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研究生: 劉佳鑫
Liu, Jia-Xin
論文名稱: Epoxy/SiO2奈米混成材料製備及其在光電封裝應用之研究
Preparation Epoxy/SiO2 Nanocomposites and Application It to Opto-electronic Molding Compound
指導教授: 鍾賢龍
Chung, Xian-Long
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 奈米複合材料光電封裝微乳化環氧樹脂/二氧化矽
外文關鍵詞: Epoxy/SiO2, Nanocomposites, Opto-electronic Molding Compound, microemulsion
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  •   本研究以奈米級二氧化矽作為填充劑添加入Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)環氧樹脂,探討環氧樹脂/二氧化矽混成奈米複合材做為光電封裝材料之可行性研究。研究中考量 Epoxy/SiO2混成材之加工黏度和混成材料固化後之透光性、抗濕性、熱機械性質、耐熱性等性質。二氧化矽粉體的來源為市售及自行以微乳化法合成,並對粉體表面以矽氧烷偶合劑進行改質,使填充劑與環氧樹脂有良好的界面接著強度,以發揮填充劑最佳的功效。實驗中改變不同添加含量,探討二氧化矽微粒添加量與奈米複合材性質的關係。此奈米複合材在不影響光學特性下,將其應用在高透光性光電元件之封裝,降低封裝材之水氣和氣體之滲透率、提昇材料之熱穩定性、降低材料之熱膨脹係數以減少熱應力和提昇其機械性質等特性。利用微乳化法製備二氧化矽微粒時,高轉速攪拌下所製得粉體粒徑較低轉速下略小且反應速率亦較為快。複合材之透光性以小粒徑填充劑透光性質較佳,且經過Aminopropyltrimethoxysilane偶合劑改質過之粉體,與環氧數脂界面接著強度較好,透光性佳且亦降低材料之熱膨脹係數;但是Aminopropyltrimethoxysilane末端是胺基,屬於叫親水性基團,在吸濕性質表現顯著較差。耐熱性方面,以較大粒徑二氧化矽微粒或高含量二氧化矽填充劑中提升效果最為顯著。

     In this study, the nano-silica particles as a filler were added to Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) in order to form the opto-electronic molding compound. Its characteristics such as viscosity, optical properties, humidity resistance, coefficient of thermal expansion (CTE) and thermal mechanical properties would be discussed. As for the silica particles, they were obtained in two ways: some were purchased and the rest were synthesized by the microemulsion method. The surface of silica particles was treated with silane to enhance the bonding between the filler and epoxy. The relationship between filler content and compound properties was also investigated in the study. Thus, adopting the epoxy/silica hybrid materials as opto-electronic molding compounds can achieve a better mechanical property, decrease CTE, improve thermal stability, resist humidity, and meet optical requirement. By the microemulsion method, silica could be produced; furthermore, at a higher stirring speed, the higher reaction rate could be observed in the process and the smaller silica particles appeared at the end of the reaction. The results show that the opto-electronic molding compounds were more transparent when the silica particles of a smaller size were used. The particles modified by aminopropyltrimethoxysilane have stronger bonding with epoxy in terms of viscosity, transparency and CTE. However, aminopropyltrimethoxysilane possesses a hydrophilic amino group, so the moisture absorption is poorer.

    中文摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 總目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅵ 圖目錄 Ⅶ 第一章 緒論 01 1-1 前言 01 1-2 研究背景 02 1-3 實驗目的 03 第二章 文獻回顧 06 2-1 二氧化矽 06 2-2 SiO2奈米微粒子製備方法 08 2-2.1 火焰法 08 2-2.2 溶膠凝膠法 11 2-2.3 微乳化法 16 2-2.3.1 界面活性劑 16 2-2.3.2 微乳化系統 18 2-3 環氧樹脂 26 2-3.1 環氧樹脂簡介 26 2-3.2 環氧樹脂應用於封裝材 28 2-4有機/無機混成材料簡介 環氧樹脂 29 第三章 實驗設備與步驟 32 3-1 藥品與儀器 32 3-1.1 藥品 32 3-1.2 儀器 34 3-2 實驗步驟 35 3-2.1 微乳化法製備二氧化矽 35 3-1.2 二氧化矽的改質 38 3-1.3 二氧化矽/環氧樹脂混成材料製備 39 3-3 結構與物性分析 41 第四章 結果與討論 44 4-1 微乳化法合成二氧化矽 44 4-2 二氧化矽粉體表面改質 44 4-3 Epoxy/SiO2混成材之微觀型態 46 4-3.1 Epoxy/SiO2混成材之流變性質 47 4-3.2 Epoxy/SiO2混成材之吸濕性質分析 48 4-3.3 Epoxy/SiO2混成材耐熱性質分析 49 4-3.4 Epoxy/SiO2混成材UV-VIS透光性質分析 50 4-3.5 Epoxy/SiO2混成材熱機械性質(TMA)分析 50 第五章 結論 94 參考文獻 96 自述 99 表目錄 表1-1 有機材料無機材料二者物性的比較 05 表2.1 二氧化矽粉體之應用 07 表2.2 奈米粒子製備 09 表2.3 常用到於以微乳化法製備二氧化矽的界面活性劑 19 表3.1 JEDEC吸濕規範 43 表4.1 FT-IR各官能基吸收波數 60 表4.2 Solid State 29Si NMR 各吸收峰化學位移值 65 表4.3 Epoxy/ SiO2混成材料硬化前之黏度變化 77 表4.4以M-A及S-A粉體為填充劑最終吸濕率 84 表4.5 S-A粉體之不同silica含量的Epoxy/SiO2混成材料熱機械性質分析 93 表4.6 M-A粉體之不同silica含量的Epoxy/SiO2混成材料熱機械性質分析 93 表4.7 Epoxy/SiO2混成材以不同偶和劑改質粉體之熱機械性質分析 93 圖目錄 圖2.1 PH值對矽烷架橋結構及型態影響 15 圖2.2 四大類型界面活性劑結構 17 圖2.3 水與界面活性劑之量對逆微胞大小的影響 20 圖2.4 TEOS擴散進入逆微胞水解步驟 23 圖2.5 逆微胞系統中二氧化矽成核步驟 24 圖2.6逆微胞系統中二氧化矽成長步驟 25 圖3.1 微乳化法製備二氧化矽粉體流程圖 37 圖3.2 二氧化矽粉體改質過程 38 圖3.3 SiO2/Epoxy混成材料製備方法 40 圖4.1 微乳化法製備二氧化矽粉體之DLS圖(攪拌速率1200 rpm)…...53 圖4.2 微乳化法製備二氧化矽粉體之DLS圖(攪拌速率400 rpm) 54 圖4.3 微乳化法製備二氧化矽粉體之DLS圖(攪拌速率60 rpm) 55 圖4.4 微乳化法製備二氧化矽粉體之TEM圖(攪拌速率1200 rpm) 56 圖4.5 微乳化法製備二氧化矽粉體之TEM圖(攪拌速率400 rpm) 57 圖4.6 微乳化法製備二氧化矽粉體之TEM圖(攪拌速率60 rpm) 58 圖4.7 微乳化法製備二氧化矽粉體之SEM圖 (攪拌速率400 rpm) 59 圖4.8 AE200粉體改質前後FT-IR光譜圖 61 圖4.9 微乳化法合成粉體改質前後FT-IR光譜圖 62 圖4.10 Si化合物結構型態示意圖 63 圖4.11 AE200未經過改質之29Si NMR圖 66 圖4.12 微乳化法合成粉體未經過改質之29Si NMR圖 67 圖4.13 M-A粉體之29Si NMR圖 68 圖4.14 S-A粉體之29Si NMR圖 69 圖4.15 S-G粉體之29Si NMR圖 70 圖4.16 S-I粉體之29Si NMR圖 71 圖4.17 S-V粉體之29Si NMR圖 72 圖4.18市售R974粉體SEM圖 73 圖4.19市售R974粉體TEM圖 74 圖4.20市售AE200粉體SEM圖 74 圖4.21 直接攪拌製得混成材之破裂面SEM及其Si Mapping圖 75 圖4.22 加溶劑攪拌製得混成材之破裂面SEM及其Si Mapping圖 76 圖4.23 S粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 78 圖4.24 S-A粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 79 圖4.25 S-G粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 80 圖4.26 S-V粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 81 圖4.27 S-I粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 82 圖4.28 M-A粉體不同添加量時Epoxy/SiO2混成材料之吸濕率 83 圖4.29 Epoxy/SiO2混成材以不同偶合劑改質粉體之吸濕率 85 圖4.30 R粉體之不同silica含量的Epoxy/SiO2之耐熱性分析 86 圖4.31 S粉體之不同silica含量的Epoxy/SiO2之耐熱性分析 87 圖4.32 S-A與M-A 粉體之不同silica含量的Epoxy/SiO2之耐熱性分析 88 圖4.33 R粉體在不同silica含量時之Epoxy/SiO2UV-VIS穿透率 89 圖4.34 不同偶合劑改質粉體之Epoxy/SiO2UV-VIS穿透率 90 圖4.35 S-A與M-A粉體之Epoxy/SiO2 UV-VIS穿透率 91 圖4.36 S粉體之Epoxy/SiO2熱機械性質分析 92

    1. 林唯芳,〝有機無機攙合材料〞,塑膠資訊NO.60(1989)p 4-9。
    2. C. L. Soles, F. T. Chang, D. W. Gidley, and A. F. Yee, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 38, 776(2000)
    3. M. G. Lu, M. J. Shim, and S. W. Kim. Polym. Sci.,81, 2253(2001)
    4. M. G. Lu, H. K. Choi, H. K. Lee, and S. W. Kim. Polym. J., 33, 49(2001)
    5. V. H. Kenner, B. D. Harper, and V. Y. Itkin, J. Electron. Mater., 26, 821(1997)
    6. Z. G. Wang, M. R. Xie, Y. F. Zhao, and S. B. Fang, polymer, 44, 923(2003)
    7. X. Huang, S. Lewis, W. J. Brittain, R. A. Vaia, Macromolecules, 33, 2000(2000)
    8. Z. Wang, T. J. Pinnavaia, Chen. Mater., 10,1820(1998)
    9. T. Lan, et al., Chem. Mater., 7, 2114(1995)
    10. T. Lan, et al., Chem. Mater., 6, 573(1994)
    11.謝添壽,工業材料,193,153(2003)
    12.曾科博,化學機械研磨用二氧化矽粉體之火焰製成開發,國立成功大學化學工程研究所碩士論文(1999)
    13.江易錫,火焰合成二氧化矽微粉之製成開發,國立成功大學化學工程研究所碩士論文(2000)
    14. Bergna, H. E. (ed), The colloidal Chemistry of silica, Advances in Chemistry Series 234, Am. Chem. Soc., Washington, DC, 1994
    15. Chang, C. and H. S. Fogler, Langmuir, 13, 3295(1997)
    16. Iler R. K. (ed), The Chemistry of Silica, Wiley, New York, 1979
    17. Osseo-Asare, K. and F. J. Arriagada, J. Colloids Interf. Sci. 170,8(1995)
    18. 汪建民,陶瓷技術手冊Ceramic technology handbook(1994)
    19. 莊萬發編撰,超微粒子理論應用,復漢出版社(1995)
    20. 蘇品書編撰,超微粒子材料技術,復漢出版社(1989)
    21. 丁原傑,無機有機混合溶凝膠配置與應用,化工,第46卷第5期,63-71,1999年10月
    22. Ben-Shaul, A., W. M. Gilbert and D. Pout, Micelles, Membrances, Microemulsions, and Monolayers, Springer-Verlag, New York, 1994
    23. Tadao, S., Fine particles: / synthesis, characterization, and mechanisms of growth, New York(1941)
    24. Osseo-Asare, K. and F. J. Arriagada, Colloids and Surface, 69, 105(1992)
    25. Osseo-Asare, K. and F. J. Arriagada, Colloids and Surface, 50, 321(1990)
    26. Osseo-Asare, K. and F. J. Arriagada, Ceram. Trans., 12, 3(1990)
    27. 謝承佑,氮化鋁粉體水解性質探討與抗濕技術開發,國立成功大學化學工程研究所碩士論文(2001)
    28. G. Schiavon, J. G. Kuchler, B Corain, and W. Hiller, Adv.Mater., 13, 310(2001)
    29. Y. Ou, F. Feng, and Z. Z. Yu, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 36, 789(1998)
    30. K. Haraguchi, Y. Usami, K. Yamamura, and S. Matsumoto, Polymer, 39, 6243(1998)
    31. C. J. Brinker, K. D. Keefer, D. W. Schaefer, C. S. Assink, J. Non-Cryst. Solids. 63, 45(1984)
    32. G. H. Hsiue, Y. L. Liu, and H. H. Liao, J. Polym. Sci., Part A : Polym. Chem., 39, 986(2001)
    33. L. Matejka, O. Dukh, J. Kolarik, Polymer, 41, 1449(2000)
    34. C. L. Chiang and C. C. M. Ma, Eur. Polym. J. ,38, 2219(2002)
    35. Z. Ahmad and J. E. Mark, Chem. Mater., 13, 3320(2001)
    36. M. Ochi, R. Takahashi, A. Terauchi, Polymer, 42, 5151(2001)
    37. L. Matejka, K. Dusek, J. Plestil, J. Kriz, and F. Lednicky, Polymer, 40, 171(1998)
    38. K. Ariga, Y. Lvov, I. Ichinose, and T. Kunitake, Appl. Clay Sci., 15,137(1999)
    39. G. M. Kim, H. Qin, X. Fang, F. C. Sun, and P. T. Mather, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 41, 3299()2003
    40. T. Matsumura, M. Ochi, and K. Nagater, J. Appl. Polym. Sci., 90, 1980(2003)
    41. Y. L. Liu, C. S. Wu, Y. S. Chiu, and W. H. Ho, J. Polym. Polum. Sci. Part A Polym. Chem., 41, 2354(2003)
    42. S. Kang, S. I. Hong, C. R. Choe, M. Park, S. Rim, and J. Kim, Polymer, 42, 879(2001)
    43. W. H. Weng, H. Cgen, S. p. Tasi, and J. C. Wu, J. Appl. Polym. Sci., 91, 532(2004)
    44. Osseo-Asare, K. and F. J. Arriagada, J. Colloid and Interface Sci., 211, 210-220(1999)
    45. C. J. Brinker, J. Non-Cryst. Solid. 100, 31-50(1988)
    46. B. Himmel, T. Gerber, and H. Burger, J. Non-crystal. Sol., 91, 122(1987)
    47. Effect of long and short Pb-free soldering profiles of IPC/JEDEC J-STD-020 on plastic SMD packages, Microelectronics Reliability, 44, 1293(2004)
    48. Martinek, K., Biochem. Intern.,18, 871(1989)
    49. T. Lan, et al., Chem. Mater., 7, 2144(1995)
    50. J. D. Kwon, P. H. Kim, and J. H. Keum, Solar Energy Materials and Solar Cells, 83, 311-321(2004)
    51. J. Wu, S. Yang, S. Gao, A. Hu, J. Liu, and L. Fan, European Polymer Journal, 41, 73-81(2005)
    52. 王春山,Polymer for Microelectrnoics,國立成功大學化工所(2003)
    53. W. F. Su, H. W Huang, and W. P. Pan, Thermochimica Acta, 391-394(2002)
    54 W. F. Su, H. W Huang, and W. P. Pan, Thermochimica Acta, 395-398(2002)

    下載圖示 校內:2006-08-18公開
    校外:2006-08-18公開
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