.,電子封裝材料及其應用,.,目錄,一、,二、,三、,四、,電子封裝材料的概念,電子封裝材料的分類,電子封裝的應用,結語,.,電子封裝電子封裝是指對電路芯片進行包裝，保護電路芯片，使其免受外界環境影響的包裝。電子封裝材料電子封裝材料是用于承載電子元器件及其相互聯線，起機械支持，密封環境保護，信號傳遞，散熱和屏蔽等作用的基體材料。,一、電子封裝材料的概念,.,二、電子封裝材料的分類,電子封裝材料,基板,布線,框架,層間介質,密封材料,.,陶瓷,環氧玻璃,金剛石,金屬,金屬基復合材料,主要包括,高密度多層封裝基板主要在半導體芯片與常規PCB（印制電路板）之間起電氣過渡作用，同時為芯片提供保護、支撐、散熱作用。,基體,.,封裝基板主要包括三種類型:1)硬質BT樹脂基板：硬質BT樹脂基板主要由BT樹脂（雙馬來酰亞胺三嗪樹脂）和玻纖布經反應性模壓工藝而制成。2)韌性PI(聚酰亞胺)薄膜基板：在線路微細化、輕量化、薄型化、高散熱性需求的驅動下，主要用于便攜式電子產品的高密度、多I/O數的IC封裝。3）共燒陶瓷多層基板：燒陶瓷基板包括高溫共燒陶瓷基板（HTCC）和低溫共燒基板(LTCC)。和HTCC相比,LTCC基板的介電常數較低,適于高速電路；燒結溫度低,可使用導電率高的導體材料；布線密度高，且可以在LTCC結構中埋置元器件。,.,布線,導體布線由金屬化過程完成?；褰饘倩菫榱税研酒惭b在基板上和使芯片與其他元器件相連接。為此，要求布線金屬具有低的電阻率和好的可焊性，而且與基板接合牢固。金屬化的方法有薄膜法和后膜法。Al是半導體集成電路中最常用的薄膜導體材料，其缺點是抗電子遷移能力差。Cu導體是近年來多層布線中廣泛應用的材料，Au，Ag，NiCrAu，TiAu，TiPtAu等是主要的薄膜導體。為降低成本，近年來采用CrCuAu，CrCuCr，CuFeCu，TiCuNiAu等做導體薄膜。,.,層間介質,介質材料在電子封裝中起著重要的作用，如保護電路、隔離絕緣和防止信號失真等。它分為有機和無機2種，前者主要為聚合物，后者為Si02，Si3N4和玻璃。多層布線的導體間必須絕緣，因此，要求介質有高的絕緣電阻，低的介電常數，膜層致密。,.,密封材料,電子器件和集成電路的密封材料主要是陶瓷和塑料。最早用于封裝的材料是陶瓷和金屬，隨著電路密度和功能的不斷提高，對封裝技術提出了更多更高的要求，從過去的金屬和陶瓷封裝為主轉向塑料封裝。至今，環氧樹脂系密封材料占整個電路基板密封材料的90左右樹脂密封材料的組成為環氧樹脂(基料樹脂及固化劑)、填料(二氧化硅)、固化促進劑、偶聯劑(用于提高與填料間的潤濕性和粘結性)、阻燃劑、饒性賦予劑、著色劑、離子捕捉劑(腐蝕性離子的固化)和脫模劑等。目前，國外8090半導體器件密封材料(日本幾乎全部)為環氧樹脂封裝材料，具有廣闊的發展前景。,.,三、電子封裝工藝,電子封裝結構的三個層次,.,3.電子封裝材料研究現狀,3.1陶瓷基封裝材料3.2塑料基封裝材料3.3金屬基封裝材料3.4三種類型封裝材料對比3.5綠色電子封裝材料,.,3.1陶瓷基封裝材料,a.優勢與劣勢：優勢：1)低介電常數,高頻性能好2)絕緣性好、可靠性高3)強度高,熱穩定性好4)低熱膨脹系數,高熱導率5)氣密性好,化學性能穩定6)耐濕性好,不易產生微裂現象劣勢：成本較高，適用于高級微電子器件的封裝（航空航天及軍事領域）,.,Al2O3陶瓷基片由于原料豐富、強度、硬度高、絕緣性、化學穩定性、與金屬附著性良好，是目前應用最成熟的陶瓷基封裝材料。但是Al2O3熱膨脹系數和介電常數比Si高，熱導率不夠高，限制了其在高頻，高功率，超大規模集成封裝領域的應用。AlN具有優良的電性能和熱性能，適用于高功率，多引線和大尺寸封裝。但是AlN存在燒結溫度高，制備工藝復雜，成本高等缺點，限制了其大規模生產和使用。SiC陶瓷的熱導率很高，熱膨脹系數較低，電絕緣性能良好，強度高。但是SiC介電常數太高，限制了高頻應用，僅適用于低頻封裝。,.,3.2塑料基封裝材料,a.優勢與劣勢：塑料基封裝材料成本低、工藝簡單、在電子封裝材料中用量最大、發展最快。它是實現電子產品小型化、輕量化和低成本的一類重要封裝材料。但是塑料基封裝材料存在熱膨脹系數（與Si）不匹配，熱導率低，介電損耗高，脆性大等不足。,.,b.常用塑料基封裝材料,環氧模塑料（EMC)具有優良的粘結性、優異的電絕緣性、強度高、耐熱性和耐化學腐蝕性好、吸水率低，成型工藝性好等特點。環氧塑封料目前存在熱導率不夠高，介電常數、介電損耗過高等問題急需解決?？赏ㄟ^添加無機填料來改善熱導和介電性質。有機硅封裝材料：硅橡膠具有較好的耐熱老化、耐紫外線老化、絕緣性能，主要應用在半導體芯片涂層和LED封裝膠上。將復合硅樹脂和有機硅油混合,在催化劑條件下發生加成反應,得到無色透明的有機硅封裝材料。環氧樹脂作為透鏡材料時,耐老化性能明顯不足,與內封裝材料界面不相容,使LED的壽命急劇降低。硅橡膠則表現出與內封裝材料良好的界面相容性和耐老化性能.,.,聚酰亞胺封裝：聚酰亞胺可耐350450的高溫、絕緣性好、介電性能優良、抗有機溶劑和潮氣的浸濕等優點，主要用于芯片的鈍化層、應力緩沖和保護涂層、層間介電材料、液晶取向膜等,特別用于柔性線路板的基材。,.,3.3金屬基封裝材料,a.優勢與劣勢：金屬基封裝材料較早應用到電子封裝中,因其熱導率和強度較高、加工性能較好，至今仍在研究、開發和推廣。但是傳統金屬基封裝材料的熱膨脹系數不匹配,密度大等缺點妨礙其廣泛應用。,.,b.常用金屬基電子封裝材料,傳統金屬基封裝材料：Al：熱導率高、密度低、成本低、易加工，應用最廣泛。但Al的熱膨脹系數與Si等差異較大，器件常因較大的熱應力而失效，Cu也是如此。W、Mo：熱膨脹系數與Si相近，熱導率較高，常用于半導體Si片的支撐材料。但W、Mo與Si的浸潤性差、焊接性差。另外W、Mo、Cu的密度較大,不宜航空航天使用；W、Mo成本高，不宜大量使用。,.,新型金屬基封裝材料：Si/Al合金：利用噴射成形技術制備出Si質量分數為70%的Si2Al合金，其熱膨脹系數為(6-8)10-6K-1熱導率大于100W/(mK)密度為2.4-2.5g/cm3,可用于微波線路、光電轉換器和集成線路的封裝等。提高Si含量,可降低熱膨脹系數和合金密度,但增加了氣孔率,降低了熱導率和抗彎強度。Si含量相同時,Si顆粒較大的合金的熱導率和熱膨脹系數較高,Si顆粒較小的合金的抗彎強度較高。Al/Si2合金應用前景廣闊。,.,Cu/C纖維封裝：C纖維的縱向熱導率高（1000W/(mk)），熱膨脹系數很?。?1.610-6K-1因），此Cu/C纖維封裝材料具有優異的熱性能。對于Cu/C纖維封裝材料，其具有明顯的各向異性，沿著C纖維方向的熱導率遠高于橫向分布的熱導率。Cu與C的潤濕性差,固態和液態時的溶解度小,且不發生化學反應。因此,Cu/C纖維封裝材料的界面結合是以機械結合為主的物理結合,界面結合較弱。所以，Cu/C纖維封裝材料制備過程中需要首先解決兩組元之間的相溶性問題,以實現界面的良好結合。此外,C纖維價格昂貴，而且Cu/C纖維封裝材料還存在熱膨脹滯后的問題。,.,3.4三種類型封裝材料對比,塑料基封裝材料的密度較小,介電性能較好,熱導率不高,熱膨脹系數不匹配,但成本較低,可滿足一般的封裝技術要求。金屬基封裝材料的熱導率較高,但熱膨脹系數不匹配,成本較高。陶瓷基封裝材料的密度較小,熱導率較高,熱膨脹系數匹配,是一種綜合性能較好的封裝方式,.,3.5綠色電子封裝材料,綠色電子封裝是指在電子產品整個封裝過程中，必須考慮資源能源消耗和環境影響等問題，并兼顧技術和經濟因素，使得電子封裝企業的經濟效益和社會效益達到協調優化的電子封裝理念。目前研究比較多的綠色電子封裝是封裝材料的無鉛無鹵化問題。綠色電子封裝要求封裝材料，包括互連材料(如無鉛焊料和焊膏等)和被連接材料(如印刷電路板、電子元器件等)以及連接后清洗所用的清洗劑等，均不得使用含鉛及含鹵素材料。,.,結語,在未來相當長時間內,電子封裝材料仍以塑料基為主。發展方向為：1.)超大規模集成化、微型化、高性能化和低成本化。2.)滿足球柵陣列(BGA)、芯片級(CSP)、多芯片組件（MCM）等先進新型封裝形式的新型環氧模塑料。3.)無鹵、銻元素,綠色環保,適用于無鉛焊料工藝的高溫260回流焊要求。4.)開發高純度、低黏度、多官能團、低吸水率、低應力、耐熱性好的環氧樹脂.新型環氧模塑料將走俏市場,有機硅類或聚酰亞胺類很有發展前景,.,在軍事、航空航天和高端民用電子器件等領域,陶瓷基封裝材料