電子封裝材料ppt

1、電子封裝材料及其應(yīng)用電子封裝材料及其應(yīng)用 主講人： 王科 鄢冬冬目錄目錄 一、 二、 三、四、電子封裝材料的概念電子封裝材料的分類(lèi)電子封裝的應(yīng)用結(jié)語(yǔ)電子封裝 電子封裝是指對(duì)電路芯片進(jìn)行包裝，保護(hù)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(jī)械支持，密封環(huán)境保護(hù)，信號(hào)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(lèi) 電子封電子封裝材料裝材料基板基板布線布線框架框架層間介質(zhì)層間介質(zhì)密封材料密封材料 陶瓷陶瓷環(huán)氧玻璃環(huán)氧玻璃金剛石金剛石金屬金屬金屬基復(fù)金屬基復(fù)合材料合材料主要包括主要包括 高密度多層封裝基板主要在半

2、導(dǎo)體芯片與常規(guī) PCB （印制電路板）之間起電氣過(guò)渡作用，同時(shí)為芯片提供保護(hù)、支撐、散熱作用?；w 封裝基板主要包括三種類(lèi)型: 1) 硬質(zhì) BT 樹(shù)脂基板：硬質(zhì) BT 樹(shù)脂基板主要由 BT 樹(shù)脂（雙馬來(lái)酰亞胺三嗪樹(shù)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(xì)化、輕量化、薄型化、高散熱性需求的驅(qū)動(dòng)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

3、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(guò)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(dǎo)體集成電路中最常用的薄膜導(dǎo)體材料，其缺點(diǎn)是抗電子遷移能力差。Cu導(dǎo)體是近年來(lái)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(lái)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(hù)電路、隔離絕緣和防止信號(hào)失

4、真等。 它分為有機(jī)和無(wú)機(jī)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(duì)封裝技術(shù)提出了更多更高的要求，從過(guò)去的金屬和陶瓷封裝為主轉(zhuǎn)向塑料封裝。至今，環(huán)氧樹(shù)脂系密封材料占整個(gè)電路基板密封材料的90左右 樹(shù)脂密封材料的組成為環(huán)氧樹(shù)脂(基料樹(shù)脂及固化劑)、填料(二氧化硅)、固化促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑(用于提高與填料間的潤(rùn)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

5、等。目前，國(guó)外8090半導(dǎo)體器件密封材料(日本幾乎全部)為環(huán)氧樹(shù)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(gè)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(lèi)型封裝材料對(duì)比3.5 綠色電子封裝材料3.1 陶瓷基封裝材料陶瓷基封裝材料a.優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：1)低介電常數(shù),高頻性能好 2)絕緣性好、 可靠性高 3)強(qiáng)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(shì)： 成本較高，適用于高級(jí)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

6、料豐富、強(qiáng)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(diǎn)，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(qiáng)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 塑料基封裝材料塑料基封裝材料a.優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)： 塑料基封裝材料成本低、工藝簡(jiǎn)單、在電子封裝材料中用量最大、發(fā)展最

7、快。它是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、 輕量化和低成本的一類(lèi)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(qiáng)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(diǎn)。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(guò)高等問(wèn)題急需解決。可通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料來(lái)改善熱導(dǎo)和介電性質(zhì)。 有機(jī)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(shù)脂和有機(jī)硅油混合, 在催化劑條件下發(fā)生加成反應(yīng), 得到無(wú)色透明的有機(jī)硅封裝材料

8、。環(huán)氧樹(shù)脂作為透鏡材料時(shí),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(jī)溶劑和潮氣的浸濕等優(yōu)點(diǎn)，主要用于芯片的鈍化層、應(yīng)力緩沖和保護(hù)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金屬基封裝材料金屬基封裝材料a.優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)： 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(qiáng)度較高、加工性能較好，至今仍在研究、開(kāi)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(diǎn)妨礙其廣泛應(yīng)用。b.常用金屬基電子封裝材料傳

9、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(rùn)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?jǐn)?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

10、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(qiáng)度。Si含量相同時(shí),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(qiáng)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)很小（-1.610-6K-1因），此Cu/C纖維封裝材料具有優(yōu)異的熱性能。對(duì)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(yuǎn)高于橫向分布的熱導(dǎo)率。 Cu與C的潤(rùn)濕性差,固態(tài)和液態(tài)時(shí)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(jī)械結(jié)合為主的物理結(jié)合, 界面結(jié)合較弱。所以，Cu/

11、C纖維封裝材料制備過(guò)程中需要首先解決兩組元之間的相溶性問(wèn)題,以實(shí)現(xiàn)界面的良好結(jié)合。此外,C纖維價(jià)格昂貴，而且Cu/C纖維封裝材料還存在熱膨脹滯后的問(wèn)題。3.4三種類(lèi)型封裝材料對(duì)比三種類(lèi)型封裝材料對(duì)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(gè)封裝過(guò)程中，必須考慮資源能源消耗和環(huán)境影響等問(wèn)題，并兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，使得電子封裝企業(yè)

12、的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益達(dá)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(wú)鉛無(wú)鹵化問(wèn)題。 綠色電子封裝要求封裝材料，包括互連材料(如無(wú)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(yǔ)結(jié)語(yǔ)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),電子封裝材料仍以塑料基為主。發(fā)展方向?yàn)椋?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(jí)(CSP)、多芯片組件（MCM）等先進(jìn)新型封裝形式的新型環(huán)氧模塑料。 3.)無(wú)鹵、銻元素,綠色環(huán)保,適用于無(wú)鉛焊料工藝的高溫260回流焊要求。 4.)開(kāi)發(fā)高純度、低黏度、多官能團(tuán)、低吸水率、低應(yīng)力、耐熱性好的環(huán)氧樹(shù)脂.新型環(huán)氧模塑料將走俏市場(chǎng),有機(jī)硅類(lèi)或聚酰亞胺類(lèi)很有發(fā)展前景 在軍事、 航空航天和高端民