電子封裝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、電子封裝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)代電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品向小型化、便攜化、多功能化方向發(fā)展.電子封裝材料和技術(shù)使電子器件最終成為有功能的產(chǎn)品,現(xiàn)已研發(fā)出多種新型封裝材料、技術(shù)和工藝.電子封裝正在與電子設(shè)計(jì)和制造一起，共同推動(dòng)著信息化社會的發(fā)展一.電子封裝材料現(xiàn)狀近年來，封裝材料的發(fā)展一直呈現(xiàn)快速增長的態(tài)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(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)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(dǎo)率，低介電常數(shù)、低介電損耗，有較好的高頻、高功率性能；2）熱膨脹系數(shù)（CTE）與Si或GaAs

2、芯片匹配，避免芯片的熱應(yīng)力損壞；3）有足夠的強(qiáng)度、剛度，對芯片起到支撐和保護(hù)的作用；4）成本盡可能低，滿足大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的要求;5）密度盡可能?。ㄖ饕负娇蘸教旌鸵苿?dòng)通信設(shè)備）,并具有電磁屏蔽和射頻屏蔽的特性。電子封裝材料主要包括基板、布線、框架、層間介質(zhì)和密封材料.1.1 基板高電阻率、高熱導(dǎo)率和低介電常數(shù)是集成電路對封裝用基片的最基本要求，同時(shí)還應(yīng)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(jī)械性能電子封裝基片材料的種類很多，包括：陶瓷、環(huán)氧玻璃、金剛石、金屬及金屬基復(fù)合材料等.1.1.1 陶瓷陶瓷是電子封裝中常用的一種基片材料，具有較高的絕緣性能和

3、優(yōu)異的高頻特性，同時(shí)線膨脹系數(shù)與電子元器件非常相近，化學(xué)性能非常穩(wěn)定且熱導(dǎo)率高隨著美國、日本等發(fā)達(dá)國家相繼研究并推出疊片多層陶瓷基片，陶瓷基片成為當(dāng)今世界上廣泛應(yīng)用的幾種高技術(shù)陶瓷之一目前已投入使用的高導(dǎo)熱陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或）等.1.1.2 環(huán)氧玻璃環(huán)氧玻璃是進(jìn)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(huán)氧樹脂和玻璃纖維（基礎(chǔ)材料）組成的復(fù)合材料.此種材料的力學(xué)性能良好，但導(dǎo)熱性較差，電性能和線膨脹系數(shù)匹配一般.由于其價(jià)格低廉，因而在表面安裝（SMT）中得到了廣泛應(yīng)用.1.1.3 金剛石天然金剛石具有作為半導(dǎo)體器件封裝所必需的優(yōu)良的性能，如

4、高熱導(dǎo)率（200WAmK）,25oC）、低介電常數(shù)（5.5）、高電阻率（1016nem）和擊穿場強(qiáng)（1000kV/mm）.從20世紀(jì)60年代起，在微電子界利用金剛石作為半導(dǎo)體器件封裝基片，并將金剛石作為散熱材料，應(yīng)用于微波雪崩二極管、GeIMPAT砸撞雪崩及渡越時(shí)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(jià)格和尺寸的限制，這種技術(shù)無法大規(guī)模推廣.1.1.4 金屬基復(fù)合材料為了解決單一金屬作為電子封裝基片材料的缺點(diǎn)，人們研究和開發(fā)了低膨脹、高導(dǎo)熱金屬基復(fù)合材料.它與其他電子封裝材料相比，可以通過改變增強(qiáng)體的種類、體積分?jǐn)?shù)、排列方式，基體的合金成分或熱

5、處理工藝實(shí)現(xiàn)材料的熱物理性能設(shè)計(jì)；也可以直接成型，節(jié)省材料，降低成本.用于封裝基片的金屬基復(fù)合材料主要為C遑和Al基復(fù)合材料1.2 布線材料導(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厚膜法，前者由真空蒸鍍、濺射、電鍍等方法獲得，后者由絲網(wǎng)印刷、涂布等方法獲得.薄膜導(dǎo)體材料應(yīng)滿足以下要求：電阻率低；與薄膜元件接觸電阻小，不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和相互擴(kuò)散；易于成膜和光刻、線條精細(xì)；抗電遷移能力強(qiáng)；與基板附著強(qiáng)度高，與基板熱膨脹系數(shù)匹配好；可焊性好，具有良好的穩(wěn)定性和耐蝕性；

6、成本低，易成膜及加工.Al是半導(dǎo)體集成電路中最常用的薄膜導(dǎo)體材料，具缺點(diǎn)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,Ti-Au,Ti-Pt-Au等是主要的薄膜導(dǎo)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(dǎo)體薄膜.1.3 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失真等.它分為有機(jī)和無機(jī)2種，前者主要為聚合物，后者為SiO2:,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.1.3.1 厚膜多層介質(zhì)厚膜多層介

7、質(zhì)要求膜層與導(dǎo)體相容性好，燒結(jié)時(shí)不與導(dǎo)體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，多次燒結(jié)不變形，介質(zhì)層與基板、導(dǎo)體附著牢固，熱膨脹系數(shù)與基板、導(dǎo)體相匹配，適合絲網(wǎng)印刷.薄膜介質(zhì)分以下3種：(1) 玻璃一陶瓷介質(zhì)既消除了陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)，又克服了玻璃的過流現(xiàn)象，每次燒結(jié)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(jié).(2) 微晶玻璃.(3) 聚合物.1.3.2 薄膜多層介質(zhì)薄膜多層介質(zhì)可以通過CV陵、濺射和真空蒸鍍等薄膜工藝實(shí)現(xiàn)也可以由Si的熱氧化形成5102介質(zhì)膜.有機(jī)介質(zhì)膜主要是聚醐亞胺(PI)類，它通過施轉(zhuǎn)法進(jìn)行涂布，利用液態(tài)流動(dòng)形成平坦化結(jié)構(gòu)，加熱固化成膜，刻蝕成各種圖形.此方法簡單、安全性強(qiáng)

8、.由于Pl的介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性好、耐侵蝕、平坦化好，且原料價(jià)廉，內(nèi)應(yīng)力小，易于實(shí)現(xiàn)多層化，便于元件微細(xì)化，成品率高，適合多層布線技術(shù)，目前國外對聚合物在封裝中的應(yīng)用進(jìn)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(shù)提出了更多更高的要求，同時(shí)也促進(jìn)了封裝材料的發(fā)展.即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(gè)電路基板密封材料的90施右.2 .電子封裝技術(shù)的現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代以前，所有的電子封裝都是面向器件的，到20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了MCMI以說是面向部件的，封裝的概念

9、也在變化.它不再是一個(gè)有源元件，而是一個(gè)有功能的部件.因此，現(xiàn)代電子封裝應(yīng)該是面向系統(tǒng)或整機(jī)的.發(fā)展電子封裝，即要使系統(tǒng)小型化，高性能、高可靠和低成本.電子封裝已經(jīng)發(fā)展到了新階段，同時(shí)賦予了許多新的技術(shù)內(nèi)容.以下是現(xiàn)代電子封裝所涉及的幾種主要的先進(jìn)封裝技術(shù)2.1 球柵陣列封裝該技術(shù)采用多層布線襯底，引線采用焊料球結(jié)構(gòu)，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(yōu)點(diǎn)為互連密度高，電、熱性能優(yōu)良，并且可采用表面安裝技術(shù)，引腳節(jié)距為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2.2 芯片級封裝這是為提高封裝密度而發(fā)展起來的封裝.其芯片面積與

10、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博，是提高封裝效率的有效途徑.目前，主要用于靜態(tài)存儲器(SRAM)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)管腳數(shù)不多的專用集成電路(ASIC)和處理器.它的優(yōu)點(diǎn)主要是測試、裝架、組裝、修理和標(biāo)準(zhǔn)化等.2.3 直接鍵接芯片技術(shù)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(jìn)技術(shù),一般有3種方法：引線鍵合法、載帶自動(dòng)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，而后者起源于舊M,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(diǎn)，使芯片倒裝，再將凸點(diǎn)和襯底的電極連接.過去凸點(diǎn)制作采用半導(dǎo)體工藝.目前，最著名的是焊料凸點(diǎn)(Solderbump)制作技術(shù)，該技術(shù)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%fe性能改善10%30慚具有高的性能和可靠性.3 .行業(yè)前景展望(l)在金屬陶瓷方面，應(yīng)進(jìn)一步提高材