广义的电子封装是将半导体和电子元器件所具有的电子的物理功能转变成适用于设备或系统的形式。它分为三个级别，主要有芯片级封装、板级封装、系统级封装，具体涉及到了方方面面的材料，金属、非金属、高分子材料。从基础原材料，到PCB电路板，还有导电连接固定散热等一些封装功能材料，组成电子元器件，形成了最终的终端应用产品。

　　大家好，非常感谢第三代半导体产业技术创新战略联盟提供这样一个平台和大家沟通交流的机会。我是中科纳通公司张德忠，今天和大家分享介绍电子封装材料导电固晶胶和高导热绝缘胶这两款材料的特性以及应用和相关的一些知识。

　　这次介绍主要围绕4个方面，首先是芯片贴装方法，然后是介绍导电固晶胶以及高导热绝缘胶，最后简单的介绍一下我们纳通公司以及公司的产品、布局。

　　讲到芯片的贴装，我们先从电子的封装开始说起。电子封装是一个整体的概念，包括了从集成电路裸片到电子整机装联的全部技术工序以及材料，分为广义和狭义。广义的电子封装是将半导体和电子元器件所具有的电子的物理功能转变成适用于设备或系统的形式。它分为三个级别，主要有芯片级封装、板级封装、系统级封装，具体涉及到了方方面面的材料，金属、非金属、高分子材料。从基础原材料，到PCB电路板，还有导电连接固定散热等一些封装功能材料，组成电子元器件，形成了最终的终端应用产品。

　　狭义的封装通常指的芯片级封装，也就是我们通常所说的IC的封装。那么我们来看示意图集成电路的装配，首先从晶圆上划出裸片，然后紧叠在安装基底，再将多根金属导线（一般我们是采用金的导线），把裸片上的触点和外部引脚焊接，浸入树脂，塑料管壳密封，形成一个芯片的整体。

　　那么IC的封装的流程其实大体分为图示的几个步骤，从磨片到划片到贴装、键合、塑封、电镀、切筋、打印、测试、包装、检验、出货等等。

　　那么我们下面来着重讲一下芯片贴装的方法。讲到芯片的贴装，我们来看中间这幅示意图。根据不同的贴装材料，分为4种，主要有共晶贴装、焊接贴装、玻璃胶贴装、导电胶贴装等。它主要就是通过贴装材料，将芯片装配到底座或者框架上，实现芯片与底座的连接。

　　对贴装的具体要求主要包括机械强度、贴装材料化学性能稳定性、导电/导热特性、热匹配性，以及工艺操作性等。

　　第一种共晶贴装/共熔合金。从左边二元相图可以看到，金-硅比例是7:3的情况下，金-硅的熔融温度大约是370℃，芯片背面沉积金层联接在镀金焊盘上，在370℃的保护气体中烧结，形成低共熔合金。

　　金-硅共晶焊优点主要就是机械强度高、热阻小，不宜产生焊接疲劳，稳定性好、可靠性高等等。缺点主要就是芯片和框架的热膨胀系数失配，热应力导致易开裂，人工操作生产效率低等。

　　第二种焊接贴装的方法。主要就是采用焊料高温下的合金反应将芯片与底座粘合在一起，主要分为有硬质焊料和软质焊料。

　　它的优点和缺点同样比较明显，优点是它的氮气气氛，热传导性好，适合高功率器件的封装。缺点主要就是硬质焊料热匹配性差，软质焊料需要在芯片上背面镀上多重金属膜，以利于焊料的浸润。

　　关于焊接贴装的方法，上个月联盟邀请了有研新材料的贺总做了一个非常精彩详细地报告，大家感兴趣可以在联盟的网站上回看相关的视频讲解。

　　第三种就是玻璃胶的贴装，主要就是采用热固性玻璃胶将芯片粘接在框架上，先采用网印、点胶等技术将玻璃胶涂布在基板的芯片座上，将IC芯片放置在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔融温度即可完成芯片的粘贴。主要用于陶瓷封装，特殊的铜合金引脚，并不是一种常见的贴装方式。

　　最后一种贴装方式——导电胶贴装。采用导电胶或者绝缘胶，将芯片固定在基板或者框架上，形成牢固的电气连接。从上面示意图可以看到，先分为点胶，然后贴片、下压，导电胶有一个回弹，最后有一个固化连接的作用。

　　下面我们举了 LED芯片的两个例子，一个是单电极芯片，一个是双电极芯片。单电极芯片一般是用导电胶，双电极芯片一般用绝缘胶固晶。

　　这几幅示意图是点胶的示意图。我们可以看到，在自动点胶机上首先完成点胶作业，下面几幅图完成了芯片的贴装，固化。

　　下面我们来简单的介绍一下导电胶。导电胶有三种基础配方物料组成，主要是有银粉、树脂和一些其他的助剂。银粉主要是起到一个导电导热的作用。从下面这两幅SEM的图片中，我们可以看到根据银粉的形貌，划分为片粉和球粉。

　　树脂起到一个连接固定，比如说环氧树脂，改性硅氧烷。目前导电胶基本上是这两大类的树脂。

　　导电胶主要就是由这三大类的原材料，银粉、树脂、粘结剂，然后一些助剂混合形成的复合导电材料，加热固化后具有一定的强度和导电性。依据不同的产品和不同的封装工艺需求，选用不同配比的基础原材料，或者不同形状的银粉粉，我们会设计具有不同的流动性，粘着力，导电性等等的导电银胶，适用于各类应用场景和不同工艺需求。

　　一款好的导电胶，要求它在固化后胶体是无微孔，无裂痕，并且具有高导电导热的性能，还必须有一些冲击抗、抗震动，以及耐高温的特性。最重要它是对各种基底，比如说硅片、铜、铝、玻璃表面等各种基材都要有一个优越的粘接力。

　　在上一张幻灯片我们提到过，导电胶一般是由树脂、银粉、固化剂三大基础原材料组成，那么粘接力其实是通过树脂来体现，加入不同的固化剂或者是一些偶联剂来对它的粘结性能进行改善。对于热膨胀系数，主要就是通过不同固化剂种类或者固化剂的配比，对热膨胀系数有一个调整。最后也是最重要的就是导电/导热，我们主要是改通过使用不同形貌的银粉，或者是银粉的配比，来改变调整银胶的导电/导热的特性。

　　这页PPT是我们罗列的一些国内外厂商导电胶的参数，方便大家参考使用。选用导电胶，首先会关注导电率、导热率、体积电阻率、玻璃化转变温度、热膨胀系数，以及可操作时间等。

　　这页也是我们罗列的国内外厂家的参数型号对比，大家有兴趣的话可以看一下，这边我就不详细介绍了。

　　中科纳通目前是有两款成熟量产的导电固晶胶产品，分别是我们的SA200、SA300，主要具有低的体积电阻率，良好的导热率和高的推剪强度。

　　这一页来讲一下我们导电固晶胶的使用存储注意事项。一般的情况下，我们导电胶要求在-40℃的冰箱中存储保存，在运输过程中，一般要放在干冰中。因为干冰极易升华，在运输中最好能够检查干冰的状态，运输过程中也要有好的温度监控。当针筒从干冰中取出要立即放入冰箱，当针筒二次冷冻重复回温这个过程，产品也有可能会发生冷冻的回温汽泡。

　　如果在-40℃时候，这个产品可以储存6个月。在0~5℃，我们这个产品是只能存储三天；在-15℃到-10℃大概有60天的保质期。不恰当的存储条件会使产品的加工性能变差，固化后的性能也会变差。存放时一定要保持针筒竖直放置。为什么要这样的放置呢？主要是为了避免产生银颗粒下沉现象。

　　当使用导电固晶胶的时候，我们知道之前是放在-40℃的冰箱冷冻保存。在使用过程中必需把它回温至室温。具体回温到室温多长时间合适？是一个小时还是两个小时合适呢。那么我们来看下这个图表，这个图表列了不同包装规格，从5毫升到10毫升，到30毫升，到50毫升，回到室温25摄氏度时大概需要的时间。一般5毫升的针筒从-40℃回温到25℃的时候，至少是要大于一个小时。其它的注意事项，回温后的胶必须要立即放在点胶设备上使用。如果需要把产品转移到后期点胶器里，要小心操作，切忌在转移过程中带入杂质或空气。解冻后的胶也需要在12小时内用完，产品的回温解冻的次数最好不要超过两次。

　　下面我们来讲第三大块的内容，高导热绝缘胶。首先阐述一下为什么我们现在迫切地需要一些高导热高传热的材料。我们会紧接着讲一些目前材料导热散热的几种方式，紧接着我们会讲一些热界面材料的设计理论依据和对材料的特性需求，最后我们会讲目前市场上的一些主流厂商和它的主要的参数。

　　我们从左边这福图表中我们其实可以看到，当我们电子产品的基础温度为50摄氏度，那么每增加10度，那么它的电子元器件的故障率呈越来越大的变化趋势。

　　目前我们电子产品的集成度非常高，元器件功率在迅速增加。电子元器件其实在工作时它会产生大量的热量，那么它的成品温度逐渐升高，如果不能及时地把热量进行很好的传导散发出去，那么温度过高而损坏元器件和线路，降低产品的寿命和可靠性。所以我们迫切的需要一些高导热的绝缘材料。

　　这一页我们简单的介绍一下热量传递的几种模式。大概有三种，热传导、热对流、热辐射。

　　热传导是在固体两边，热量从温度高的一方向温度低的一方进行热量的传播。对流主要是基于空气或者气体流动形式的传热，比如说空调，夏天的制冷空调主要安置在房间的上方，冬天暖气安置在房间的底部，这也基于热对流的形式来进行考量设计。

　　热辐射最简单最直观的例子就是我们吸收太阳光的热量，太阳光像地球对热量的传导，基于热辐射的形势来进行传导。固体导热的微观机理其实就是电子、声子和光子。在金属中有大量的自由运动的电子，导热是通过电子的自由移动来进行传播；而非金属主要是通过声子，通过晶格热振动的形式；电磁波辐射的形式，主要是通过光子的形式对热量进行传导。

　　下面我们来简单介绍一下热阻的概念，以及界面热阻和热界面接触材料的一些基本概念，以及如何来设计材料，来降低热阻以及界面热阻。

　　热组的概念类似于我们平时接触到的电阻的概念。电阻其实就是表示阻止电流通过的能力，热阻也是表征一个阻止热量通过界面或者材料传输的能力，它是导热系数与物体的几何形状相结合而体现的该形状物体的导热能力。

　　从左边这幅图可以看到，在电子器件的散热系统中，存在着许多固体接触面。微观上凸凹不平的两表面是接触不够完全，在界面处存在空隙，空气的导热系数只有0.02左右，它是热的不良导体，即使采用较大的压力，也无法消除这些空隙。

　　如何能够消除这些空隙，减少一个界面的接触热阻，提高散热能力？目前我们是采用导热材料填充。提高接触界面的换热能力，就是我们通常所说的热界面材料。

　　我们来看右边的图示，当热界面材料填充到两个粗糙表面之后，其实我们的接触热阻是分为三个部分，由热界面材料自身的导热系数和厚度形成的材料本身的容积热组，和我们热界面材料与上下两端粗糙表面形成的边界热阻。此外，从右边图中公式看到，界面热阻包含热界面材料本身的容积热阻和在这两种材料形成一个接触热阻。所以说在选用热界面材料的时候，不光要考虑到这j6股份有限公司 target=_blank>j6股份有限公司个材料本身的导热系数，它自身传导散热能力，还要充分的考虑到和界面材料本身的接触能力、浸润效果。因此提高元器件的散热效果，首先要提高热界面材料的导热系数，减少它的容积热阻，降低边界热阻。要求热界面材料要有高的导热率之外，还要有好的浸润性，在小的压力下，易变型，厚度薄，还要不能从界面溢出，长时间使用性能不恶化等等。

　　上一页我们介绍了通过热传导的方式，采用热界面材料来降低电子元器件的接触热阻，增加元器件的散热面积。那么当对散热要求比较高的时候，还要考虑到对流热阻和辐射热阻的形式。举个最简单的例子，比如说电脑的带CPU的风扇，它是通过增加气体的流动来降低我们对流热阻。还有一些元器件可能会采用液体降温的效果，因为液体的效果优于气体。还有比如说要降低辐射热阻，一般是通过提高黑度方式等。基于不同的元器件的散热需求，有不同的热阻考量。无外乎就是怎么样通过热量的三种基本传递方式，传导，对流，辐射，增加材料的散热能力。

　　导热材料最重要的特性参数就是导热系数。对于材料的导热系数，有很多种不同的测量方法，市面上我们能够看到很多测量导热系数的设备，都是基于不同的测量方法来实现的。每种测试方法一般都是基于国标，或者美国材料与实验协会（就是我们通常所说的ASTM的标准），测量范围和对样品的要求略有不同，我这边简单的给大家列了一个表，感兴趣的可以看一下，我这边就不详细讲了。一般的方法比如有保护热板法、热流计法，量热技法，瞬态平面热源法等

　　对于目前市场上比较成熟的热界面材料，其无外乎就是两种，一类就是填充型的热界面材料，一类就是结构性的热界面材料。

　　填充型的热界材料也就是我们通常所说的导热绝缘胶，它的组成成分也类似于我们前面讲到导电银浆、导电浆料，主要与聚合物的树脂为基体，通过添加优秀导热填充物的粒子，加入一定的固化剂，包括一些助剂来制备。这种材料有良好的表面润湿性，也易于成型，可以作为一种很好的填充性的热界面材料。

　　从图中右边可以看到，结构型的导热通路的热界面材料，其实是由jiben 的导热骨架材料，通过一个聚合物填充，加上一个表面粘接层来构成。比如说导热垫片这种材料，属于我们结构型的导热界面材料。

　　我们简单的罗列了目前市场上常见的、不同的导热界面材料，导热绝缘胶、导热硅胶片、导热凝胶、导热硅脂、导热垫片，还有现在比较火的导热石墨片、导热石墨烯膜等。根据不同使用工艺以及不同的电子元器件的散热需求，我们可以有不同的选择考量。

　　下面我们来看一下导热绝缘胶的配方设计。导热绝缘胶是由导热粉体、树脂基体、固化剂、助剂等成分组成。导热粉体是实现导热功能的物料，有氧化铝、氮化铝、氮化硅、金刚石等。树脂基体还是起到一个连接导热粉体以及提供流动性的作用，固化后可以提供一定的强度和结合力。

　　这个表格罗列了导热粉体的一些导热系数，目前来说，金刚石导热系数非常优异，大概能够达到2000左右。它不光有优异的导热系数，还有一个极低的热膨胀系数。那么再往下看，氮化铝、氮化硼、碳化硅、氧化锌，这些也是我们比较常用的导热粉体。

　　目前一些比较有代表性的导热绝缘胶的具体参数，我在表格中简单地进行了罗列。包括树脂体系、导热系数、体积电阻率、膨胀系数等一些特性参数。在这里我就不详细介绍了，有兴趣的可以详细看一下。

　　中科纳通两款导热绝缘胶的特性参数，大家可以从表格中看到，这两款导热绝缘胶的导热系数，都大于30，我们可以最高做到47，所以它的导热散热能力非常优异。我们这两款胶它不光导热系数好，绝缘性也好。而且我们是单组份无溶剂、易存储、稳定性好等。

　　导热绝缘胶的应用场景非常多，从这三幅图片中，我们可以看到它可以用到 IC的封装， LED的贴装，包括我们大功率的LED模组，以及现在市场上比较火的红外测温传感器等领域。

　　下面我会花1~2分钟的时间，简单地介绍一下我们中科纳通公司和我们纳通公司的产品以及产业布局。

　　中科纳通公司成立于2012年，是在中科院和北京市共同支持下成立的电子新材料企业。总部位于怀柔科学城，获得了国家和中关村高新技术企业的称号。我们专注于电子产业，提供电子新材料的定制和研发，服务于消费电子、5G通信和电子元器件三大领域。

　　我们的产品聚焦在三大领域，包括5G通信、消费电子和电子元器件。在5G通信方面，我们的产品有基站电磁屏蔽胶条、陶瓷滤波器银浆、电磁屏蔽浆料、PDS天线银浆。

　　在消费电子领域，我们有触摸屏线路银浆、纳米压印银浆，还有低温模组银浆，LCM导电胶。

　　在电子原器件领域，我们有晶振银胶、导电固晶胶、IC封装屏蔽银浆、高导热绝缘胶等。

　　我们中科纳通旗下的摩尔材料研究院，展示推广相关的电子新材料，促进关键电子材料供应链的国产化，并且提供电子新材料产业研发应用服务，为行业领导型客户提供电子新材料的定制研发，为产业上下游的企业提供公共检测的服务。