本发明涉及一种用于指纹传感器感应层的高介电环氧塑封料及其制备方法和应用。
背景技术：
越来越多的移动设备(包括智能手机)预计将嵌入指纹识别功能。由于蓝宝石玻璃具有高介电常数，因此广泛应用于现有电容式指纹识别传感器封装的指纹接触部分，然而蓝宝石玻璃存在难以让传感器封装更小、更纤薄、制造流程复杂度高的缺点，因此限制了其传感器灵敏度和封装性能的提升，而高介电常数的环氧树脂塑封料提供了另一种指纹传感器的封装途径，通过普通的IC封装工艺在指纹识别芯片表面形成一层坚固的匀质介电质保护层，起到增益放大电容信号的作用，该材料能够在减小指纹识别传感器的封装尺寸和厚度的同时依然能够保持指纹传感器优秀的分辨率和灵敏度。另外这种塑封料在满足高介电低损耗的同时，还要具有较低的热膨胀系数，以减小芯片、基板和塑封料之间热膨胀系数差异带来的界面应力，增加塑封器件的可靠性。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于指纹传感器感应层的高介电环氧塑封料，该高介电环氧塑封料不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，而且介电常数高、介电损耗较小、介电性能频率稳定性好，可用于指纹传感器封装领域。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高介电环氧塑封料。以该高介电环氧塑封料的总重量为100％计，其原料组成包括：
高介电填料(介电常数为10-1000)30％-70％、环氧树脂10％-50％、酚醛树脂10％-50％、固化剂10％-20％、促进剂0.1％-0.5％、偶联剂0.1％-1％、增韧剂1％-10％、脱模剂0.1％-0.5％和阻燃剂1％-10％，各组分的百分比之和为100％。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述高介电填料是通过以下步骤制备的：将二氧化硅(优选为低介电二氧化硅，介电常数为0.5-10)分散在水和乙醇的溶液中，加入钡前驱体和钛前驱体进行水热反应，得到沉淀，将沉淀进行洗涤、烘干后得到所述高介电填料。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述二氧化硅是粒径为50nm-20μm的球形二氧化硅，优选地，粒径为500nm-5μm。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述钡前驱体为氢氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、氯化钡中的一种或几种；所述钛前驱体为钛酸四丁酯、二氧化钛中的一种或两种。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述钡前驱体和钛前驱体摩尔比为(1.5-1.0)：1，二氧化硅与钛酸钡的摩尔比为1：(0.1-1)。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述水热反应的反应温度为100-250℃，优选为100-150℃；反应时间为1-10h，优选为2-5h。
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述环氧树脂为环己烷-1,2-二羧酸二缩水甘油酯、双酚A型环氧树脂E44、双酚S型环氧树脂、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述酚醛树脂为邻甲酚醛树脂、甲酚甲醛环氧树脂、叔辛基酚醛树脂中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述固化剂为四氢苯酐、酚醛树脂、双氰胺、4,4-二氨基二环己基甲烷中的一种或几种的混合，优选地，酚醛树脂的分子量为100-2000；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述促进剂为三苯基膦、1-氰乙基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基甲硅烷、烯丙基三甲基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述增韧剂为脂肪族聚醚多元醇、苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二辛酯、芳香族聚醚多元醇、二缩三乙二醇缩水甘油醚、磷酸三丁酯中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述脱模剂为硬脂酸蜡、聚乙烯蜡、天然石蜡中的一种或几种的混合；
在上述高介电环氧塑封料中，优选地，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化钛、氧化钙、硼酸锌、聚硅烷氧烷、聚磷酸铵、磷酸酯、三聚氰胺中的一种或者几种的混合。
本发明提供了上述环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
(a)将环氧树脂、酚醛树脂、高介电填料混合进行混炼；
(b)然后加入偶联剂、增韧剂、脱模剂和阻燃剂，继续混炼；
(c)最后加入固化剂和促进剂进行混炼，冷却至室温，经粉碎得到所述环氧塑封料。
在上述制备方法中，优选地，所述混炼的温度为100-150℃；所述混炼的时间为5-60min，优选为10-60min。
本发明还提供了上述高介电环氧塑封料在指纹传感器中的应用。
本发明制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取5.0g粒径为500nm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入0.5g钛酸四丁酯和0.5g氢氧化钡，搅拌均匀，100℃水热反应5h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取10g环己烷-1,2-二羧酸二缩水甘油酯、10g邻甲酚醛环氧树脂、53.75g高介电填料在110℃经双辊炼胶机混炼10min，然后加入0.5g烯丙基三甲基硅烷、5g苯二甲酸二丁酯、0.5g硬脂酸蜡和5g氧化钛在120℃混炼15min，最后加入15g四氢苯酐和0.25g 1-氰乙基-2-甲基咪唑100℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为25(1kHz)，损耗为0.02，热膨胀系数为CTE1:30ppm/℃，CTE2:60ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。
实施例2
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取10.0g粒径为5μm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入1g二氧化钛和0.5g硝酸钡，120℃水热反应2h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取10g 3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、10g叔辛基酚醛环氧树脂、53.75g高介电填料在150℃经双辊炼胶机混炼10min，然后加入0.5gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、5g磷酸三丁酯、0.5g天然石蜡和5g磷酸酯在100℃混炼10min，最后加入15g双氰胺和0.25g 2-乙基-4-甲基咪唑100℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为22(1kHz)，损耗为0.015，热膨胀系数为CTE1:25ppm/℃，CTE2:45ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。
实施例3
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取5.0g粒径为2μm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入0.5g二氧化钛和0.5g氢氧化钡，搅拌均匀150℃水热反应5h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取10g双酚A型环氧树脂E44、10g环氧甲酚酚醛树脂、53.95g高介电填料在150℃经双辊炼胶机混炼60min，然后加入0.5g三甲氧基甲硅烷、5g二缩三乙二醇缩水甘油醚、0.5g聚乙烯蜡和5g三聚氰胺阻燃剂在130℃混炼20min，最后加入15g 4,4-二氨基二环己基甲烷和0.25g三苯基膦110℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为20(1kHz)，损耗为0.015，热膨胀系数为CTE1:25ppm/℃，CTE2:55ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。
实施例4
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取10.0g粒径为800nm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入1g钛酸四丁酯和1g氢氧化钡，搅拌均匀，100℃水热反应2h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取8g3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、8g邻甲酚醛环氧树脂、57.75g高介电填料在120℃经双辊炼胶机混炼20min，然后加入0.5g十八烷基三甲氧基硅烷、5g二缩三乙二醇缩水甘油醚、0.5g聚乙烯蜡和5g氢氧化镁阻燃剂在120℃混炼15min，最后加入15g四氢苯酐和0.25g 1-氰乙基-2-甲基咪唑100℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为28(1kHz)，损耗为0.02，热膨胀系数为CTE1:25ppm/℃，CTE2:55ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。
实施例5
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取8.0g粒径为3μm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入0.8g二氧化钛和0.8g硝酸钡，140℃水热反应3h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取6g3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、6g邻甲酚醛环氧树脂、61.75g高介电填料在150℃经双辊炼胶机混炼10min，然后加入0.5g三甲氧基甲硅烷、5g磷酸三丁酯、0.5g天然石蜡和5g三聚氰胺在100℃混炼10min，最后加入15g双氰胺和0.25g三苯基膦100℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为24(1kHz)，损耗为0.017，热膨胀系数为CTE1:20ppm/℃，CTE2:40ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。
实施例6
本实施例提供一种高介电无机填料的制备方法，其包括以下步骤：
称取4.0g粒径为2μm的球形低介电二氧化硅分散在100ml水和乙醇的溶液(水和乙醇的质量会为5:95)中，搅拌均匀，加入0.6g二氧化钛和0.6g硝酸钡，130℃水热反应3h，静置，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤、烘干后得到高介电无机填料。
本实施例还提供一种高介电环氧塑封料的制备方法，其包括以下步骤：
称取4g3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、4g邻甲酚醛环氧树脂、65.75g高介电填料在150℃经双辊炼胶机混炼20min，然后加入0.5gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、5g磷酸三丁酯、0.5g聚乙烯蜡和5g三聚氰胺在100℃混炼10min，最后加入15g酚醛树脂和0.25g三苯基膦100℃下混炼30min，冷却至室温，经粉碎得到高介电环氧塑封料。
该塑封料的介电常数为20(1kHz)，损耗为0.015，热膨胀系数为CTE1:20ppm/℃，CTE2:40ppm/℃。
本实施例制备的高介电环氧塑封料，不仅具有传统塑封料的低膨胀系数、低应力特点，其中CTE1在10-30ppm/℃之间，CTE2在40-80ppm/℃之间。而且介电常数高(20-35之间)、介电损耗较小(0.01-0.03之间)、介电性能频率稳定性好。
该高介电环氧塑封料可用于指纹传感器封装领域。