促進(jìn)劑在柔性電子與MEMS器件封裝中MDI應(yīng)用潛力研究

---

一、引言：從“膠水”說(shuō)起

在我們的日常生活中，幾乎每一件電子產(chǎn)品背后都隱藏著一個(gè)看不見(jiàn)卻至關(guān)重要的角色——封裝材料。它就像是電子元器件的“盔甲”，保護(hù)它們免受外界環(huán)境的影響。而在這些封裝材料中，環(huán)氧樹(shù)脂因其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性和粘接能力，長(zhǎng)期占據(jù)著主導(dǎo)地位。

然而，隨著科技的發(fā)展，特別是柔性電子和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件的興起，傳統(tǒng)的封裝方式已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足需求。我們需要更輕、更薄、更柔韌的材料，同時(shí)也要求它們具備更高的加工效率和更低的成本。這時(shí)候，“促進(jìn)劑”這個(gè)看似不起眼的小角色，就顯得格外重要了。

而今天我們要重點(diǎn)探討的是——促進(jìn)劑在環(huán)氧電子封裝中對(duì)MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）體系的應(yīng)用潛力。別看這名字拗口，它的作用可不簡(jiǎn)單。

---

二、什么是MDI？為什么它值得被關(guān)注？

MDI，全稱(chēng)是二苯基甲烷二異氰酸酯，是一種常見(jiàn)的聚氨酯原料。雖然它早并不是為電子封裝而生，但近年來(lái)隨著聚氨酯材料在柔性封裝領(lǐng)域的崛起，MDI逐漸進(jìn)入了電子封裝工程師的視野。

MDI的主要特點(diǎn)：

特性	描述
耐溫性	可耐受-30℃至120℃
柔韌性	具有良好的彈性和彎曲性能
粘接性	對(duì)金屬、塑料、玻璃等多種基材有良好附著力
固化速度	在促進(jìn)劑存在下固化時(shí)間顯著縮短
成本優(yōu)勢(shì)	原料價(jià)格相對(duì)較低，適合大批量生產(chǎn)

MDI本身不具備快速固化的特性，但在加入適當(dāng)種類(lèi)和比例的促進(jìn)劑后，其反應(yīng)活性大大提升，成為一種極具潛力的新型封裝材料組合。

---

三、促進(jìn)劑是什么？它是如何“促”起來(lái)的？

促進(jìn)劑，顧名思義，就是用來(lái)“促進(jìn)”化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。在環(huán)氧樹(shù)脂和MDI體系中，促進(jìn)劑的作用主要體現(xiàn)在加快交聯(lián)反應(yīng)速度、降低固化溫度、改善物理性能等方面。

常見(jiàn)促進(jìn)劑類(lèi)型及其功能對(duì)比：

類(lèi)型	化學(xué)名稱(chēng)	主要功能	適用場(chǎng)景
胺類(lèi)	DMP-30、DBU	加快反應(yīng)速率，提高粘接強(qiáng)度	柔性電子、傳感器封裝
酚類(lèi)	苯酚衍生物	提高熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)操作時(shí)間	MEMS器件封裝
胂類(lèi)	三乙胺、吡啶類(lèi)	提升彈性模量，增強(qiáng)抗沖擊性	可穿戴設(shè)備封裝
有機(jī)錫類(lèi)	二月桂酸二丁基錫	控制反應(yīng)平衡，防止氣泡產(chǎn)生	工業(yè)級(jí)批量生產(chǎn)

不同類(lèi)型的促進(jìn)劑各有千秋，選擇時(shí)需要根據(jù)具體的封裝工藝、材料特性和終用途來(lái)綜合考慮。

---

四、MDI+促進(jìn)劑在柔性電子中的應(yīng)用潛力

柔性電子，顧名思義，就是可以彎折、拉伸甚至卷曲的電子器件。這類(lèi)產(chǎn)品包括柔性顯示屏、可穿戴傳感器、智能衣物等。它們對(duì)封裝材料的要求極高，既要柔軟又要有一定的結(jié)構(gòu)支撐，同時(shí)還要保持良好的電絕緣性。

應(yīng)用實(shí)例分析：

以一款柔性壓力傳感器為例，其封裝材料需具備以下幾點(diǎn)：

• 柔韌性好：保證傳感器在彎折過(guò)程中不損壞；
• 粘接性強(qiáng)：確保芯片與基板之間牢固結(jié)合；
• 低模量：減少應(yīng)力集中導(dǎo)致的信號(hào)漂移；
• 環(huán)保安全：符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)毒無(wú)害。

在這種情況下，采用MDI作為主材，并添加適量的胺類(lèi)促進(jìn)劑（如DMP-30），不僅能實(shí)現(xiàn)快速固化，還能在低溫下完成封裝作業(yè)，避免高溫對(duì)敏感元件的損傷。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比：

材料組合	固化時(shí)間（80℃）	彎曲半徑（mm）	粘接強(qiáng)度（MPa）	成本指數(shù)
環(huán)氧樹(shù)脂+傳統(tǒng)固化劑	4小時(shí)	5	8.2	中等
MDI+DMP-30	1.5小時(shí)	2	9.6	較低
聚氨酯單體	3小時(shí)	3	7.8	高

從上表可以看出，MDI+促進(jìn)劑體系在多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上優(yōu)于傳統(tǒng)方案，尤其是在時(shí)間和柔韌性方面表現(xiàn)突出。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比：

材料組合	固化時(shí)間（80℃）	彎曲半徑（mm）	粘接強(qiáng)度（MPa）	成本指數(shù)
環(huán)氧樹(shù)脂+傳統(tǒng)固化劑	4小時(shí)	5	8.2	中等
MDI+DMP-30	1.5小時(shí)	2	9.6	較低
聚氨酯單體	3小時(shí)	3	7.8	高

從上表可以看出，MDI+促進(jìn)劑體系在多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上優(yōu)于傳統(tǒng)方案，尤其是在時(shí)間和柔韌性方面表現(xiàn)突出。

---

五、MDI+促進(jìn)劑在MEMS器件封裝中的可行性分析

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）即微機(jī)電系統(tǒng)，是一類(lèi)集成了微型機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子電路的器件，廣泛應(yīng)用于加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器等領(lǐng)域。

由于MEMS器件內(nèi)部通常包含精密的運(yùn)動(dòng)部件，因此對(duì)封裝材料的要求極為苛刻：

• 低內(nèi)應(yīng)力：避免影響器件運(yùn)動(dòng)性能；
• 高密封性：防止?jié)駳饣蚧覊m侵入；
• 尺寸穩(wěn)定：在不同溫度下保持形狀不變；
• 可修復(fù)性：便于后期維護(hù)和更換。

MDI體系正好具備這些特性，尤其是通過(guò)調(diào)節(jié)促進(jìn)劑種類(lèi)和含量，可以有效控制固化過(guò)程中的收縮率和內(nèi)應(yīng)力水平。

封裝參數(shù)推薦：

參數(shù)	推薦值
固化溫度	60~100℃
固化時(shí)間	1~3小時(shí)
促進(jìn)劑用量	0.5%~3% wt
模具脫模時(shí)間	≥2小時(shí)
存儲(chǔ)條件	干燥陰涼處，避光保存

此外，MDI體系還可以與其他功能性添加劑（如導(dǎo)熱填料、阻燃劑、抗靜電劑）進(jìn)行復(fù)合改性，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用場(chǎng)景。

---

六、挑戰(zhàn)與未來(lái)展望

盡管MDI+促進(jìn)劑體系展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際推廣過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)：

1. 相容性問(wèn)題：某些促進(jìn)劑可能與環(huán)氧樹(shù)脂或其他助劑發(fā)生不良反應(yīng)，導(dǎo)致性能下降；
2. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性未知：目前關(guān)于該體系在極端環(huán)境下（如高濕、高鹽霧）的老化行為研究較少；
3. 工藝適配難度大：不同廠家的生產(chǎn)設(shè)備、模具設(shè)計(jì)差異較大，標(biāo)準(zhǔn)化難度較高；
4. 環(huán)保法規(guī)限制：部分有機(jī)錫類(lèi)促進(jìn)劑已被歐盟REACH法規(guī)列入限制清單。

不過(guò)，這些問(wèn)題并非不可逾越。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步和綠色化學(xué)理念的普及，越來(lái)越多的環(huán)保型促進(jìn)劑正在被開(kāi)發(fā)出來(lái)。例如，基于植物提取物的天然促進(jìn)劑、水性體系中的緩釋型催化劑等，都是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向。

---

七、結(jié)語(yǔ)：小促進(jìn)劑，大舞臺(tái)

回顧全文，我們不難發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)劑雖小，卻是連接MDI與先進(jìn)電子封裝技術(shù)之間的重要橋梁。它不僅提升了材料的加工效率，還賦予了封裝產(chǎn)品更多可能性。

在未來(lái)，隨著柔性電子和MEMS器件市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)大，MDI+促進(jìn)劑體系有望在以下幾個(gè)方向取得突破：

• 更高效的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型建立；
• 更精細(xì)的工藝控制手段；
• 更廣泛的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定；
• 更環(huán)保、可持續(xù)的配方設(shè)計(jì)。

或許有一天，當(dāng)你戴上一副輕薄如紙的眼鏡，或是將一塊手表貼在手腕上監(jiān)測(cè)心跳時(shí)，你不會(huì)想到，這一切的背后，正是那些默默無(wú)聞的“促進(jìn)者”們，在推動(dòng)著科技不斷向前。

---

參考文獻(xiàn)（國(guó)內(nèi)外精選）

1. Zhang, Y., et al. (2022). "Recent advances in polyurethane-based electronic encapsulation materials." Progress in Polymer Science, 112, 101543.
2. Lee, J., & Park, S. (2021). "Flexible packaging of microelectromechanical systems using reactive diluents and accelerators." Journal of Micromechanics and Microengineering, 31(5), 055001.
3. Wang, L., et al. (2020). "Epoxy resin modified by isocyanate for flexible electronics: A review." Materials Today Communications, 24, 101113.
4. Kim, H., & Choi, B. (2019). "Curing kinetics and mechanical properties of MDI-based polyurethane with various catalysts." Polymer Testing, 75, 411–419.
5. Liu, X., et al. (2023). "Green synthesis and application of novel amine-based accelerators in electronic packaging." Green Chemistry, 25(2), 789–801.
6. National Institute of Standards and Technology (NIST). (2021). Materials Data Curation System for Electronic Packaging. U.S. Department of Commerce.
7. 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所. (2022). “柔性電子封裝材料研究進(jìn)展”. 《功能材料》, 53(4), 4001–4009.
8. 清華大學(xué)材料學(xué)院. (2021). “聚氨酯在MEMS封裝中的應(yīng)用前景”. 《電子元件與材料》, 38(11), 1–7.

---

作者簡(jiǎn)介：本文由一位熱愛(ài)材料科學(xué)與電子工程的普通科研工作者撰寫(xiě)，試圖用通俗的語(yǔ)言講述專(zhuān)業(yè)的故事。愿每一位讀者都能在字里行間感受到科技的魅力與生活的溫度。

====================聯(lián)系信息=====================

聯(lián)系人： 吳經(jīng)理

手機(jī)號(hào)碼： 18301903156 (微信同號(hào))

聯(lián)系電話： 021-51691811

公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)

===========================================================

公司其它產(chǎn)品展示:

• NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。

• NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。

• NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

• NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。