1、電子封裝的現狀及發展趨勢現代電子信息技術飛速發展，電子產品向小型化、便攜化、多功 能化方向發展.電子封裝材料和技術使電子器件最終成為有功能的產 品.現已研發出多種新型封裝材料、技術和工藝.電子封裝正在與電子 設計和制造一起，共同推動著信息化社會的發展 一電子封裝材料現狀近年來，封裝材料的發展一直呈現快速增長的態勢.電子封裝材料用于承載電子元器件及其連接線路，并具有良好的電絕緣性.封裝 對芯片具有機械支撐和環境保護作用，對器件和電路的熱性能和可靠 性起著重要作用.理想的電子封裝材料必須滿足以下基本要求：1）高 熱導率，低介電常數、低介電損耗，有較好的高頻、高功率性能；2） 熱膨脹系數（CTE）與

2、Si或GaAs芯片匹配，避免芯片的熱應力損壞;3） 有足夠的強度、剛度，對芯片起到支撐和保護的作用；4）成本盡可能 低，滿足大規模商業化應用的要求；5）密度盡可能小（主要指航空航天 和移動通信設備）,并具有電磁屏蔽和射頻屏蔽的特性。電子圭寸裝材料 主要包括基板、布線、框架、層間介質和密封材料.1.1基板高電阻率、高熱導率和低介電常數是集成電路對封裝用基片的最 基本要求，同時還應與硅片具有良好的熱匹配、易成型、高表面平整 度、易金屬化、易加工、低成本并具有一定的機械性能電子封裝基片 材料的種類很多，包括：陶瓷、環氧玻璃、金剛石、金屬及金屬基復合 材料等.1.1.1陶瓷陶瓷是電子封裝中常用的一種基

3、片材料，具有較高的絕緣性能和 優異的高頻特性，同時線膨脹系數與電子元器件非常相近，化學性能非常穩定且熱導率高隨著美國、日本等發達國家相繼研究并推出疊片 多層陶瓷基片，陶瓷基片成為當今世界上廣泛應用的幾種高技術陶瓷 之一目前已投人使用的高導熱陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或）等1.1.2環氧玻璃環氧玻璃是進行引腳和塑料封裝成本最低的一種，常用于單層、 雙層或多層印刷板，是一種由環氧樹脂和玻璃纖維（基礎材料）組成的 復合材料.此種材料的力學性能良好，但導熱性較差，電性能和線膨脹 系數匹配一般.由于其價格低廉，因而在表面安裝（SMT）中得到了廣泛 應用.1.1.3金剛石天然金剛石具有作為

4、半導體器件封裝所必需的優良的性能，如高 熱導率（200W八mK）,25oC）、低介電常數（5.5）、高電阻率（1016n em） 和擊穿場強（1000kV/mm）.從20世紀60年代起，在微電子界利用金剛 石作為半導體器件封裝基片，并將金剛石作為散熱材料，應用于微波 雪崩二極管、GeIMPATT碰撞雪崩及渡越時間二極管）和激光器，提高 了它們的輸出功率.但是，受天然金剛石或高溫高壓下合成金剛石昂 貴的價格和尺寸的限制，這種技術無法大規模推廣.1.1.4金屬基復合材料為了解決單一金屬作為電子圭寸裝基片材料的缺點 ，人們研究和開 發了低膨脹、高導熱金屬基復合材料.它與其他電子封裝材料相比， 可以通

5、過改變增強體的種類、體積分數、排列方式 ，基體的合金成分 或熱處理工藝實現材料的熱物理性能設計 ；也可以直接成型，節省材 料，降低成本.用于封裝基片的金屬基復合材料主要為 Cu基和Al基復 合材料1.2布線材料導體布線由金屬化過程完成.基板金屬化是為了把芯片安裝在基 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 厚膜法,前者由真空蒸鍍、濺射、電鍍等方法獲得，后者由絲網印刷、 涂布等方法獲得.薄膜導體材料應滿足以下要求：電阻率低；與薄膜元 件接觸電阻小，不產生化學反應和相互擴散；易于成膜和光刻、線條精 細；抗電遷移能力

6、強；與基板附著強度高，與基板熱膨脹系數匹配好； 可焊性好，具有良好的穩定性和耐蝕性；成本低,易成膜及加工.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,Ti-Au,Ti-Pt-Au等是主要的薄膜導體.為降低成本,近年來采用 Cr-Cu-Au,Cr-Cu-Cr,Cu-Fe-Cu,Ti-Cu-Ni-Au等做導體薄膜.1.3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SiO2:,Si3N4和玻璃.多層布線的導體間必須絕

7、緣，因此，要求介質 有高的絕緣電阻，低的介電常數，膜層致密.1.3.1厚膜多層介質厚膜多層介質要求膜層與導體相容性好，燒結時不與導體發生化 學反應和嚴重擴散，多次燒結不變形，介質層與基板、導體附著牢固， 熱膨脹系數與基板、導體相匹配，適合絲網印刷.薄膜介質分以下3種：(1) 玻璃一陶瓷介質既消除了陶瓷的多孔結構，又克服了玻璃的過流現象，每次燒結陶瓷都能逐漸溶于玻璃中，提高了玻 璃的軟化溫度，適合多次燒結.(2) 微晶玻璃.(3) 聚合物.1.3.2薄膜多層介質薄膜多層介質可以通過CVD法、濺射和真空蒸鍍等薄膜工藝實現 也可以由Si的熱氧化形成5102介質膜.有機介質膜主要是聚酞 亞胺(PI)類

8、,它通過施轉法進行涂布，利用液態流動形成平坦化 結構,加熱固化成膜，刻蝕成各種圖形.此方法簡單、安全性強. 由于Pl的介電常數低、熱穩定性好、耐侵蝕、平坦化好，且原料 價廉,內應力小，易于實現多層化，便于元件微細化，成品率高，適 合多層布線技術，目前國外對聚合物在封裝中的應用進行了大量 研究1.4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，同時也促進了封裝材料的發展.即從過去 的金屬和陶瓷圭寸裝為主轉向塑料圭寸裝.至今,環氧樹脂系密圭寸材料占 整個電路基板密封材料的90噓右.二電子封裝技

9、術的現狀20世紀80年代以前,所有的電子封裝都是面向器件的，到20世 紀90年代出現了 MCM可以說是面向部件的，封裝的概念也在變化.它 不再是一個有源元件，而是一個有功能的部件.因此,現代電子封裝應 該是面向系統或整機的.發展電子封裝，即要使系統小型化，高性能、 高可靠和低成本.電子封裝已經發展到了新階段，同時賦予了許多新 的技術內容.以下是現代電子封裝所涉及的幾種主要的先進封裝技術2.1球柵陣列封裝該技術采用多層布線襯底 ，引線采用焊料球結構，與平面陣列 （PGA）（見圖1）和四邊引線扁平封裝（QFP）（見圖2）相比，其優點為互 連密度高，電、熱性能優良，并且可采用表面安裝技術，引腳節距為

10、 1.27mm或更小.由于多層布線襯底的不同，可有不同類型的球柵陣列 封裝圈1卡曲硝利卅罠P(；A2 陽誼刃桂場p炸鶯qrr1圖J 暉嗎耳時甘龍皿.Affi 4 呦jt球欄巻対mA圏5 帶式庠櫥隆削THCr"S 6 勒護瑯栩陣科I臨心為2,2芯片級封裝這是為提高封裝密度而發展起來的封裝.其芯片面積與封裝面積 之比大于80%封裝形式主要有芯片上引線(LOC),BGA(microBGA)和面 陣列(I 一 GA)等,是提高封裝效率的有效途徑.目前，主要用于靜態存 儲器(SRAM)動態隨機存取存儲器(DRAM)管腳數不多的專用集成電 路(ASIC)和處理器.它的優點主要是測試、裝架、組裝、

11、修理和標準 化等.2.3直接鍵接芯片技術這是一種把芯片直接鍵接到多層襯底或印制電路板上的先進技術,一般有3種方法：引線鍵合法、載帶自動鍵合法和倒裝焊料接合法 第1種方法和目前的芯片工藝相容，是廣泛采用的方法，而后者起源 于IBM,是最有吸引力和成本最低的方法.2.4倒裝法這是一種把芯片電極與襯底連接起來的方法，將芯片的有源面電極做成凸點，使芯片倒裝，再將凸點和襯底的電極連接.過去凸點制作采用半導體工藝.目前，最著名的是焊料凸點(Solderbump)制作技術， 該技術是把倒裝芯片和互連襯底靠可控的焊料塌陷連接在一起，可以減少整體尺寸30%50%電性能改善10%30%并具有高的性能和可靠 性.三行業前景展望(1) 在金屬陶瓷方面，應進一步