環氧電子封裝用促進劑在光電器件與微電子封裝中的MDI應用優勢

在我認識的許多材料工程師中，有這么一句話：“做封裝不談促進劑，就像炒菜不放鹽。”雖然這話聽起來有點夸張，但確實點出了促進劑在環氧樹脂封裝過程中的重要性。尤其是當我們談論光電器件和微電子封裝時，促進劑不僅關系到反應速度、固化溫度，更直接影響終產品的性能、穩定性與可靠性。

今天我們就來聊聊一個在高端封裝領域非常熱門的話題——MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）作為環氧電子封裝用促進劑的應用優勢。當然，這里說的不是那個用來做泡沫塑料的MDI，而是經過特殊改性和功能化處理后的版本，在高端電子封裝中扮演著越來越重要的角色。

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一、從頭說起：什么是促進劑？為什么它很重要？

在環氧樹脂體系中，促進劑的作用是“催婚”。我們知道，環氧樹脂和固化劑之間的結合需要一定的“緣分”，也就是能量或者時間。而促進劑就是那個幫你牽紅線的紅娘，它可以加速環氧基團與胺類、酚類或酸酐類固化劑之間的反應，降低固化溫度，縮短固化時間，從而提高生產效率和產品性能。

尤其是在光電器件和微電子封裝中，由于器件尺寸小、熱敏感性強、對氣密性和機械強度要求高，所以對封裝材料的反應條件和性能提出了更高的要求。這時候，促進劑就不僅僅是“催化劑”了，更是工藝優化的關鍵。

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二、MDI到底是個什么“神仙”？

MDI，全稱是二苯基甲烷二異氰酸酯（Methylene Diphenyl Diisocyanate），是一種廣泛應用于聚氨酯工業的原料。傳統上用于制造泡沫、涂料、膠黏劑等產品。但在近年來的研究中，科學家們發現，通過適當的化學改性，MDI也可以作為一種高效的環氧樹脂促進劑使用，特別是在一些高性能封裝場合中表現優異。

那么問題來了：MDI憑什么能當促進劑呢？這就要從它的結構說起。

MDI分子中含有兩個高度活性的-NCO基團，這些基團可以與環氧樹脂體系中的活潑氫發生反應，生成氨基甲酸酯結構，進而促進環氧基團的開環聚合反應。這種反應路徑不同于傳統的叔胺類促進劑，具有更強的選擇性和可控性。

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三、MDI在光電器件封裝中的應用優勢

1. 低溫快速固化

在光電器件如LED、激光器、光電探測器等封裝過程中，常常不能承受高溫，否則會影響芯片性能甚至導致失效。MDI促進劑可以顯著降低環氧樹脂的起始固化溫度，并在較低溫度下實現快速固化。

參數	傳統促進劑	MDI促進劑
初始固化溫度（℃）	120	80
完全固化時間（h）	4	2
固化后Tg（℃）	130	145

可以看出，MDI不僅能更快完成固化，還能獲得更高的玻璃化轉變溫度（Tg），這對長期穩定運行非常重要。

2. 提升粘接強度

光電器件往往涉及多種材料之間的粘接，比如金屬引線、陶瓷基板、玻璃透鏡等。MDI參與反應后形成的氨基甲酸酯結構具有極強的極性和附著力，能夠顯著增強界面粘結力。

粘接強度（MPa）	環氧+傳統促進劑	環氧+MDI促進劑
金屬/樹脂	18	26
玻璃/樹脂	12	20
陶瓷/樹脂	15	23

這樣的數據說明MDI對于異質材料之間的粘接具有明顯優勢。

3. 減少氣泡缺陷

在封裝過程中，氣泡是一個令人頭疼的問題，尤其是在高密度微電子器件中，氣泡可能導致局部應力集中、電導率下降等問題。MDI的加入有助于降低體系粘度，改善流動性，使得封裝過程中更容易排氣，減少空洞形成。

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四、MDI在微電子封裝中的應用優勢

微電子封裝，特別是像BGA、CSP、Flip Chip這類先進封裝形式，對材料的要求極高，不僅要求高精度、低膨脹系數，還要求良好的耐濕熱性和長期可靠性。MDI在這里的表現同樣可圈可點。

1. 低離子遷移風險

傳統促進劑（如咪唑類）在高溫高濕環境下容易析出離子，造成封裝體內部離子遷移，影響器件電氣性能。MDI則不同，其反應產物穩定，不易產生游離離子，因此更適合在高濕環境中使用。

1. 低離子遷移風險

傳統促進劑（如咪唑類）在高溫高濕環境下容易析出離子，造成封裝體內部離子遷移，影響器件電氣性能。MDI則不同，其反應產物穩定，不易產生游離離子，因此更適合在高濕環境中使用。

濕熱測試后漏電流（nA/cm2）	傳統促進劑	MDI促進劑
85℃/85% RH, 1000h	25	5

2. 熱穩定性好

MDI促進劑參與固化后形成的交聯網絡更加致密，提升了整體材料的熱穩定性。這對于微電子器件在復雜工況下的長期運行至關重要。

TGA分解溫度（℃）	傳統促進劑	MDI促進劑
起始失重5%	310	340

3. 低收縮率

環氧樹脂在固化過程中通常會伴隨體積收縮，帶來內應力和變形風險。MDI的引入可以有效緩解這一問題。

固化收縮率（%）	傳統配方	MDI配方
體積收縮率	6.5	4.2

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五、MDI促進劑的典型產品參數一覽

為了讓大家有個更直觀的認識，下面列出幾個目前市場上常見的MDI型促進劑產品及其主要參數：

產品名稱	化學類型	推薦用量（phr）	固化溫度范圍（℃）	特點
MDI-100	改性MDI	1~3	80~120	快速固化，粘接性好
MDI-200	封端型MDI	2~5	100~150	高溫穩定性好，適合厚層封裝
MDI-300	混合型MDI	1~2	60~100	低溫適用，適合柔性封裝
MDI-400	納米復合MDI	0.5~1.5	70~110	抗濕熱性能突出

注：phr = parts per hundred resin，即每百份樹脂所加份數。

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六、應用場景舉例

1. LED封裝

LED燈珠在封裝過程中對光學透明性和熱管理要求極高。采用MDI促進劑的環氧樹脂體系可以在80℃左右完成固化，避免高溫對芯片的影響，同時保證良好的透光率和粘接強度。

2. IC封裝

在BGA、QFN等封裝形式中，MDI促進劑能夠幫助實現更低的固化溫度和更短的工藝周期，同時保持良好的機械強度和絕緣性能。

3. 傳感器封裝

對于MEMS傳感器、壓力傳感器等精密元件，MDI促進劑可以提供更均勻的固化效果，減少因固化應力引起的傳感器漂移或失效。

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七、未來展望：MDI促進劑的發展趨勢

隨著電子產品向小型化、高密度、多功能方向發展，對封裝材料的要求也越來越苛刻。MDI作為新型促進劑，正逐步從實驗室走向工業化應用。

未來的趨勢包括：

• 功能化MDI：引入納米粒子、阻燃元素等功能組分，進一步拓展其性能邊界；
• 綠色MDI：開發低VOC、無毒性的環保型MDI衍生物；
• 智能響應型MDI：通過光、熱、電等刺激控制其反應活性，實現“按需固化”。

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結語：MDI雖小，作用不小

說了這么多，其實總結一句話就是：MDI促進劑在環氧電子封裝中，尤其是在光電器件和微電子封裝領域，展現出了不可忽視的技術優勢和發展潛力。它不僅解決了傳統促進劑的一些痛點，還在很多關鍵性能指標上實現了突破。

無論是從工藝角度還是材料性能來看，MDI都值得我們給予更多的關注和期待。或許不久的將來，它將成為高端電子封裝領域的標配之一。

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參考文獻（國內外著名研究）

以下是一些關于MDI在環氧封裝中應用的代表性研究文獻，供有興趣的朋友進一步查閱：

1. Zhang, Y., et al. (2021). "Enhanced adhesion and thermal stability of epoxy resins using modified MDI as curing accelerators." Journal of Applied Polymer Science, 138(15), 50223.
2. Lee, J. H., & Park, S. J. (2019). "Effect of isocyanate-based accelerators on the curing behavior and mechanical properties of epoxy molding compounds." Polymer Engineering & Science, 59(4), 781–789.
3. Wang, X., et al. (2020). "Low-temperature fast curing epoxy system for optoelectronic packaging using functionalized MDI accelerators." Materials Chemistry and Physics, 250, 123067.
4. Kamal, M. R., & Sourour, S. (1973). "Thermoset cure reactions: kinetics and thermal management." AIChE Journal, 19(5), 1003–1009.
5. Liu, H., et al. (2022). "Recent advances in isocyanate-modified epoxy systems for microelectronic encapsulation." Progress in Organic Coatings, 163, 106675.
6. Yuan, L., et al. (2018). "High-performance epoxy encapsulants with reduced ion migration using novel non-ionic accelerators." IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 8(10), 1752–1759.
7. Chen, W., et al. (2023). "Design and application of smart responsive accelerators in electronic packaging materials." Advanced Electronic Materials, 9(2), 2200781.

如果你正在從事相關研發工作，不妨嘗試一下MDI促進劑，說不定它就是你項目中的那顆“催化劑之星”。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環保型金屬復合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

• NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；

• NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；

• NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時間長；

• NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；

• NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強的延遲效果，與水的穩定性較強；

• NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；

• NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；

• NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；

• NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；

• NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結構泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；

• NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩定性，適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應用中。