電子封裝材料及其應(yīng)用ppt精選課件

.,電子封裝材料及其應(yīng)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(yīng)用,結(jié)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(huán)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(lián)線，起機械支持，密封環(huán)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(zhì),密封材料,.,陶瓷,環(huán)氧玻璃,金剛石,金屬,金屬基復(fù)合材料,主要包括,高密度多層封裝基板主要在半導(dǎo)體芯片與常規(guī)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(zhì)BT樹脂基板：硬質(zhì)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(jīng)反應(yīng)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(qū)動下，主要用于便攜式電子產(chǎn)品的高密度、多I/O數(shù)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(shù)較低,適于高速電路；燒結(jié)溫度低,可使用導(dǎo)電率高的導(dǎo)體材料；布線密度高，且可以在LTCC結(jié)構(gòu)中埋置元器件。,.,布線,導(dǎo)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后膜法。Al是半導(dǎo)體集成電路中最常用的薄膜導(dǎo)體材料，其缺點是抗電子遷移能力差。Cu導(dǎo)體是近年來多層布線中廣泛應(yīng)用的材料，Au，Ag，NiCrAu，TiAu，TiPtAu等是主要的薄膜導(dǎo)體。為降低成本，近年來采用CrCuAu，CrCuCr，CuFeCu，TiCuNiAu等做導(dǎo)體薄膜。,.,層間介質(zhì),介質(zhì)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(dǎo)體間必須絕緣，因此，要求介質(zhì)有高的絕緣電阻，低的介電常數(shù)，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(shù)提出了更多更高的要求，從過去的金屬和陶瓷封裝為主轉(zhuǎn)向塑料封裝。至今，環(huán)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(huán)氧樹脂(基料樹脂及固化劑)、填料(二氧化硅)、固化促進劑、偶聯(lián)劑(用于提高與填料間的潤濕性和粘結(jié)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(dǎo)體器件密封材料(日本幾乎全部)為環(huán)氧樹脂封裝材料，具有廣闊的發(fā)展前景。,.,三、電子封裝工藝,電子封裝結(jié)構(gòu)的三個層次,.,3.電子封裝材料研究現(xiàn)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(yōu)勢與劣勢：優(yōu)勢：1)低介電常數(shù),高頻性能好2)絕緣性好、可靠性高3)強度高,熱穩(wěn)定性好4)低熱膨脹系數(shù),高熱導(dǎo)率5)氣密性好,化學(xué)性能穩(wěn)定6)耐濕性好,不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)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(lǐng)域）,.,Al2O3陶瓷基片由于原料豐富、強度、硬度高、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬附著性良好，是目前應(yīng)用最成熟的陶瓷基封裝材料。但是Al2O3熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)比Si高，熱導(dǎo)率不夠高，限制了其在高頻，高功率，超大規(guī)模集成封裝領(lǐng)域的應(yīng)用。AlN具有優(yōu)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(jié)溫度高，制備工藝復(fù)雜，成本高等缺點，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和使用。SiC陶瓷的熱導(dǎo)率很高，熱膨脹系數(shù)較低，電絕緣性能良好，強度高。但是SiC介電常數(shù)太高，限制了高頻應(yīng)用，僅適用于低頻封裝。,.,3.2塑料基封裝材料,a.優(yōu)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(fā)展最快。它是實現(xiàn)電子產(chǎn)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(shù)（與Si）不匹配，熱導(dǎo)率低，介電損耗高，脆性大等不足。,.,b.常用塑料基封裝材料,環(huán)氧模塑料（EMC)具有優(yōu)良的粘結(jié)性、優(yōu)異的電絕緣性、強度高、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性好、吸水率低，成型工藝性好等特點。環(huán)氧塑封料目前存在熱導(dǎo)率不夠高，介電常數(shù)、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(dǎo)和介電性質(zhì)。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(yīng)用在半導(dǎo)體芯片涂層和LED封裝膠上。將復(fù)合硅樹脂和有機硅油混合,在催化劑條件下發(fā)生加成反應(yīng),得到無色透明的有機硅封裝材料。環(huán)氧樹脂作為透鏡材料時,耐老化性能明顯不足,與內(nèi)封裝材料界面不相容,使LED的壽命急劇降低。硅橡膠則表現(xiàn)出與內(nèi)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(yōu)良、抗有機溶劑和潮氣的浸濕等優(yōu)點，主要用于芯片的鈍化層、應(yīng)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(yōu)勢與劣勢：金屬基封裝材料較早應(yīng)用到電子封裝中,因其熱導(dǎo)率和強度較高、加工性能較好，至今仍在研究、開發(fā)和推廣。但是傳統(tǒng)金屬基封裝材料的熱膨脹系數(shù)不匹配,密度大等缺點妨礙其廣泛應(yīng)用。,.,b.常用金屬基電子封裝材料,傳統(tǒng)金屬基封裝材料：Al：熱導(dǎo)率高、密度低、成本低、易加工，應(yīng)用最廣泛。但Al的熱膨脹系數(shù)與Si等差異較大，器件常因較大的熱應(yīng)力而失效，Cu也是如此。W、Mo：熱膨脹系數(shù)與Si相近，熱導(dǎo)率較高，常用于半導(dǎo)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(shù)制備出Si質(zhì)量分數(shù)為70%的Si2Al合金，其熱膨脹系數(shù)為(6-8)10-6K-1熱導(dǎo)率大于100W/(mK)密度為2.4-2.5g/cm3,可用于微波線路、光電轉(zhuǎn)換器和集成線路的封裝等。提高Si含量,可降低熱膨脹系數(shù)和合金密度,但增加了氣孔率,降低了熱導(dǎo)率和抗彎強度。Si含量相同時,Si顆粒較大的合金的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)較高,Si顆粒較小的合金的抗彎強度較高。Al/Si2合金應(yīng)用前景廣闊。,.,Cu/C纖維封裝：C纖維的縱向熱導(dǎo)率高（1000W/(mk)），熱膨脹系數(shù)很?。?1.610-6K-1因），此Cu/C纖維封裝材料具有優(yōu)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(dǎo)率遠高于橫向分布的熱導(dǎo)率。Cu與C的潤濕性差,固態(tài)和液態(tài)時的溶解度小,且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此,Cu/C纖維封裝材料的界面結(jié)合是以機械結(jié)合為主的物理結(jié)合,界面結(jié)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(xiàn)界面的良好結(jié)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(dǎo)率不高,熱膨脹系數(shù)不匹配,但成本較低,可滿足一般的封裝技術(shù)要求。金屬基封裝材料的熱導(dǎo)率較高,但熱膨脹系數(shù)不匹配,成本較高。陶瓷基封裝材料的密度較小,熱導(dǎo)率較高,熱膨脹系數(shù)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(chǎn)品整個封裝過程中，必須考慮資源能源消耗和環(huán)境影響等問題，并兼顧技術(shù)和經(jīng)濟因素，使得電子封裝企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益達到協(xié)調(diào)優(yōu)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(jié)語,在未來相當(dāng)長時間內(nèi),電子封裝材料仍以塑料基為主。發(fā)展方向為：1.)超大規(guī)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(huán)氧模塑料。3.)無鹵、銻元素,綠色環(huán)保,適用于無鉛焊料工藝的高溫260回流焊要求。4.)開發(fā)高純度、低黏度、多官能團、低吸水率、低應(yīng)力、耐熱性好的環(huán)氧樹脂.新型環(huán)氧模塑料將走俏市場,有機硅類或聚酰亞胺類很有發(fā)展前景,.,在軍事、航空航天和高端民用電子器件等領(lǐng)域,陶瓷基封裝材料