金属基电子封装材料进展
金属基电子封装材料进展
刘正春 王志法 姜国圣
(中南大学)
摘 要:对照几种传统的金属基电子封装材料,较详细地阐述了W Cu、M o Cu、SiC/Al等新型封装材料的性能特点、制造方法、应用背景以及存在的问题。介绍了金属基电子封装材料的最新发展动态,指出国际上近年来的研究与开发主要集中在净成型技术、新材料体系探索以及材料的集成化应用等方面。最后,文章对金属基电子封装材料的发展趋势进行了展望,作者认为,未来的金属基电子封装材料将朝着高性能、低成本、轻量化和集成化的方向发展。
关键词:电子封装;复合材料;膨胀系数;热导率
中图分类号:T F125.7,T G139 文献标识码:A 文章编号:1004—244X(2001)02—0049—06
金属基电子封装材料具有强度高、导电导热性能好等优点。因此,它们与陶瓷基、树脂基封装材料一样,一直是电子工程师所青睐的热沉和支承材料,广泛地应用于功率电子器件(如整流管、晶闸管、功率模块、激光二极管、微波管等)和微电子器件(如计算机C PU、DSP芯片)中,在微波通讯、自动控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要作用[1-6][9][13]。
作为一种理想的电子封装材料,必须满足这么几个基本要求[4]:一是材料的导热性能要好,能够将半导体芯片在工作时所产生的热量及时地散发出去;二是材料的热膨胀系数(C TE)要与Si或Ga As 等芯片相匹配,以避免芯片的热应力损坏;三是材料要有足够的强度和刚度,对芯片起到支承和保护的作用;四是材料的成本要尽可能低,以满足大规模商业化应用的要求。在某些特殊的场合,还要求材料的密度尽可能地小(主要是指航空航天设备和移动计算/通信设备),或者要求材料具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。
1 传统的电子封装材料
传统的金属基电子封装材料,包括因瓦合金(Inv ar)、可伐合金(Kova r)、W、Mo、Al、Cu等,这些材料可以部分的满足上面所提到的要求,然而,它们仍然存在许多不尽人意之处。表1列出了几种常规电子材料的性能。
表1 Si、GaAs及几种传统封装材料的性能[4][7]材 料
C TE
ppm/K
热导率
W/(m·K)
密度
/(g·cm-3) Si 4.1135 2.3
Ga As 5.839 5.3
Invar0.4118.1
Kovar 5.9178.3
W 4.417419.3
M o 5.014010.2
Cu17.74008.9
Al23221 2.7环氧树脂600.3 1.2
Inva r、Kov ar的加工性能良好,具有较低的热膨胀系数,但导热性能很差;M o和W的热膨胀系数较低,导热性能远高于Inva r和Kov ar,而且强度和硬度很高,所以,Mo和W在电力半导体行业得到了普遍的应用。但是,Mo和W价格昂贵,加工困难,可焊性差,密度大,况且导热性能比纯Cu要低得多,这就阻碍了其进一步应用。Cu和Al的导热导电性能很好,可是热膨胀系数过大,容易产生热应力问题。
2 新型电子封装材料
现代电子技术的飞速发展,使得电子元器件能够具有更高的集成度、更快的运行速度和更大的容
第24卷 第2期
2001年 3月
兵器材料科学与工程
ORDNANCE M ATERIAL SC IEN CE AND EN GIN EERING
V o l.24 No.2
M ar. 2001
收稿日期:2000-06-02
资助项目:国家高新工程重点资助项目
作者简介:刘正春,中南大学材料科学与工程系,长沙,410083
量。然而,更高集成度和更快的运行速度会涉及到更严重的散热问题。解决问题的办法是采用更好的封装材料。于是,各种新型的封装材料不断涌现出来,其中,复合材料是发展的主流。复合材料可以得到用其它方法不可能得到的独特性能,所以,用于电子封装的的金属基复合材料(简称MM C)一直是国外许多大公司和研究机构的热点课题。
2.1 铜基复合材料
在因瓦合金板上双面覆以纯铜,制成Cu/In-va r/Cu复合板(简称CIC),就兼备了Cu的高导热导电特性和因瓦合金的低膨胀特性与电磁屏蔽特性。美国的得州仪器公司(Tex as Instrum ents Co.)最早开发了层状的CIC复合材料,应用在F15战斗机的电子设备上[8]。德国的I X YS公司将CIC用在
固态继电器中做功率模块的过桥(如图1所示)
。
图1 CIC在固态继电器中做过桥
美国的AM AX公司和Climax Specialty M et-als公司[13]利用热轧复合的方法,生产出了Cu/Mo/ Cu复合材料(简称CM C),并申请了相关专利[17、18、19]。CM C的结构与CIC一样,是三明治结构,芯材为金属Mo,双面覆以无氧铜或弥散强化无氧铜。CM C的膨胀系数同样具有可设计性,而硬度、热导率却比CIC要高得多。因此,它经常应用在一些比较重要的场合,用作热沉、引线框架和多层印刷线路板(PCB)的低膨胀层与导热通道。表2是CM C和CIC的性能比较。CM C已应用在B2隐形轰炸机和其它先进飞行器的电子元件中[13、14]。
以上两种材料都具有的缺点是:(1)密度较大;
(2)由于Cu的屈服而容易导致迟滞现象(hy steresis)。
表2 Cu/Invar/Cu和Cu/Mo/Cu的性能[13][18]
材料
密度
/(g·cm-3)
硬度(硬态)
C TE
ppm/K
热导率
W/(m·K)
xy z
C IC 20/60/208.4HB
90～120
5.216024
CM C 20/60/209.7HV
≥300
6.8244
197
奥地利的攀时(PLAN SEE)公司、美国的
PO LESE公司、日本的住友金属公司都用粉末冶金
的方法制得了W Cu和Mo Cu复合材料,并且实
现了商业化生产[9]。W Cu和Mo Cu复合材料同时
融合了W、M o的低膨胀、高硬度特性和Cu的高导
热导电特性,表面可涂镀Ni等镀层,从而具有非常
良好的综合性能。表3列出了常用的几种W Cu和
M o Cu封装材料的性能。
表3 W Cu和Mo Cu封装材料的主要性能
材 料
密度
/(g·cm-3)
CT E
pp m/K
热导率
W/(m·K)
W90Cu1017.0 5.6～ 6.5140～170
W85Cu1516.4 6.3～7.0160～190
W80Cu2015.67.6～9.1180～210
M o85Cu1510.0 6.5～7.1150～170
M o80Cu209.97.2～8.0160～190
M o70Cu309.77.6～8.5170～200
注:上表数据由长沙升华电子材料有限公司提供。
目前,这两种复合材料主要用做大功率微波管、
大功率激光二极管以及某些大功率集成电路模块的
热沉(hea t sink)。例如,“宙斯盾”系统的AN/SPY
相控阵雷达,就采用W Cu作为雷达微波管的热
沉。图2是一个W15Cu用做微波管热沉的实例[2]
。
图2 大功率脉冲微波管的W Cu热沉
PLAN SEE公司的W Cu材料采用熔渗法制
造[10],即往多孔W坯块中渗入熔融的金属纯Cu,其
产品的导热性能优良,W15Cu的热导率达到了
176W/(m·K)。美国PO LESE公司则采用FSSS
0.5μm的超细钨粉和高纯铜粉混合,加入少量Co进
行液相活化烧结,用该方法制备的W15Cu产品强
度、硬度极高,致密度达98%,热导率达到了137W/
(m·K)。
PLAN SEE公司凭借其强大的研究开发能力和
先进的生产设备,可将粉末冶金M o30Cu轧成厚
度只有70μm的箔材,用做多层电路板的低膨胀高
导热夹层[10]。
2.2 铝基复合材料
铝基复合材料比重小,对于航空航天电子设备
50 兵器材料科学与工程 第24卷
和移动电子设备(如手提电脑)来说,具有很强的吸引力。目前,应用最广泛的是SiC/Al复合材料。它可用作微波管的载体(Micro wav e Carrier)、多芯片组件的热沉(M CM heat sinks)以及印刷线路板的热沉(PCB heat sinks)。
美国的先进复合材料公司(ACM C)采用Al粉与SiC颗粒或晶须混合,然后真空热压成条坯,条坯可进行切削、挤压、锻造等加工。这种SiC/Al复合材料的导热性和热膨胀系数可通过调整SiC的相对含量来控制[12]。美国的另一家公司DW A复合材料专营公司用粉末冶金方法制造出了50v ol%～55v ol% SiC/6061复合材料[11],密度为2.99g/cm3,导热系数达220W/(m·K)。美国铝业公司(Alcoa)的研究中心利用压力熔渗法小批量制造出了55%～60% SiC或Al2O3增强铝合金,可替代可伐(Kov ar)和因瓦(Inv ar)合金。Lanxide公司则用无压熔渗法将SiC或Al2O3预制件与铝合金制成了复合材料,可达到净成形的效果[13、15、16]。
Si/Al也是一种很好的封装材料。最近,利用粉末喷射沉积的方法,已成功地制备出了C TE符合要求的Si/Al材料系列产品[5]。
2.3 其它复合材料
美国PO LESE公司利用粉末冶金技术制得了Ag/Inv ar(Silv ar TM)复合材料,该材料具有良好的导热导电性能、低的热膨胀系数,尤其可贵的是它的塑性好,可冲制成各种形状复杂的零件。它是很好的引线框架材料。其缺点是Ag的价格太高。表4是该材料的主要性能指标。
表4 Silvar的主要性能指标
成分
CT E
ppm/K
热导率
W/(m·K)
密度
/(g·cm-3)
硬度
HRB
电导率
%IAC S
Ag/Inv ar
39/61
6.51538.776035
BeO增强Be基复合材料最近得到了商品化,并且可以制成板材[4、5]。据报道,含60v ol%BeO复合材料的CTE为 6.1ppm/K,热导率为240W/(m ·K),密度为2.55g/cm。这些性能非常具有吸引力。但是,BeO和Be的毒性和高成本阻碍了它们的推广应用。
3 金属基电子封装材料的最新动态提高性能、降低成本一直是电子封装材料发展的中心课题。一方面是研究并开发新的工艺技术,改进原有材料的性能和/或降低制备成本;另一方面则是开发新的材料体系。
3.1 新的工艺技术
R.M.German等人把注射成型(PIM)和熔渗烧结相结合,制得了致密度达99%以上的W15Cu 材料,其报道的热导率高达220W/(m·K)。而且,利用该技术,可以达到净成型的效果[20、23]。In-Hyung Moo n等人则先将W粉和Cu粉在高能球磨机中进行机械合金化,然后再注射成型,在1200℃烧结1h,得到了致密度为96%的W Cu材料[22]。Fra nk J.Po lese发明了一种净成型制备W Cu和M o Cu电子封装材料的新工艺[21]。首先制得W或M o与Cu相互粘连的亚粒子(subnodules),该亚粒子含有至少一个Cu颗粒和至少一个W或Mo颗粒。然后,将这种亚粒子团聚成可自由流动的粉末球团。把球团直接压制成零件的最终形状,在1100℃烧结3h,就得到了致密度达98%的W Cu封装材料。
3.2 新的材料体系
新的材料体系仍致力于提高材料的热导率,降低材料的密度。主要有两条思路:
(1)采用具有低膨胀特性而热导率却非常高且密度小的材料做增强相,如高模量C纤维、B纤维、石墨、金刚石、AlN等。用这样的材料与Cu、Al或M o作成复合材料,可望在保持低膨胀特性的同时,获得很高的热导率[4、5、13、26、30]。B/Al已被用做航空印刷线路板的热沉。PITCH120碳纤维的热导率为Cu的2倍,非常有吸引力。但碳纤维价格昂贵(每公斤PITC H-120要2000美元),与Cu、Al等基体的结合强度很差,而且存在热膨胀的滞后现象。只有解决了这些问题,大批量的商品化才能成为可能。石墨、金刚石、AlN与Cu、Al同样存在界面结合不牢的问题。最近开发出来的M o石墨Mo热沉,比CIC 和CM C都要轻,将更具有竞争力[4]。
(2)采用负膨胀材料与Cu或Al复合,这样,在低膨胀材料的体积分数较小的情况下,也可以获得与Si或Ga As相匹配的热膨胀系数,而Cu的热导率却损失较小。这样的负膨胀材料有ZrW2O8、ZrV2O7、ZrV PO7、H f V2O7、H f V PO7等化合物及Ni Ti、Cu Zn Al等形状记忆合金[28、29]。负膨胀材料在与Cu或Al复合时,容易发生界面反应并进行相互扩散,导致负膨胀材料失效。负膨胀材料的制备也还
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第2期 刘正春等:金属基电子封装材料进展
存在成本过高的问题。3.3 多种材料的集成化应用
将多种电子封装材料进行集成,作成整体封装,是电子封装领域的发展潮流之一。图3(略)是美国No rth ro p Grum man 公司的一种集成封装材料基片[25]。
将高性能的Cu 基封装材料块(如Cu 金刚石,Cu 石墨,Cu BeO,Cu /M o /Cu 等)嵌入预成型的SiC 骨架中,然后压力熔渗金属Al,就制得了SiC /Al 和嵌入块的整体复合材料基片。嵌入块的大小和形状与芯片相对应,芯片将正好安装在嵌入块的上方。这样,既提高了整个元件的可靠性,又节约了昂贵的高性能封装材料。
日本住友电气公司也曾就Cu W /Cu 或Cu
Mo /Cu 整体热沉申请了专利[24]
。如图4所示,整体热沉的中间部分1为W /Cu 片,四周部分2为Cu 或Cu 合金。利用熔渗或钎焊等方法,可将1与2做成一块整体的基片。整体基片的中间部分1与Si 芯片6(C TE 为 4.2ppm /K)相匹配,而四周部分2(C TE 为17ppm /K )与塑料外壳5(CTE 为13～17ppm /K )相匹配。这样,可以充分地利用价格便宜的塑料来做外壳,而不降低元器件的性能
。
图4 Cu W /Cu 整体热沉
4 国内的研究概况
由于我国电子技术的发展整体落后于世界先进水平,对新型电子封装材料的需求也整体滞后。因此,我国在MM C 电子封装材料领域的研究起步较晚,基本上处于跟踪国外先进技术的状态。随着我国电子工业的迅猛发展,新型电子封装材料的需求呈迅速扩大的趋势。研究和开发自主知识产权的新型电子封装材料,已经成为我国材料工作者所面临的重要课题。
国防科技大学的有关专家曾尝试把导热性能极好而膨胀系数很小的金刚石与铜或铝做成复合材
料,期望获得优异的综合性能,然而,实验结果却令人失望,材料的孔隙率过高,且热导率也比期望值低得多。
中南大学材料科学与工程系已成功地开发出了W Cu 、Mo Cu 、CIC 、CM C 等新型电子封装材料,正在长沙升华电子材料有限公司进行产业化,目前已实现了W Cu 、Mo Cu 和CIC 等电子封装材料的规模化生产。电子级Al /SiC 、Al /AlN 、Al /Si 等材料也正在开发中,预计近期可实现商品化。
国内也有好几个其它的研究机构进行了电子级W Cu 和M o Cu 的开发和试制工作,有的还小批量试制成功,但大多还存在热导率低、气密性差、成本太高等问题,未能实现商品化生产。西北有色金属研究院进行了C f /SiC Al 复合材料的研究,他们采用压力熔渗法,已研制出了样品。马慧君
[8]
和黄全
安[27]等人用电镀方法,制得了CIC 复合材料,用于多层印制线路板。但电镀方法效率低,难以达到较大的Cu 层厚度。
5 结束语
在未来的电子技术领域,金属基电子封装材料仍然将起着非常重要的作用。其中,金属基复合材料的应用范围将迅速扩大,因为传统的单一金属或合金已经不能满足高集成度芯片和线路的要求。
未来的金属基电子封装材料将朝着高性能、低成本、低密度和集成化的方向发展。另外,封装零件的净成型技术,将是开发的重点内容之一。参考文献:
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ADVANCES IN METAL -MATRIX MATERIAL FOR
ELECTRONIC PACKAGIN G
Liu Zhengchun ,Wang Zhifa ,Jiang Guosheng
ABSTRACT Co mpa red with sev era l tr aditio na l metal-mat rix elect ro nic packag ing materials,the char acteristics,fabrica ting tech no lo gy ,a pplica tio n pr ospect and ex isting pr oblem s o f the new packag ing materials such as W Cu ,M o Cu and SiC /Al ect ar e elabor ated in detail.T he recent dev elopments of the metal-ma trix electro nic packaging mate rial ar e presented.It is pointed o ut that the recent R &D a broad o f the electr onic packag ing ma teria l a re fo -cused o n net shaping tech no lo gy ,new co mposite system ex ploring and integ ra ting application o f ma terial etc.At la st ,th e dev elo ping tendency of th e metal mat rix electr onic packaging ma terial wa s fo reca sted in this pa pe r .The autho r believes that high pe rfo rmance,low co st,ligh t w eig ht a nd integ r atio n will be the future char acteristics o f the trix electr onic packaging material.
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第2期 刘正春等:金属基电子封装材料进展
电子封装技术发展现状及趋势
电子封装技术发展现状及趋势 摘要 电子封装技术是系统封装技术的重要内容，是系统封装技术的重要技术基础。它要求在最小影响电子芯片电气性能的同时对这些芯片提供保护、供电、冷却、并提供外部世界的电气与机械联系等。本文将从发展现状和未来发展趋势两个方面对当前电子封装技术加以阐述，使大家对封装技术的重要性及其意义有大致的了解。 引言 集成电路芯片一旦设计出来就包含了设计者所设计的一切功能，而不合适的封装会使其性能下降，除此之外，经过良好封装的集成电路芯片有许多好处，比如可对集成电路芯片加以保护、容易进行性能测试、容易传输、容易检修等。因此对各类集成电路芯片来说封装是必不可少的。现今集成电路晶圆的特征线宽进入微纳电子时代，芯片特征尺寸不断缩小，必然会促使集成电路的功能向着更高更强的方向发展，这就使得电子封装的设计和制造技术不断向前发展。近年来，封装技术已成为半导体行业关注的焦点之一，各种封装方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成。本文正是要从封装角度来介绍当前电子技术发展现状及趋势。
正文 近年来，我国的封装产业在不断地发展。一方面，境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，拉动了封装产业规模的迅速扩大；另一方面，国内芯片制造规模的不断扩大，也极大地推动封装产业的高速成长。但虽然如此，IC的产业规模与市场规模之比始终未超过20%，依旧是主要依靠进口来满足国内需求。因此，只有掌握先进的技术，不断扩大产业规模，将国内IC产业国际化、品牌化，才能使我国的IC产业逐渐走到世界前列。 新型封装材料与技术推动封装发展，其重点直接放在削减生产供应链的成本方面，创新性封装设计和制作技术的研发倍受关注，WLP 设计与TSV技术以及多芯片和芯片堆叠领域的新技术、关键技术产业化开发呈井喷式增长态势，推动高密度封测产业以前所未有的速度向着更长远的目标发展。 大体上说，电子封装表现出以下几种发展趋势：（1）电子封装将由有封装向少封装和无封装方向发展；（2）芯片直接贴装（DAC）技术，特别是其中的倒装焊（FCB）技术将成为电子封装的主流形式；（3）三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径；（4）无源元件将逐步走向集成化；（5）系统级封装（SOP或SIP）将成为新世纪重点发展的微电子封装技术。一种典型的SOP——单级集成模块（SLIM）正被大力研发；（6）圆片级封装（WLP）技术将高速发展；（7）微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）正方兴未艾，它们都是微电子技术的拓展与延伸，是集成电子技术与精密
电子封装的现状及发展趋势
电子封装的现状及发展趋势 现代电子信息技术飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展.电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品.现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势.电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路,并具有良好的电绝缘性.封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用.理想的电子封装材料必须满足以下基本要求: 1)高热导率,低介电常数、低介电损耗,有较好的高频、高功率性能; 2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配,避免芯片的热应力损坏;3)有足够的强度、刚度,对芯片起到支撑和保护的作用;4)成本尽可能低,满足大规模商业化应用的要求;5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备),并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 1.1基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求,同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片材料的种类很多,包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等.
1.1.1陶瓷 陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片,陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或)等. 1.1.2环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.此种材料的力学性能良好,但导热性较差,电性能和线膨胀系数匹配一般.由于其价格低廉,因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用. 1.1.3金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能,如高热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数(5.5)、高电阻率(1016n·em)和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年代起,在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热材料,应用于微波雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提高了它们的输出功率.但是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂贵的价格和尺寸的限制,这种技术无法大规模推广. 1.1.4金属基复合材料
铜基电子封装材料研究进展
第30卷第6期V ol.30No.6 临沂师范学院学报 Journal of Linyi Normal University 2008年12月 Dec.2008铜基电子封装材料研究进展 王常春1，朱世忠2，孟令江3 （1.临沂师范学院物理系，山东临沂276005；2.山东医学高等专科学校，山东临沂276002； 3.临沂市高新技术开发区罗西街道办事处，山东临沂276014） 摘要：介绍了国内外铜基电子封装材料的研究现状及最新发展动态，指出了目前我国新型铜基电子封装材料研究中所存在的问题及进一步完善的措施，预测了电子封装用铜基复合材料的发展趋势和应 用前景．未来的铜基电子封装材料将朝着高性能、低成本、轻量化和集成化的方向发展． 关键词：电子封装；铜基复合材料；热导率；热膨胀系数 中图分类号：TG148文献标识码：A文章编号：1009-6051(2008)06-0043-05 0引言 随着信息化时代的迅速发展，对现代电子元器件集成度和运行速度的要求越来越高，相应功耗也越来越大，这必然会导致电路发热量的提高，从而使工作温度不断上升[1?4]．一般来说，在半导体器件中，温度每升高18℃，失效的可能性就增加2～3倍[5]．另外，温度分布不均匀也会使电子元器件的噪音大大增加．为解决这些问题，开发低成本、低膨胀、高导热、易加工、可靠性高的电子封装材料已成为当务之急[6,7]． 传统的电子封装材料（见表1[8]）由于具有一些不可避免的问题，只能部分满足电子封装的发展要求．Invar、Kovar的加工性能良好，具有较低的热膨胀系数，但导热性能很差；Mo和W的热膨胀系数较低，导热性能远高于Invar和Kovar，而且强度和硬度很高，所以，Mo和W在电力半导体行业中得到了普遍的应用．但是，Mo和W价格昂贵、加工困难、可焊性差、密度大，而且导热性能比纯Cu 表1常用封装材料的性能指标[8] 材料热膨胀系数(20℃)/(×10?6·K?1)导热系数/(W·m?1·K?1)密度/(g·cm?3) Si 4.1150 2.3 GaAs 5.839 5.3 Al2O3 6.520 3.9 AlN 4.5250 3.3 Al23230 2.7 Cu174008.9 Mo 5.014010.2 W 4.4516819.3 Kovar 5.9178.3 Invar 1.6108.1 W-10vol.%Cu 6.520917.0 Mo-10vol.%Cu7.018010.0 Cu/Invar/Cu 5.21608.4 收稿日期：2008-10-09 作者简介：王常春（1974–），男，山东沂南人，临沂师范学院副教授，博士．研究方向：金属基复合材料．
微电子封装
晶圆：由普通硅砂熔炼提纯拉制成硅柱后切成的单晶硅薄片 微电子封装技术特点： 1：向高密度及高I/O引脚数发展，引脚由四边引出趋向面阵引出发展 2：向表面组装示封装(SMP)发展,以适应表面贴装（SMT）技术及生产要求 3：向高频率及大功率封装发展 4：从陶瓷封装向塑料封装发展 5：从单芯片封装（SCP）向多芯片封装（MCP）发展 6：从只注重发展IC芯片到先发展封装技术再发展IC芯片技术技术 微电子封装的定义：是指用某种材料座位外壳安防、固定和密封半导体继承电路芯片，并用导体做引脚将芯片上的接点引出外壳 狭义的电子封装技术定义：是指利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺技术。（最基本的） 广义的电子封装技术定义：是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为能适用于设备或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术。（功能性的） 微电子封装的功能： 1：提供机械支撑及环境保护； 2：提供电流通路； 3：提供信号的输入和输出通路； 4：提供热通路。 微电子封装的要点： 1：电源分配； 2：信号分配; 3：机械支撑； 4：散热通道； 5：环境保护。 零级封装：是指半导体基片上的集成电路元件、器件、线路；更确切地应该叫未加封装的裸芯片。 一级封装：是指采用合适的材料（金属、陶瓷或塑料）将一个或多个集成电路芯片及它们的组合进行封装，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用引线键合（wire bonding,WB）、载带自动焊（tape automated bonding,TAB）、倒装片键合（flip chip bonding，FCB）三种互联技术连接，使其成为具有实际功能的电子元器件或组件。 二级封装技术：实际上是一种多芯片和多元件的组装，即各种以及封装后的集成电路芯片、微电子产品、以及何种类型元器件一同安装在印刷电路板或其他基板上。
集成电路ic封装种类、代号、含义
【引用】集成电路IC封装的种类、代号和含义 2011-03-24 15:10:32| 分类：维修电工| 标签：|字号大中小订阅 本文引用自厚德载道我心飞翔《集成电路IC封装的种类、代号和含义》 IC封装的种类,代号和含 1、BGA(ball grid array) 球形触点陈列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200，是多引脚LSI 用的一种封装。封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如，引脚中心距为1.5mm 的360 引脚BGA 仅为31mm 见方；而引脚中心距为0.5mm 的304 引脚QFP 为40mm 见方。而且BGA 不用担心QFP 那样的引脚变形问题。该封装是美国Motorola 公司开发的，首先在便携式电话等设备中被采用，今后在美国有可能在个人计算机中普及。最初，BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm，引脚数为225。现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。BGA 的问题是回流焊后的外观检查。现在尚不清楚是否有效的外观检查方法。有的认为，由于焊接的中心距较大，连接可以看作是稳定的，只能通过功能检查来处理。美国Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC，而把灌封方法密封的封装称为GPAC(见OMPAC 和GPAC)。 2、BQFP(quad flat PACkage with bumper) 带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。QFP 封装之一，在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫)以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC 等电路中采用此封装。引脚中心距0.635mm，引脚数从84 到196 左右(见QFP)。 3、PGA(butt joint pin grid array) 表面贴装型PGA 的别称(见表面贴装型PGA)。 4、C－(ceramic) 表示陶瓷封装的记号。例如，CDIP 表示的是陶瓷DIP。是在实际中经常使用的记号。 5、Cerdip 用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装，用于ECL RAM，DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的Cerdip 用于紫外线擦除型EPROM 以及内部带有EPROM 的微机电路等。引脚中心距2.54mm，引脚数从8 到42。在日本，此封装表示为DIP－G(G 即玻璃密封的意思)。 6、Cerquad 表面贴装型封装之一，即用下密封的陶瓷QFP，用于封装DSP 等的逻辑LSI 电路。带有窗口的Cerquad 用于封装EPROM 电路。散热性比塑料QFP 好，在自然空冷条件下可容许1.5～2W 的功率。但封装成本比塑料QFP 高3～5 倍。引脚中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm 等 多种规格。引脚数从32 到368。 7、CLCC(ceramic leaded Chip carrier) 带引脚的陶瓷芯片载体，表面贴装型封装之一，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形。带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。 此封装也称为QFJ、QFJ－G(见QFJ)。 8、COB(Chip on board) 板上芯片封装，是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB 是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB 和倒片焊技术。9、DFP(dual flat PACkage) 双侧引脚扁平封装。是SOP 的别称(见SOP)。以前曾有此称法，现在已基本 上不用。 10、DIC(dual in-line ceramic PACkage) 陶瓷DIP(含玻璃密封)的别称(见DIP). 11、DIL(dual in-line) DIP 的别称(见DIP)。欧洲半导体厂家多用此名称。 12、DIP(dual in-line PACkage) 双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP 是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。引脚中心距2.54mm，引脚数从6 到64。封装宽度通常为15.2mm。有的把宽度为7.52mm和10.16mm 的封装分别称为skinny DIP 和slim DIP(窄体型DIP)。但多数情况下并不加区分，只简单地统称为DIP。另外，用低熔点玻璃密封的陶瓷DIP 也称为Cerdip(见cerdip)。 13、DSO(dual small out-lint) 双侧引脚小外形封装。SOP 的别称(见SOP)。部分半导体厂家采用此名称。
微电子封装必备答案
微电子封装答案 微电子封装 第一章绪论 1、微电子封装技术的发展特点是什么？发展趋势怎样？（P8、9页） 答：特点： （1）微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向面阵排列发展。 （2）微电子封装向表面安装式封装发展，以适合表面安装技术。 （3）从陶瓷封装向塑料封装发展。 （4）从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。 发展趋势： （1）微电子封装具有的I/O引脚数将更多。 （2）微电子封装应具有更高的电性能和热性能。 （3）微电子封装将更轻、更薄、更小。 （4）微电子封装将更便于安装、使用和返修。 （5）微电子封装的可靠性会更高。 （6）微电子封装的性能价格比会更高，而成本却更低，达到物美价廉。 2、微电子封装可以分为哪三个层次（级别）？并简单说明其内容。（P15～18页）答：（1）一级微电子封装技术 把IC芯片封装起来，同时用芯片互连技术连接起来，成为电子元器件或组件。 （2）二级微电子封装技术 这一级封装技术实际上是组装。将上一级各种类型的电子元器件安装到基板上。 （3）三级微电子封装技术 由二级组装的各个插板安装在一个更大的母板上构成，是一种立体组装技术。 3、微电子封装有哪些功能？（P19页） 答：1、电源分配2、信号分配3、散热通道4、机械支撑5、环境保护 4、芯片粘接方法分为哪几类？粘接的介质有何不同（成分）？。（P12页） 答：(1)Au-Si合金共熔法(共晶型) 成分：芯片背面淀积Au层,基板上也要有金属化层(一般为Au或Pd-Ag)。 （2）Pb-Sn合金片焊接法(点锡型) 成分：芯片背面用Au层或Ni层均可，基板导体除Au、Pd-Ag外，也可用Cu (3)导电胶粘接法(点浆型) 成分：导电胶（含银而具有良好导热、导电性能的环氧树脂。） (4)有机树脂基粘接法(点胶型) 成分：有机树脂基（低应力且要必须去除α粒子） 5、简述共晶型芯片固晶机（粘片机）主要组成部分及其功能。 答：系统组成部分： 1 机械传动系统 2 运动控制系统 3 图像识别（PR）系统 4 气动/真空系统 5 温控系统 6、和共晶型相比，点浆型芯片固晶机（粘片机）在各组成部分及其功能的主要不同在哪里？答： 名词解释：取晶、固晶、焊线、塑封、冲筋、点胶
封装材料行业基本概况
封装材料行业研究报告 研究员：高鸿飞一、行业定义 根据国民经济行业分类《国民经济行业分类GB/T 4754-2011》），引线框架和LED支架制造业属于为计算机、通信和其他电子设备制造业（行业代码：C39）；根据中国证监会行业分类（《上市公司行业分类指引》），引线框架和LED支架制造业属于计算机、通信和其他电子设备制造业C396。 二、行业的监管体制 引线框架和LED支架制造业所属的行业主管部门是国家发展改革委员会、中国环境保护部及中国工业和信息化部。国家发改委主要负责本行业发展政策的制定；中国环境保护部负责环境污染防治的监督管理，制定环境污染防治管理制度、标准和技术规范并组织实施；中国工业和信息化部负责制定我国电子元器件行业的产业规划和产业政策，对行业的发展方向进行宏观调控。 引线框架和LED支架制造业的行业自律性组织是中国电子材料行业协会（以下简称“行业协会”），该协会是由从事电子材料生产、研制、开发、经营、应用、教学的单位及其他相关企、事业单位自愿结合组成的全国性的行业社会团体，为政府对电子材料行业实施行业管理提供帮助，同时也是政府部门和企业单位之间的桥梁纽带。行业协会主要在电子材料行业自律、技术培训、信息交流、国内外交流与合作等方面广泛开展工作，为行业的进步和发展起到了促进作用。行业协会下设集成电路分会、半导体分立器件分会、半导体封装分会、集成电路设计分会和半导体支撑业分会等5个分会。 三、封装材料行业基本概况 （1）引线框架概念及应用领域 引线框架是一种用来作为芯片载体的专用材料，借助于键合丝使芯片内部电
路引出端（键合点）通过内引线实现与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件。在半导体中，引线框架主要起稳固芯片、传导信号、传输热量的作用，需要在强度、弯曲、导电性、导热性、耐热性、热匹配、耐腐蚀、步进性、共面形、应力释放等方面达到较高的标准。 （2）LED支架概念及应用领域 LED是“Light Emitting Diode”的缩写，中文译为“发光二极管”，是一种可以将电能转化为光能的半导体器件，不同材料的芯片可以发出红、橙、黄、绿、蓝、紫色等不同颜色的光。LED的核心是由p型半导体和n型半导体组成的芯片，而LED支架就是芯片的承载物，担负着机械保护，提高可靠性；加强散热，降低芯片结温、提高LED性能；光学控制，提高出光效率，优化光束分布；供电管理，包括交流/直流转变、电源控制等作用。 （3）半导体封装材料产业链结构 ①引线框架产业链结构 引线框架的上游行业主要是铜合金带加工企业和生产氰化银钾的化工企业，由于铜基材料具有导电、导热性能好，价格低以及和环氧模塑料密着性能好等优势，当前已成为主要的引线框架材料，其用量占引线框架材料的80%以上。 公司引线框架产业的下游行业是集成电路和分立器件封装测试行业。一般的封装工艺流程为：划片→装片→键合→塑封→去飞边→电镀→打印→切筋和成型→外观检查→成品测试→包装出货。引线框架主要是在装片步骤中，作为切割好晶片的基板，是封装过程中所需的重要基础材料。 公司引线框架产业处于产业链中游，随着电子信息技术的高速发展，对集成电路的性能要求越来越多样化，对集成电路封装测试行业的要求也越来越高。公司将会充分发挥创新优势，致力于研发多样化和高性能的引线框架。 ②LED支架产业链结构 LED支架的主要原材料为铜合金带、氰化银钾和PPA，铜合金带属于金属加工产品，氰化银钾属于化工产品，而PPA则是塑料制品，因此，公司的上游产业主要是金属加工企业、化工企业和塑料制品企业。 LED支架主要应用在电子和照明领域，主要产品有汽车信号灯、照明灯、家用电器、户外大型显示屏、仪器仪表等光电产品。LED支架主要是作为LED
2014年电子封装材料行业简析
2014年电子封装材料行业简析 一、行业管理 (2) 1、行业监管体制 (2) 2、行业的主要法律法规及政策 (3) （1）法律法规 (3) （2）国家相关政策 (3) 二、行业发展概况 (4) 1、电子材料产业体系初步形成 (4) 2、电子材料产业规模 (4) 3、我国电子材料产业总体发展水平与发达国家的差距 (5) 三、行业上下游之间的关联性 (5) 1、上下游行业之间的关联性 (5) 2、行业上游 (6) 3、行业下游 (6) 四、影响行业未来发展趋势的因素 (7) 1、有利因素 (7) （1）行业前景向好 (7) （2）产业政策支持 (7) 2、不利因素 (7) （1）自主创新能力有待提高 (7) （2）行业相关国家标准缺失 (8) 五、行业主要障碍 (8) 1、资金壁垒 (8) 2、品牌认可度 (9) 3、技术工艺和人才壁垒 (9)
一、行业管理 1、行业监管体制 电子元器件封装材料，包括环氧粉末包封料、塑封料及粉末涂料，该行业作为化工电子材料基本上遵循市场化的发展模式，各企业面向市场自主经营，政府职能部门进行产业宏观调控，行业协会进行自律规范。 行业宏观管理职能由国家发展与改革委员会、国家商务部承担，工业和信息化部负责制定产业政策，指导技术改造。国家通过不定期发布《产业结构调整指导目录（2011 年本）》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》等，对本行业的发展进行宏观调控。 行业引导和服务职能由中国电子材料行业协会、中国电子元件行业协会承担，主要负责产业及市场研究、对会员企业的公众服务、行业自律管理以及代表会员企业向政府部门提出产业发展建议等。
柔性电子封装技术研究进展与展望
107电子技术柔性电子封装技术研究进展与展望 袁 杰 （浙江宇视科技有限公司,杭州 310051） 摘 要：柔性电子封装技术作为电子制造工艺中的发展趋势，其凭借着独有的的柔性也即延展性，在多个战略领域的应用前景都非常可观。但是如今柔性电子技术的可弯曲及可延展特性对其封装技术提出了更高要求。以柔性电子封装技术为重点，阐述了柔性电子封装技术的发展趋势和研究进展，综述柔性电子制造中的特殊工艺制程，展望了包括以有限元结构分析夹杂对岛-桥结构延展性的影响等封装技术的发展趋势。 关键词：电子制造工艺；柔性电子；封装技术 DOI:10.16640/https://www.wendangku.net/doc/694593952.html,ki.37-1222/t.2017.15.099 0 引言 如今柔性电子皮肤、柔性电子显示器等柔性电子技术正受到市场关注和青睐。所谓柔性电子封装技术主要是由柔性基板、交联导电体和电子器件组成。提高柔性器件的可延展性可以在有预应力的柔性基底上设计非共面电路布局。但是在实践过程中，电子制造工艺中的填充和覆盖封装材料、纳米级厚度金属薄膜的屈服强度都会影响器件的可延展性。本文重点讨论优化柔性电子器件结构、提高其延展性，以期对柔性电子器件的设计提供理论支撑。 1 柔性电子封装技术的发展趋势 随着科学技术和电子封装行业竞争日益激烈，电子封装获得空前的发展规模和前景, 电子封装的应用进展也越来越明朗化。过去的电子封装技术仅仅能够实现电子设备密封的效果。而因为其密封使用的材料为金属、玻璃及陶瓷，较容易受到温度、酸碱度这些影响因素而被动引起一些变化， 不利于电子封装的进行。为了能够起到保证电子设备的整体质量，新型环氧树脂材料应用的电子封装应运而生。随着力学、材料学等科学技术的发展，对电子封装材料的可延展性提出了新的要求和挑战，所谓可延展性是指使得电子封装器件无论面临着拉、压、弯、扭转等一系列可能出现的变形下仍然能维持自身良好性能，大大提高电子器件的易携带性和较高的环境适应性。 柔性电子封装技术在国内的市场地位仍处于起步阶段，还有很大的发展空间。其一般设计原理和运行机理是将具备柔性或可延展性的塑料或者薄金属这类基板上制作相应的电子器件。具体来说，可延展柔性电子技术并非用以取代目前的硅芯片技术，而是对硅基体结构的改进，是基于软质柔性基板上集成微结构的原理，以避免传统的非柔性硅基芯片材料所出现的厚、脆的缺点，在实现可延展性的同时还同时具有轻薄、抗震的效果，经济成本低，操作简便易行。 展望未来柔性电子封装技术的发展趋势，必将坚持以用户体验为设计起点，实现更加人性化的目的，例如柔性传感器、柔性电子眼、可穿戴电子衣、柔性电子纸、柔性电路板、人造肌肉、柔性心脏监测衣、柔性键盘和柔性电子显示器等。与传统电子器件相比，其独特的柔性和延展性使可延展柔性电子器件在通信和信息、生物医药、机械制造、航空航天和国防安全等领域具有非常广泛和良好的应用前景。 2 柔性电子封装技术的研究进展 （1）硬薄膜屈曲结构。硬薄膜屈曲结构是指借助转印技术使得硅等硬薄膜条在弹性软基底上形成周期性的正弦曲线来获得所应具备的柔性。美国的两位教授在此基础上作出了新的变革，他们建议采用基于软印刷术的转印方法来完成柔性电子器件的封装，并经过反复的实验证明了这项技术在实践中能够在柔性基底上产生硅带屈曲波，以实现对各类电子集成材料都能够实现集成到曲面上的效果。并且，这一效果在后期变形的过程中能够通过改变硅带屈曲波的波长和幅值的方式防止拉伸割断，产生较大的压缩性能，在内在机理上，其实是通过实现与基件平面方向纵向的运动过程与变形维度将内部本身的力量予以消解。在这一设计形式下的硅薄膜材料便能够符合五分之一的拉压应变。 （2）岛桥结构。柔性电子封装技术中的岛桥结构，其基本原理是将能够实现弯曲的多根导线串联起多个微电子结构，最终形成了岛桥结构，所以是非常生动形象的。这些导线的可弯曲性使得微电子结构所连接起来而形成岛桥结构增强电子器件的可延展性，提升柔性的程度。但是这一方式虽然在一定程度上取得了一些成效，但是岛桥结构而形成的集成密度较其他结构相对要小，难以应用于覆盖率相对高的应用。 （3）开放网格结构。开放网格结构就是将硅基半导体薄膜这一电子器件材料改进为开放网格式结构。这一结构柔性的提升和可延展性的实现，最根本的是薄膜材料本身在变形时的面内转动，这就好比人们使用剪刀时候的自身转动过程。所以说，开放式网格结构的形状上有其特殊性，也需要改进设计为类似于剪刀形状的细长外形，因此不一定包含柔性基底，因此对于很多结构并不适用。 3 对柔性电子封装技术的展望 （1）局部多层封装结构。由于目前的柔性电子封装技术中常见的非共面薄膜-基底结构在完成封装后会出现延展性降低，难以继续承受较强负荷，为此提供一种新思维，解决上述问题。即局部多层封装，它通过将该薄膜基底的上位部分的电子封装区域软化，同时对下位部分再进行适度硬化,提高整体柔性。但是值得在今后继续开展实验以验证这一结构在应用领域的有效性，这是由于局部多层封装结构还有一些技术漏洞，若下位封装弹性模量或厚度过大,而在受压拉伸的过程中薄膜反而会出现高阶屈曲继而催生更大的弯曲应力，适得其反。 （2）夹杂对岛-桥结构延展性的影响。通过建立有限元模型的方式，将夹杂区域看作是圆形的桥下区域,并且从夹杂刚度、位置和封装方式等维度进行立体化的分析，其结果显示为以下两点，一是在增大夹杂刚度时岛桥结构的最大等效应力相应增强，延展性降低；二是在夹杂位置上若集成掩埋深度提高，那么封装结构顶部的整体应变水平就越大，岛桥的延展性也会随之降低。除此之外今后还应当进一步探讨空洞现象对于岛-桥结构的柔性度的影响。 （3）粘弹性参数的变化。柔性电子封装技术中电子器件基底部分与所使用的封装材料其粘弹性特质，其在多种拉伸的速率下，粘弹性参数所反映的力学和结构延展性变化程度不同：一定的总拉伸量下加载速率越大、一定应变速率下基底与封装材料的瞬时模量越高，薄膜的应力、应变水平越高,薄膜下降高度越小,结构的极限延展量越小。并引入了一个表征延展性劣化的无量纲参数,给出了它随拉伸应变率变化的关系曲线;封装材料与基底材料在一定应变速率范围内的瞬时模量峰值之比越高,薄膜的最大主应变增强得越多而薄膜面下降的位移越小;松弛阶段桥顶应力值、高度均随松弛时间而“衰减”至与静态拉伸时状态。 4 结语 （下转第276页）
金属基电子封装材料进展
金属基电子封装材料进展 刘正春 王志法 姜国圣 (中南大学) 摘 要:对照几种传统的金属基电子封装材料,较详细地阐述了W Cu、M o Cu、SiC/Al等新型封装材料的性能特点、制造方法、应用背景以及存在的问题。介绍了金属基电子封装材料的最新发展动态,指出国际上近年来的研究与开发主要集中在净成型技术、新材料体系探索以及材料的集成化应用等方面。最后,文章对金属基电子封装材料的发展趋势进行了展望,作者认为,未来的金属基电子封装材料将朝着高性能、低成本、轻量化和集成化的方向发展。 关键词:电子封装;复合材料;膨胀系数;热导率 中图分类号:T F125.7,T G139 文献标识码:A 文章编号:1004—244X(2001)02—0049—06 金属基电子封装材料具有强度高、导电导热性能好等优点。因此,它们与陶瓷基、树脂基封装材料一样,一直是电子工程师所青睐的热沉和支承材料,广泛地应用于功率电子器件(如整流管、晶闸管、功率模块、激光二极管、微波管等)和微电子器件(如计算机C PU、DSP芯片)中,在微波通讯、自动控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要作用[1-6][9][13]。 作为一种理想的电子封装材料,必须满足这么几个基本要求[4]:一是材料的导热性能要好,能够将半导体芯片在工作时所产生的热量及时地散发出去;二是材料的热膨胀系数(C TE)要与Si或Ga As 等芯片相匹配,以避免芯片的热应力损坏;三是材料要有足够的强度和刚度,对芯片起到支承和保护的作用;四是材料的成本要尽可能低,以满足大规模商业化应用的要求。在某些特殊的场合,还要求材料的密度尽可能地小(主要是指航空航天设备和移动计算/通信设备),或者要求材料具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。 1 传统的电子封装材料 传统的金属基电子封装材料,包括因瓦合金(Inv ar)、可伐合金(Kova r)、W、Mo、Al、Cu等,这些材料可以部分的满足上面所提到的要求,然而,它们仍然存在许多不尽人意之处。表1列出了几种常规电子材料的性能。 表1 Si、GaAs及几种传统封装材料的性能[4][7]材 料 C TE ppm/K 热导率 W/(m·K) 密度 /(g·cm-3) Si 4.1135 2.3 Ga As 5.839 5.3 Invar0.4118.1 Kovar 5.9178.3 W 4.417419.3 M o 5.014010.2 Cu17.74008.9 Al23221 2.7环氧树脂600.3 1.2 Inva r、Kov ar的加工性能良好,具有较低的热膨胀系数,但导热性能很差;M o和W的热膨胀系数较低,导热性能远高于Inva r和Kov ar,而且强度和硬度很高,所以,Mo和W在电力半导体行业得到了普遍的应用。但是,Mo和W价格昂贵,加工困难,可焊性差,密度大,况且导热性能比纯Cu要低得多,这就阻碍了其进一步应用。Cu和Al的导热导电性能很好,可是热膨胀系数过大,容易产生热应力问题。 2 新型电子封装材料 现代电子技术的飞速发展,使得电子元器件能够具有更高的集成度、更快的运行速度和更大的容 第24卷 第2期 2001年 3月 兵器材料科学与工程 ORDNANCE M ATERIAL SC IEN CE AND EN GIN EERING V o l.24 No.2 M ar. 2001 收稿日期:2000-06-02 资助项目:国家高新工程重点资助项目 作者简介:刘正春,中南大学材料科学与工程系,长沙,410083
高导热低介电电子封装材料研究进展及实验方案
电子封装塑封材料研究进展及实验规划 1. 环氧树脂基体 1.1环氧树脂概念 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，由于分子中含有活泼的环氧基团，使环氧树脂能够开环与多种固化剂发生交联反应而生成不溶不熔的三向网络结构的高聚物。 1.2环氧树脂的分类 根据分子结构的不同，环氧树脂大体可以分为五大类： a. 缩水甘油醚类环氧树脂 b.缩水甘油酯类环氧树脂 c.缩水甘油胺类环氧树脂 d.线型脂肪族类环氧树脂 e.脂环族类环氧树脂。 a. 缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而 成。缩水甘油醚类环氧树脂根据含活泼氢基团的不同又分为二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、其他多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂、脂肪多元醇缩水甘油醚型环氧树脂。目前比较常用的缩水甘油醚类环氧树脂有双酚A型环氧树 脂（简称DGEBA树脂）、氢化双酚A型环氧树脂、线型酚醛型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、四溴双酚A型环氧树脂。 b. 缩水甘油酯类环氧树脂是由有机酸或酸酐与环氧氯丙烷缩聚而成。常用的有邻苯二甲酸二缩水甘油酯、四氯邻苯二甲酸缩水甘油酯、六氯邻苯二甲酸缩水甘油酯。分子中含有苯环及酯键使得该类环氧树脂具有粘度小、工艺性好、反应活性大、相容性好、粘结强度高、电绝缘性好、耐候性好等优点。但是，以苯酐 为原料合成的环氧树脂产品存在略带黄色，存在无机氯含量及产品中可水解氯含量较高等缺点。 c. 缩水甘油胺类环氧树脂是由多元胺与环氧氯丙烷缩聚而成。此类环氧树脂的特点是多官能度、黏度低、活性高、环氧当量小、交联密度大、耐热性高、粘接力强、力学性能和耐腐蚀性好。 d. 线型脂肪族类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环化而制得。此类环氧树脂固化物具有较高的压缩与拉伸强度、耐高温、耐电弧性、耐紫外光老化性、耐气候性等优良性能。 e. 脂环族类环氧树脂是含有两个脂环环氧基的低分子化合物。其本身不是聚 合物，但是与固化剂作用后能形成性能优异的三维体型结构聚合物。此类树脂分 子中不含苯环和羟基，依靠分子中的脂环与环氧基反应固化。脂环族环氧树脂的反应活性小于双酚A型环氧树脂，用酸酐固化时，二者反应活性相差不大，用胺类固化剂固化时，脂环族环氧树脂反应速度要慢得多。 1.3封装用环氧树脂 封装材料用环氧树脂要求具有快速固化、耐热、低应力、低吸湿性和低成本。此外还要求树脂品质高，其主要表现在：（1）色泽浅，液体树脂无色透明，固体树脂纯白色；（2）环氧当量变化幅度小；（3）纯度高，挥发物质杂质含量低，树脂中几乎没有离子性杂质，尤其是钠离子和氯离子；（4）相当低的水解性氯（有机氯
先进微电子封装工艺技术
先进微电子封装工艺技术培训 培训目的： 1、详细分析集成电路封装产业发展趋势； 2、整合工程师把握最先进的IC封装工艺技术； 3、详细讲述微电子封装工艺流程及先进封装形式； 4、讲述微电子封装可靠性测试技术； 5、微电子封装与制造企业以及设计公司的关系； 6、实际案例分析。 参加对象： 1、大中专院校微电子专业教师、研究生；； 2、集成电路制造企业工程师，整机制造企业工程师； 3、微电子封装测试、失效分析、质量控制、相关软件研发、市场销售人员； 4、微电子封装工艺设计、制程和研发人员； 5、微电子封装材料和设备销售工程师及其应用的所有人员； 6、微电子封装科研机构和电子信息园区等从业人员 【主办单位】中国电子标准协会培训中心 【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 课程提纲（内容）： Flip Chip Technology and Low Cost Bumping Method l What is Flip Chip l Why Use Flip Chip
l Flip Chip Trend l Flip Chip Boding Technology l Why Underfill l No Flow Underfill l Other Key Issues Wafer Level Packaging l What is IC packaging? l Trend of IC packaging l Definition and Classification of CSP l What is wafer level packaging? l Overview Technology Options —Wafer level High Density Interconnections —Wafer level Integration —Wafer Level towards 3D l WLP toward 3D l Wafer level Challenges l Conclusion 讲师简介： 罗乐（Le Luo）教授 罗教授1982年于南京大学获物理学学士学位，1988年于中科院上海微系统与信息技术研究所获工学博士学位。1990年在超导研究中取得重大突破被破格晋升为副研究员，1991—199
电子封装的现状及发展趋势
现代电子信息技术飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展.电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品.现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势.电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路,并具有良好的电绝缘性.封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用.理想的电子封装材料必须满足以下基本要求: 1)高热导率,低介电常数、低介电损耗,有较好的高频、高功率性能; 2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配,避免芯片的热应力损坏;3)有足够的强度、刚度,对芯片起到支撑和保护的作用; 4)成本尽可能低,满足大规模商业化应用的要求;5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备),并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求,同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片材料的种类很多,包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等. 陶瓷
陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片,陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或)等. 环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.此种材料的力学性能良好,但导热性较差,电性能和线膨胀系数匹配一般.由于其价格低廉,因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用. 金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能,如高热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数、高电阻率(1016n·em)和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年代起,在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热材料,应用于微波雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提高了它们的输出功率.但是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂贵的价格和尺寸的限制,这种技术无法大规模推广. 金属基复合材料 为了解决单一金属作为电子封装基片材料的缺点,人们研究和开
电子封装材料典型应用
电子封装材料典型应用 电子封装材料是用于承载电子元器件及其互连线，并具有良好电绝缘性能的基本材料，主要起机械支持、密封保护、信号传递、散失电子元件所产生的热量等作用，是高功率集成电路的重要组成部分。因此对于封装材料的性能要求有以下几点：具有良好的化学稳定性，导热性能好，热膨胀系数小，有较好的机械强度，便于加工，价格低廉，便于自动化生产等。然而，由于封装场合的多样化以及其所使用场合的差异性，原始的单一封装材料已经不能满足日益发展的集成电路的需要，进而出现了许多新型的封装材料，其中一些典型材料的种类及应用场合列举如下。 1、金属 金属材料早已开发成功并用于电子封装中，因其热导率和机械强度高、加工性能好，因此在封装行业得到了广泛的应用。表1为几种传统封装金属材料的一些基本特性。其中铝的热导率高、质量轻、价格低、易加工，是最常用的封装材料。但由于铝的线膨胀系数α 与Si的线膨胀系数(α1为4．1×10?6/K)和GaAs 1 的线膨胀系数(α1为5．8×10?6/K)相差较大，所以，器件工作时热循环所产生的较大热应力经常导致器件失效，铜材也存在类似的问题。Invar(镍铁合金)和Kovar(铁镍钴合金)系列合金具有非常低的线膨胀系数和良好的焊接性，但电阻很大，导热能力较差，只能作为小功率整流器的散热和连接材料。W和Mo具有与Si相近的线膨胀系数，且其导热性比Kovar合金好，故常用于半导体Si片的支撑材料。但由于W、Mo与Si的浸润性不好、可焊性差，常需要在表面镀上或涂覆特殊的Ag基合金或Ni，从而增加了工序，使材料可靠性变差，提高了成本，增加了污染。此外，W，Mo，Cu的密度较大，不宜作航空、航天材料；而且w，Mo价格昂贵，生产成本高，不适合大量使用。
电子封装材料研究进展
微电子封装与其材料的研究进展 微电子集成电路中，高度密集的微小元件在工作中产生大量热量，由于芯片和封 装材料之间的热膨胀系数不匹配将引起热应力疲劳，封装材料的散热性能不佳也会导 致芯片过热，这二者已成为电力电子器件的主要失效形式[2]。 从根本上说，电子封装的性能、制作工艺、应用及发展等决定于构成封装的各类材料，包括半导体材料、封装基板材料、绝缘材料、导体材料、键合连接材料、封接 封装材料等。它涉及这些材料的可加工成型性，包括热膨胀系数、热导率、介电常数、电阻率等性能在内的材料物性，相容性及价格等等。 新世纪的微电子封装概念已从传统的面向器件转为面向系统，即在封装的信号传递、支持载体、热传导、芯片保护等传统功能的基础上进一步扩展，利用薄膜、厚膜 工艺以及嵌入工艺将系统的信号传输电路及大部分有源、无源元件进行集成，并与芯 片的高密度封装和元器件外贴工艺相结合，从而实现对系统的封装集成，达到最高密 度的封装。从器件的发展水平看，今后封装技术的发展趋势为： （1）单芯片向多芯片发展； （2）平面型封装向立体封装发展； （3）独立芯片封装向系统集成封装发展。 焊球阵列封装（BGA） BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成 品率；虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热 性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小， 使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。③BGA的节距为1.5mm、 1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，与现有的表面安装工艺和设备完全 相容，安装更可靠；④由于焊料熔化时的表面张力具有"自对准"效应，避免了传统封 装引线变形的损失，大大提高了组装成品率；⑤BGA引脚牢固，转运方便；⑥焊球引 出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。 这种BGA的突出的优点：①电性能更好：BGA用焊球代替引线，引出路径短，减少了引脚延迟、电阻、电容和电感；②封装密度更高；由于焊球是整个平面排列， 因此对于同样面积，引脚数更高。 芯片尺寸封装（CSP）