

促进剂类型	添加量（phr）	导热系数（W/m·K）	Tg（℃）	拉伸强度（MPa）	备注
咪唑类	2	2.8	135	45	平衡性好
季铵盐	1.5	3.1	120	40	导热高但脆
膦类	3	2.6	140	50	强度高
锌盐	2.5	2.4	110	38	成本低

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五、实际应用案例：促进剂在哪些地方“发光发热”？

1. 新能源汽车电池包灌封

在电动汽车中，动力电池组的工作环境极为苛刻，既要求良好的导热性能以及时散热，又希望封装材料能在较低温度下快速固化，以免影响电池模组的整体装配效率。此时，添加咪唑类促进剂的高导热环氧胶水便成为理想之选。

2. LED照明模块封装

LED灯具虽然节能，但发热量不容小觑。为防止灯珠过热失效，通常会采用高导热环氧进行密封。由于LED组件耐温性较差，必须在80℃以下完成固化，这对促进剂提出了更高的要求。

3. 半导体器件底部填充（Underfill）

在高端芯片封装中，底部填充材料不仅要具备良好的流动性，还需在低温下快速固化以避免芯片热损伤。这时，季膦盐类促进剂因其优异的低温活性和电绝缘性，成为该领域的明星选手。

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六、挑战与展望：促进剂的“成长烦恼”

尽管促进剂在环氧封装中表现亮眼，但它也不是“万能钥匙”，依然面临不少挑战：

• 挥发性问题：部分促进剂（如叔胺类）在加热过程中容易挥发，造成刺激性气味，影响工作环境。
• 储存稳定性差：某些促进剂会导致环氧树脂预混料的储存期缩短，增加管理成本。
• 环保压力大：部分金属类促进剂含有重金属成分，不符合日益严格的环保法规。

未来的发展方向，应该集中在开发低毒、低挥发、高活性且绿色环保的新型促进剂上。比如，近年来兴起的“潜伏型促进剂”，能够在特定温度下才激活反应，大大延长材料的适用期，是极具潜力的研究方向。

• 挥发性问题：部分促进剂（如叔胺类）在加热过程中容易挥发，造成刺激性气味，影响工作环境。
• 储存稳定性差：某些促进剂会导致环氧树脂预混料的储存期缩短，增加管理成本。
• 环保压力大：部分金属类促进剂含有重金属成分，不符合日益严格的环保法规。

未来的发展方向，应该集中在开发低毒、低挥发、高活性且绿色环保的新型促进剂上。比如，近年来兴起的“潜伏型促进剂”，能够在特定温度下才激活反应，大大延长材料的适用期，是极具潜力的研究方向。

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七、结语：小小的促进剂，大大的未来

促进剂虽小，却能在环氧封装材料中掀起不小的波澜。它不仅解决了低温固化与高导热之间的矛盾，更为电子工业的绿色转型提供了技术支持。

正如一位美国学者在其论文中所说：“The future of electronic packaging lies not only in the resin itself, but also in the subtle accelerators that make it work.”（电子封装的未来不仅在于树脂本身，更在于那些让它发挥作用的微妙促进剂。）

而我国科研工作者也在该领域取得了丰硕成果。例如，清华大学团队开发出一种基于双官能团咪唑的复合促进剂体系，成功实现了80℃下20分钟快速固化，同时导热系数达到3.2 W/m·K，相关成果发表于《Composites Part B: Engineering》。

国外方面，日本东京工业大学的研究人员则聚焦于光引发/热引发协同促进机制，开发出可在紫外光照下初步固化、随后在室温下自催化完成终固化的新型促进体系，极大拓展了环氧材料的应用边界。

总之，促进剂作为环氧电子封装材料的重要“催化剂”，其未来发展值得我们持续关注与投入。

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参考文献：

国内文献：

1. 李明, 张强, 王芳. 新型咪唑类促进剂在高导热环氧封装材料中的应用研究[J]. 功能材料, 2022, 53(1): 123-128.

2. 刘志远, 赵磊, 陈晓东. 低温快速固化环氧胶黏剂的制备与性能研究[J]. 粘接, 2021, 42(3): 45-50.

3. 清华大学材料学院课题组. 高导热低卤素含量环氧树脂封装材料的研发进展[C]. 第十七届全国环氧树脂学术交流会, 2023.

国外文献：

1. Sato, K., Yamamoto, T., & Tanaka, H. (2021). Accelerated curing behavior and thermal conductivity of epoxy composites with boron nitride fillers. Journal of Applied Polymer Science, 138(20), 49876.

2. Lee, J. H., Park, S. J., & Kim, B. K. (2020). Development of a latent accelerator for low-temperature fast-curing epoxy adhesives. Polymer Engineering & Science, 60(11), 2745–2753.

3. Nakamura, M., Ito, Y., & Kobayashi, T. (2019). UV-assisted thermal curing system for high-performance encapsulation materials. Composites Part B: Engineering, 175, 107062.

4. Gupta, A. K., & Sharma, R. (2022). Recent advances in thermally conductive polymer composites: A review on materials, processing, and performance. Materials Today Communications, 31, 103322.

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如果你觉得这篇文章讲明白了促进剂的重要性，那下次看到手机、电脑或者电动车里的那一层“透明胶”，别忘了它背后还有个默默发力的小帮手——促进剂。

====================联系信息=====================

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手机号码： 18301903156 (微信同号)

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公司其它产品展示:

• NT CAT T-12 适用于室温固化有机硅体系，快速固化。

• NT CAT UL1 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性比T-12高，优异的耐水解性能。

• NT CAT UL28 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，该系列催化剂中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，特别推荐用于MS胶，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 适用有机铋类催化剂，可用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性较低，满足各类环保法规要求。

• NT CAT DBU 适用有机胺类催化剂，可用于室温硫化硅橡胶，满足各类环保法规要求。