,,北京波米科技有限公可,北京,,,,,,, ,北京科化新技术科技有限公司,北京,,,,,,

　　人类的第四次,,,革命——信息技术革命正在以一种惊奇的速度改变着我们的生产和生活方

　　式,加速了世界的物流、人流和信息流。从个人的小电予产品到国家的防空体系,无不体现着电子

　　产品性能的日益强大与成熟。作为芯片、显示器和电池三大信息技术革命中关键硬件之一的集成电

　　路,,,,制造更是整个技术领域核心。 电子产业已成为国民经济发展的关键, ,,设计、制造和封装

　　测试是电子产业发展的三大支柱,而材料则是整个产、眦的基础。随着世界,,芯片向高集成化、布线

　　细微化、芯片j6股份有限公司大型化、薄型化方向发展,封装技术与封装材料密不可分地在相互推进,走向高端,

　　进刻装技术,它需要将互连、动力、冷却和器件钝化保护等技术组合成一个复杂却微小的整体。先

　　有机硅树脂, 以及球形石英粉填料等为实现封装材料的高导热、高流动、高耐热和低应力性能提供

　　在半导体制造工程中,狭义的电子封装是指半导体制造工艺的后工程,即“后道” ,中的工序,

　　广义的封装是包括了后工程和后续的电子组装“ ,。而如今的先进封装则难以区分前、后道和组装的

　　界限。 电子封装不但直接影响着电路本身的电性能、机械性能、光性能和热性能,还在很大程度上

　　决定着电子整机系统的小型化、多功能化、可靠性和成本。 电子封装有如下四大功能, ,,,提供芯

　　片的信号输入和输出通路, ,,,提供散热通路,散逸半导体芯片产生的热量, ,,,接通半导体芯

　　电子封装技术的发展主要划分为三个阶段。第一阶段,在,,世纪,,年代前, 以插装型封装为主。

　　包括最初的金属圆形,,,型,封装,后来的单列直插封装,,,,,和双列直插封装,,,,,。尤其是塑料

　　双列直插封装,,,,,,, 由于其性能优良、成本低廉又适合批量生产而成为主流产品。第二阶段,

　　塑料有引线芯片载体,,,,,,、塑料四边引线扁平封装,,,,,,、塑料小外形封装,,,,,,等封装形式应

　　运面生,并得到迅速发展。它们具有封装密度高、引线节距小、成本低并适于表面安装等优点。第

　　三阶段,在,,世纪,,年代, 以面阵列封装形式为主。该时期,,发展到了超大规模阶段,对芯片封

　　装提出更高密度、更高速度的要求。因此封装形式从四边引线型向平面阵列型发展,球焊阵列封装

　　,,,,,被发明出来,并很快成为主流产品。后来又开发出了封装体积更小的芯片尺寸封装,,,,,。

　　此外, 出于多功能和小尺寸的需要,多芯片组装,,,,,、三维立体,,,,封装和系统封装,,,,,等先

　　在先进的封装形式中, ,,,是用焊球代替引线, 引出路径短,减少了引脚延迟、 电阻、 电容和

　　电感,封装密度更高,焊球引出形式适用于表面安装、多芯片组件和系统封装。 ,,,和,,,是同一

　　封装称为,,,。圆片级封装,,,,,是指全部或大部分工艺步骤是在已完成前道工序的硅圆片上完成的,

　　最后将圆片直接切割成分离的独立器件。它具有倒裟芯片封装的优点,易实现轻、薄、短、小封装,

　　加工效率高,减少了传统封装中的多次测试。 ,,封装是在各类基板内或多层布线介质层中“埋置”

　　或叠层互连元器件,实现立体封装。 ,,,是使用成熟的组装和互连技术,把各种集成电路,如,,,,

　　电路、 ,,,,电路、 ,,,,电路,或者光电子器件、,,,,器件以及各类无源元件,如电容、 电感等,

　　图,显示了不同封装形式所处的发展阶段, 当前正位于成长阶段的封装技术在未来的几年会成为

　　封装产业的主流。 图,则是封装发展的高性能、系统化和小尺寸的三大方向,并相互融合,最终实

　　我国的封装技术开发能力落后于发达国家,其主要原因是我国封装产业,尤其是电子封装的民族

　　产业以代工为主,难以自主研发封装设备和封装技术, 同时,研究机构的封装技术研究逊需要更紧密地与封装产业结合在一起。清华大学信研院电子封装中心已在这一领域进行了成功的尝试,与多

　　在先进的封装形式中, 以倒装芯片球焊阵列封装,,,,,,, ,见图,,为例,它所涉及的关键技术包

　　括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术,包括多层陶瓷基板和,,树脂基板,、

　　多层基板材料,高温共烧陶瓷基板、低温共烧陶瓷基板、 ,,,,,树脂基板, ,,,底部填充材料,

　　其中有机高分子材料有,聚酰亚胺钝化及基板材料、高性能的,,树脂、液体环氧底填料和高导

　　热硅树脂。 目前,我国大部分高性能材料或其原料还依赖进口,为实现电子产品高功能化必须首先

　　做到封装技术的先进与可靠,为开发出先进的封装技术又必须有高性能封装材料的支撑。

　　如上例所述, 电子封装中使用许多关键性材料是高性能的。没有这些材料的高导热、高机械强

　　度、高粘接性、低吸水率和低应力等性能,先进封装技术的快速发展是不可能实现的。封装材利主

　　要有如下三类, ,,,金属基封装材料,如,铜及其合金,,’ ,,、,,—,,,,铝合金、钢、 ,,,,,合金

　　合材料, ,,,有机高分子材料,如,硅酮树脂、聚丁二烯树脂、环氧一酸酐固化树脂、邻甲酚醛环

　　氧一酚醛树脂、低应力、低膨胀系数、低翘曲度环氧模塑料、硅胶、聚酰亚胺涂层胶、液体导电胶、

　　导热胶、底填料、 ,,固化胶、光敏树脂,,,,,、 ,,,,、 ,,及柔性封装基板等。这里简述几种关键的

　　,,世纪,,年代,随着半导体器件、集成电路的迅速发展,陶瓷、金属、玻璃等封装难以适应

　　大规模工业化和降低成本的要求。人们就用塑料来代替上述封装,美国首先开始这方面的研究,然

　　,,后传到日本。美、 日等国公司不断精选原材料和生产工艺,最终确定以邻甲酚环氧树脂为主体材料

　　而制成的环氧塑封材料,,,,,,简称塑封料,又称模塑料,其发展历程如下,

　　,,,,年代,环氧一酸酐固化体系,玻璃化转变温度,,,,低,离子含量高, 固化后含残余酸酐

　　,,,,年代初,硅酮树脂和聚丁二烯树脂,收缩率大,粘接力差,邻甲酚醛环氧一酚醛树脂,耐

　　环氧塑封料历经,,世纪,,年代和,,年代的多次改性和进步,技术越来越成熟。 目前, 国际上塑

　　封料已经形成完整的系列产品。包括适合于大型,,,,及,,,,的低应力塑封料,适合于,,,,封装的

　　低应力、高纯度、低,粒子含量的塑封料,还有适合大芯片尺寸、薄型封装的塑封料等。主要市场

　　集中在美国、 日本、台湾、韩国等国家和地区,现不断向我国大陆转移, 当前,,,的主流产品为适

　　我国以中科院化学所与北京科化公司为主的封装材料开发经历了酚醛树脂、硅酮树脂,聚丁二烯

　　以及有机硅改性环氧等几个阶段后,最终形成以邻甲酚环氧树脂为主体材料的环氧塑封料。其成分

　　主要以环氧树脂、酚醛树脂为主体材料,加入填料和多种添加剂,通过加热挤出、混炼、成形以得

　　到环氧塑封料。在使用中通过高温低压传递来封装分立器件、集成电路。其中,树脂的结构与性能

　　直接影响固化后器件致密性、耐热性能等,二氧化硅填充料的量、颗粒分布和颗粒形状及纯度直接

　　周化促进 促进环氧与酚醛的 ,, 反应填料 ,,,,,,, 导热、降低膨胀系数低应力剂 ,,, 降低应力

　　,,图,为环氧塑封料的主要成分,其中占量最大的是石英粉填料,而关键性的反应物质为两类树脂。

　　图,展示了塑封料在高温下的固化反应机理。在促进剂的作用下,两类树脂分子交叉互联,形成空

　　间网络结构,将填料包裹其中,形成坚固的整体, 同时与芯,,和引线框架紧密粘接, 以达到保护芯

　　片的目的” ,。塑封料作为非气密性封装材料,与气密性金属、陶瓷封装相比,便于自动化,提高封

　　装效率, 降低成本。它具有体积小、重量轻、结构简单、工艺方便、耐化学腐蚀性较好、 电绝缘性

　　能好、机械强度高等优点, 目前己成为半导体分立器件、集成电路封装的主流材料,得到,

　　用,现阶段环氧塑封料封装已占整个封装的,,,以上,全球年用量,,,,万吨, 国内,,,万吨。

　　随着半导体封装技术的飞速发展,对封装材料的要求也越来越高,普通环氧塑封料已不能完全满

　　,、降低粘度、提高流动性, 由于半导体器件是由不同的线膨胀系数的材料组成的,在封装后的

　　器件内部,成型固化收缩和热收缩而产生的应力会使封装器件出现强度下降、开裂、空洞、离层等

　　各种缺陷。而采用低粘度的环氧树脂就能有效的提高石英粉的填充量, 由于石英粉的膨胀系数接近

　　芯片与框架,从而降低了塑封料的内应力,提高了封装器件的可靠性。 同时,低粘度的环氧树脂也

　　赋予封装材料优良的流动性,踅易适合封装小型、薄型器件。在这样的塑封料中,不断的采用改性

　　石英粉,如,从结晶型到熔融型,现在在低粘度的环氧塑封料中则使用标准球形的石英粉,,才能

　　,、降低吸水率、提高耐热性,随着电子领域高密度安装技术的迅速发展,采用薄型化封装的越

　　来越多。 同时,传统焊接工艺和目前从环保考虑的无铅焊接都要经受,,,。 ,以上的高温,要求封装

　　氧树脂必须是高环氧值的。材料的玻璃化转变温度,,,,是耐热性的指标,刚直、对称结构的环氧

　　树脂一般具有更高的,,值。所以,在环氧树脂的结构中导入萘环等多环刚直结构,或者在骨架中导

　　入酚羟基、增加环氧基浓度都可达到提高交联度,从而增强耐热性的目的。为了降低封装材料的吸

　　水率,除了减少游离和水解离子含量外,在环氧树脂结构中尽量减少羟基等极性大的基团浓度, 引

　　入憎水性的含硅、含氟结构。另外,改善填料表面性能,提高填料与树脂分子的粘接力也会显著提

　　高致密性,降低吸水率。研究不同类型的树脂与不同引线框架表面的粘接力,提高封装材料与框架

　　,、降低污染、绿色环保, 环氧塑封料的阻燃性研究已经历了几个阶段,常规的工业生产采用

　　,,,,,为阻燃剂加入,在燃烧时与溴代树脂生成溴化锑覆盖于表面,隔绝氧气,达到阻燃的目的。之后,开发有含磷的阻燃剂,无机镁、铝化合物类阻燃剂” ,。在新一轮环保压力的推进下,含有多芳

　　烃基团的环氧和酚醛树脂被开发出来,该类型的塑封料在燃烧过程中易形成泡沫层,阻止氧气的通

　　过和阻止热传递, 以达到阻燃的目的“ ,。当然,提高导热而不燃的石英粉填料量也会对阻燃起到一

　　在环氧塑封料的组分中,环氧树脂有着极其重要的作用, 目前国外高性能封装材料用环氧树脂

　　的开发正向低粘度、多官能团、高,,、阻燃、耐高温等方向发展。作为塑封料中主要填料的石英粉

　　正在研究开发高纯度、标准球形的不同粒度的粉体,为提高塑封料的低应力、高可靠性和绿色环保

　　面对不断向高集成度、高封装密度、小尺寸的封装技术发展,除了传统的环氧塑封料性能不断更

　　新之外,还需要一系列高性能的先进封装材料。如下简述有关这些材料的进展情况。

　　,、聚酰亚胺树脂, 电子级聚酰亚胺树脂越来越受到广泛的重视。聚酰亚胺树脂主要用于,,芯片

　　表面的钝化、高密度封装器件的应力缓冲内涂层,多层金属互连结构和,,,封装的层间介电绝缘材

　　近来,化学所与北京波米公司研制成功体积收缩率小、 固化温度低、树脂储存稳定性好的光敏型

　　和标准型聚酰亚胺专用树脂。其中光敏型聚酰亚胺树脂具有特殊的光交联机理,无需添加其它光敏

　　助剂即可进行光刻得到精细的图形,制图工艺简单,可在最大程度上避免外来杂质对,,芯片表面的

　　,、液体环氧封装材料,液体环氧底填料主要用于倒装芯片的电路封装,起到降低芯片和有机基

　　板由于热膨胀系数的不匹配引起的内应力,保护器件免受湿气、离子污染物、辐射以及机械振动的

　　影响,增加器件的封装可靠性的作用Ⅱ,。我们从环氧树脂的设计、合成开始研究,采用多功能基团

　　环氧树脂和潜伏性固化促进剂, 已研制成功用于,,,,,,,,,封装用单组分液体环氧底填料,具有粘

　　度低、填充流动性好、 良好的储存性能等特点。 由于在经适当热处理工艺固化后得到的树脂固化物

　　具有优异的热性能和电绝缘性能, 以及良好的力学性能,如,熟膨胀系数低、吸水率低、 内应力小,,

　　,、高性能粘接材料,这种材料需要高耐热、高导电、低粘度、 固化快、应力低等特j6股份有限公司性。从环氧

　　体系来看,使用高功能化的环氧树脂能提高材料的粘接力,选择适当的固化剂来提高交联度能有效

　　地改善材料吸水率, 引入耐高温的基团对提高材料的高温性能有很大帮助。另外,高导电或高导热、

　　低膨胀的特殊填料也是我们研究开发这类材料的重点。 目前,用于封装,,卡、非接触式智能卡、射

　　频电路和电子标签等这类小型、超薄产品芯片的封装材料即是如上所述的高性能材料。

　　随着全世界对电子、 电气产品的多功能、高性能、便利性要求越来越高, 电子封装技术种类和性

　　能随之飞速发展,对封装材料的要求也越来越苛刻。环氧塑封料的改性研究日益深入,正由通用型

　　产品向高功能性、高附加值产品系列方向转化。新型高功能封装材料,如聚酰亚胺树脂、 ,,,树脂、

　　,,树脂、液体包封胶、导电胶、导热胶等正蓬勃发展。我国大陆自主研发力量正在积极增长,虽然

　　先进封装技术、先进封装材料研发、生产和市场大多被外资企业垄断,但经过近,,年的努力,封装

　　业的快速起步与增长为国内先进封装技术和材料的发展起到强有力推进作用,有望在不远的将来我

　　,,孙忠贤电子化学品化学工业出版社精细化工出版中心,,,,, ,,,,,,,,