欧盟在2000年6月已完成了电气及电子设备废弃物处理法(Waste Electrical and Electronic Equipment,WEEE)第5版修正草案,对于无卤环保电子材料加以规范,明确规定多溴联苯(PBB)以及多溴联苯醚(PBDE)等化学物质2008年1月1日禁止使用。环氧树脂复合材料由于其许多突出的特性,如较好的热稳定性、绝缘性、粘附性、良好的力学性能、优良的成型工艺性能以及较低的成本等,广泛应用于电子元器件的粘接、封装以及印制线路板(PWBS)的制作等领域,进而成为目前最为重要的电子化学材料之一,它包括环氧塑封料(EMC)、PWBS基体材料、电子元件的粘接材料(导电胶、导热胶、贴片胶)等多种类型。面对欧盟绿色指令,传统环氧复合物在诸多方面面临着巨大的挑战。
同许多其它有机高分子材料一样,环氧树脂也易于燃烧,因此在使用过程中通常都要加入阻燃剂。专家介绍说,目前所使用的阻燃剂绝大多数是卤素衍生物或含锑阻燃剂等,卤系阻燃剂的存在会导致很多问题,当其燃烧时会产生对人体和环境危害的有毒气体,如二嗯英(dioxin)、苯并呋喃(benzofuran)等,这些有毒气体可能引起人体新陈代谢失常而造成紧张、失眠、头痛、眼疾、动脉硬化、肝脏肿瘤等病状,动物实验发现会导致癌症[2]。另一方面,处理或回收这些含卤废料也相当困难,因此含卤阻燃剂的使用受到了很大限制。
这种限制也就是欧盟绿色指令的挑战。首先是来自无铅焊料的挑战,专家介绍,自然界中的酸雨会把焊锡中的含铅材质溶解出来,经由食物及饮水而会使铅会在人体内积累,引起重金属污染进而危害到人体健康,因此含铅助剂也成为欧盟WEEE严禁使用的品种。所以在符合环保需求下,无铅焊料的开发已成为必然趋势。目前开发的无铅焊料的熔点相对较高,因此再流焊峰值温度也从目前含铅焊料的230~245℃升高到250~265℃。二是来自封装工艺的挑战。近年来半导体封装技术领域内正经历着2次重大变革,并蕴藏着第3次变革。第1次变革出现在20世纪70年代初期,其典型特征在于封装形式从插入式(如DIP)向表面贴装式(如QFP)转变;第2次变革出现在20世纪90年代中期,其典型特征在于从四边引脚型表面贴装(如QFP)向平面阵列型表面贴装(如BGA)的转变。而出现于21世纪初期的第3次变革已初露端倪,其以芯片尺寸封装(CSP)、三维叠层封装以及全硅圆片型封装为典型特征。在这3次变革过程中,封装材料所扮演的角色将越来越重要,其已被视为挖掘集成电路极限(最优)性能的决定性因素。新型封装技术的发展对于环氧塑封料提出了如下的基本性能要求:高耐热性、低吸潮性、低应力以及低成本。传统环氧塑封料很难同时满足上述要求,因此研制开发高性能环氧塑封料已势在必行。
针对上述挑战国内人们尝试了大量的工作,但做得还不够。专家表示,根据近年来国内外在环境友好型无卤、无锑、无磷环氧树脂复合物(epoxy-resin compound)研究与开发方面的最新进展,我国应加快开发苯酚—芳烷基型自熄性环氧树脂复合物的研究,更好地面对国外相关电子化学材料绿色门坎的强力冲击,以及来自全球范围内日益高涨的环境保护需求,发展具有自主知识产权的新一代环氧树脂复合物产品已是刻不容缓,而且具有十分重要的意义。
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