先進電子封裝用聚合物材料研究進展-ppt課件

1、 楊士勇 主任/研究員 中國科學院化學研究所高技術材料實驗室 ： 01062564819 : shiyangiccas.ac 先進電子封裝用先進電子封裝用聚合物材料研究進展聚合物材料研究進展2019全國半導體器件技術研討會，杭州，全國半導體器件技術研討會，杭州，2019.07.16 報告內(nèi)容報告內(nèi)容DIPQFPBGA/CSPPGA/BGA60-70S80s90s00s 微電子封裝技術微電子封裝技術-發(fā)展現(xiàn)狀與趨發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢勢MCM/SiP05sQFPPBGAStacked CSPBOCFC BGAEBGASystem In PackagemBGA3 stacked BGATBGABCCSta

2、cked FBGALQFPVFBGAFPBGATSOPSOICQFN微電子封裝技術微電子封裝技術-發(fā)展現(xiàn)狀與趨發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢勢 微電微電/光子混合封裝技術光子混合封裝技術 聚合物封裝材料的重要作用關關鍵鍵性性封封裝裝材材料料1、高性能環(huán)氧塑封材料、高性能環(huán)氧塑封材料5、導電、導電/熱粘結材料熱粘結材料 3、高密度多層封裝基板、高密度多層封裝基板. . . . . . . . . . .2、層間介電絕緣材料、層間介電絕緣材料4 4、光波傳導介質(zhì)材料、光波傳導介質(zhì)材料 重要的聚合物材料重要的聚合物材料 1、功能性環(huán)氧樹脂、功能性環(huán)氧樹脂 2、高性能聚酰亞胺、高性能聚酰亞胺 3、特種有機硅樹脂、特種

3、有機硅樹脂 4、光敏性、光敏性BCB樹脂樹脂 5、高性能氰酸酯樹脂、高性能氰酸酯樹脂 High Chemical PurityHigh Optical TransparencyHigh SolubilityHigh Adhesive Low StressLow Ion ContentsLow PriceLow Shrinkage 聚合物封裝材料的性能需求聚合物封裝材料的性能需求 二、高性能環(huán)氧模塑材料 1、本征阻燃化：無毒無害 2、耐高溫化：260-280 oC 3、工藝簡單化: 低成本、易加工 環(huán)氧塑封材料的無鹵阻燃化環(huán)氧塑封材料的無鹵阻燃化OORRRRCCH3CH3HOOHBrBrBrBr

4、環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂的阻燃性的阻燃性 實現(xiàn)環(huán)氧塑封材料無鹵阻燃的途徑實現(xiàn)環(huán)氧塑封材料無鹵阻燃的途徑 本征阻燃性環(huán)氧塑封材料本征阻燃性環(huán)氧塑封材料OnF3COOHnF3C本征阻燃性環(huán)氧塑封材料本征阻燃性環(huán)氧塑封材料8081828384850.070.080.090.100.110.120.130.140.15Water update (%)SiO2 content(wt.%) B series F series 樣品尺寸：樣品尺寸：5050* *3 mm3 mm測試條件：沸水中浸泡測試條件：沸水中浸泡8 8小時小時本征阻燃性環(huán)氧樹脂的阻燃機理本征阻燃性環(huán)氧樹脂的阻燃機理 主鏈中含有聯(lián)苯結構和苯撐結構

5、的酚醛型環(huán)氧樹脂和酚主鏈中含有聯(lián)苯結構和苯撐結構的酚醛型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧固化劑在固化反應后形成了高度阻燃的網(wǎng)絡結構，醛型環(huán)氧固化劑在固化反應后形成了高度阻燃的網(wǎng)絡結構，其阻燃性主要歸功于在高溫下的低彈性和高抗分解性導致燃其阻燃性主要歸功于在高溫下的低彈性和高抗分解性導致燃燒時形成穩(wěn)定的泡沫層。泡沫層主要由樹脂體，炭和分解時燒時形成穩(wěn)定的泡沫層。泡沫層主要由樹脂體，炭和分解時產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)構成，有效地阻隔了熱傳遞。產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)構成，有效地阻隔了熱傳遞。 最近研制無鹵阻燃塑封料的性能最近研制無鹵阻燃塑封料的性能 高耐熱高耐熱PI塑封材料塑封材料2002503003504001031041

6、05106050010001500200025003000 In*I, Pa.STemperature, oCTime, S 0200040006000800010000104105106200220240260280300320340360380400 In*I, Pa.STime, STemperature, oC 注射溫度：注射溫度：360 oC360 oC 注射壓力：注射壓力：150 MPa150 MPa模具溫度：模具溫度：150 oC150 oC100200300400500600700800406080100 Weight, %Temperature, oCKHTPI-1 三、液體

7、環(huán)氧底填料 Underfill 的作用的作用: 1) 增強機械穩(wěn)定性增強機械穩(wěn)定性 2) 降低降低CTE及內(nèi)應力及內(nèi)應力 3) 防塵防潮防污染防塵防潮防污染 環(huán)氧底填料的填充工藝環(huán)氧底填料的填充工藝環(huán)氧底填料成為工藝成敗的關鍵因素環(huán)氧底填料成為工藝成敗的關鍵因素 典型典型Underfill材料的性能材料的性能 四、Low-k 層間介質(zhì)材料 1、光敏聚酰亞胺樹脂 2、光敏BCB樹脂 3、光敏PBO樹脂 高電絕緣性高電絕緣性擊穿強度高擊穿強度高低低CTEOOOONON低介電常數(shù)低介電常數(shù)低介電損耗低介電損耗寬頻寬頻/高溫穩(wěn)定高溫穩(wěn)定吸潮率低吸潮率低抗高溫濕熱抗高溫濕熱 尺寸穩(wěn)定好尺寸穩(wěn)定好/抗蠕變

8、抗蠕變Polyimides耐化學腐蝕耐化學腐蝕物理穩(wěn)定性好物理穩(wěn)定性好 耐高溫耐高溫/耐低溫耐低溫 聚酰亞胺在電子封裝中的應用聚酰亞胺在電子封裝中的應用 1、芯片表面鈍化保護； 2、多層互連結構的層間 介電絕緣層ILD）； 3、凸點制作工藝 4、應力緩沖涂層； 5、多層封裝基板制造 PI在在FC-BGA/CSP中的典型應用中的典型應用先進封裝對先進封裝對PI材料的性能要求材料的性能要求 PSPI樹脂的發(fā)展趨勢樹脂的發(fā)展趨勢 PSPI樹脂的光刻工藝樹脂的光刻工藝非光敏性PI樹脂光敏性PI樹脂 化學所層間介質(zhì)樹脂的研究HOCF3OHCF3F3CHOCF3OHCF3F3CO2NNO2HOCF3OHH

9、2NNH2F3CCF3ClOCCF3COClRCF3CORNHHOCF3F3CCF3N CHOHOnnCF3RNOCF3F3CCF3NOHNO3Pd/Chydrazinepropylene oxide-2nH2OPoly(o-hydroxyamide) (PHA)PBOR=-H; PBO-1R=-CF3, PBO-29F-bisphenol9FAPR=-H; PHA-1R=-CF3, PHA-2國產(chǎn)正性PSPI樹脂的光刻圖形 光敏性苯并環(huán)丁烯光敏性苯并環(huán)丁烯(BCB)樹脂樹脂 光敏性光敏性BCB樹脂的化學過程樹脂的化學過程101001000020406080100101001000020406

10、080100R (%)Exposure dose mJ/cm2D0D1/2D1D0=550 mJ/cm20=lg(D0/D1)-1=1.96 五、高密度封裝基板 1、低介電常數(shù)與損耗 2、耐高溫化：260 oC 3、多層高密度化 先進聚合物封裝基板微孔連接微孔連接微細布線微細布線多層布線多層布線薄型化薄型化封裝基板對材料性能的要求封裝基板對材料性能的要求封裝技術發(fā)展封裝技術發(fā)展無鉛化無鉛化高密度化高密度化高速高頻高速高頻系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成化化高韌性高韌性高高TgTg低介電常數(shù)低介電常數(shù)低吸水率低吸水率綜合性能優(yōu)異綜合性能優(yōu)異低低CTECTE微細互聯(lián)多層化薄型化高頻信號集膚效應信號衰減多類型系統(tǒng)混

11、雜植入無源有源器件回流焊溫度提高約30oC液態(tài)經(jīng)歷時間延長降溫速率加快優(yōu)點：加工性能好成本低缺陷：Tg低（150oC）韌性差封裝基板用基體樹脂封裝基板用基體樹脂環(huán)氧樹脂BT樹脂PI樹脂OOOONONONOOO C N優(yōu)點：Tg較高（200oC）缺陷：韌性差優(yōu)點：高Tg（300oC）高力學性能綜合性能優(yōu)異缺陷：加工困難高密度高密度PIPI封裝基板材料封裝基板材料 有芯板 無芯板高密度封裝基板的性能高密度封裝基板的性能代表性封裝基板性能代表性封裝基板性能42 化學所化學所PI封裝基板樹脂研究封裝基板樹脂研究熱塑性聚酰亞胺熱固性聚酰亞胺ArOnNOONNOOOONOOArMPIaAr=OOF3CCF

12、3OOMPIbCF3F3CArOnNOONNOOOONOOArAr=OOF3CCF3andHTPIOOF3CCF3HGPI-1OOF3CCF3OOH3CH3CCH3CH3OOF3CCF3CH3H3CCH3H3CCH3CH3;HGPI-3HGPI-4HGPI-2PI封裝基板材料性能封裝基板材料性能 六、光波導介質(zhì)材料 PI光波傳導介質(zhì)材料光波傳導介質(zhì)材料PI光波傳導材料的典型性能光波傳導材料的典型性能150200250300350400450312.5oC327.4oC350.4oCPI-3 ODPA/6FMAPI-1 BPDA/6FMAPI-2 BTDA/6FMAHeat Flow (w/g)Temperature(oC)PI-4 6FDA/6FMA365.3oCPI-1PI-2PI-3PI-4