1、電子封裝材料、封裝工藝及其發(fā)展Electronic Packaging Materials, Technology and its development,姓名 馬文濤 日期 2011年1月,匯報提綱,一、,二、,三、,四、,前言,電子封裝材料的分類,電子封裝工藝,結(jié)語,一、前言,電子封裝材料是用于承載電子元器件及其相互聯(lián)線，起機械支持，密封環(huán)境保護，信號傳遞，散熱和屏蔽等作用的基體材料，是集成電路的密封體，對電路的性能和可靠性具有非常重要的影響。隨著信息時代的到來，微電子技術(shù)高速發(fā)展，半導體集成電路(IC)芯片的集成度、頻率以及微電路的組裝密度不斷提高，電路重量和體積目益趨于微型化，芯片集成

2、度的迅速增加必然會導致其發(fā)熱量的提高，使得電路的工作溫度不斷上升。實驗證明，單個元件的失效率與其工作溫度成指數(shù)關系，功能則與其成反比，因而如何提高芯片的散熱效率，使得電路在正常溫度下工作就顯得尤為重要。解決這一問題可以進行合理的熱封裝和熱設計，比如可以使用各種散熱器或采用液體冷卻系統(tǒng)，然而這些方法并不能從根本上解決問題，系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)也會因此而增加，因此研究和開發(fā)具有高熱導率及良好綜合性能的封裝材料就顯得很重要，這對電子封裝材料提出了新的要求。與此同時，電子封裝也正不斷向小型化、高性能、高可靠性和低成本方向發(fā)展。,二、分類,電子封裝材料,基板,布線,框架,層間介質(zhì),密封材料,陶瓷,環(huán)氧玻璃,

3、金剛石,金屬,金屬基復 合材料,基板,主要包括,布線,導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。 薄膜導體材料應滿足以下要求：電阻率低；與薄膜元件接觸電阻小，不產(chǎn)生化學反應和相互擴散；易于成膜和光刻、線條精細；抗電遷移能力強；與基板附著強度高，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；成本低，易成膜及加工。 Al是半導體集成電路中最常用的薄膜導體材料，其缺點是抗電子遷

4、移能力差。Cu導體是近年來多層布線中廣泛應用的材料，Au，Ag，NiCrAu，TiAu，TiPtAu等是主要的薄膜導體。為降低成本，近年來采用CrCuAu，CrCuCr，CuFeCu，TiCuNiAu等做導體薄膜。,層間介質(zhì),介質(zhì)材料在電子封裝中起著重要的作用，如保護電路、隔離絕緣和防止信號失真等。它分為有機和無機2種，前者主要為聚合物，后者為Si02，Si3N4和玻璃。多層布線的導體間必須絕緣，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，對封裝技術(shù)提出了更多更高的

5、要求，同時也促進了封裝材料的發(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電路基板密封材料的90左右樹脂密封材料的組成為環(huán)氧樹脂(基料樹脂及固化劑)、填料(二氧化硅)，固化促進劑、偶聯(lián)劑(用于提高與填料間的潤濕性和粘結(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)和脫模劑等I引環(huán)氧樹脂價格相對較便宜、成型工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)，可靠性較高，因此，近10年來發(fā)展很快目前，國外8090半導體器件密封材料(日本幾乎全部)為環(huán)氧樹脂封裝材料，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)的三個層次,3D封裝,3D封裝主要有三種類型，即埋置型3D

6、、有源基板型3D和疊層型3D。,3D封裝,疊層結(jié)構(gòu)：,3D封裝,3D疊層封裝技術(shù)的出現(xiàn)，解決了長期以來封裝效率不高，芯片間互連線較長而影響芯片性能以及使芯片功能單一的問題；同時也促進了相關組裝設備和工藝的發(fā)展。3D疊層封裝涉及的關鍵工藝有大尺寸圓片減薄工藝、超薄圓片劃片工藝、高低弧焊線工藝、密間距焊線工藝、超薄形膠體塑封工藝、微型器件的SMT工藝等,系統(tǒng)封裝,(a)3D堆疊封裝型態(tài)結(jié)構(gòu)的SIP,(b)多芯片封裝結(jié)構(gòu)的SIP,系統(tǒng)封裝,(c)組合式封裝結(jié)構(gòu)的SIP(Amkor),系統(tǒng)封裝,SIP的廣義定義是：將具有全部或大部分電子功能，可能是一系統(tǒng)或子系統(tǒng)也可能是組件(Module)，封裝在同一

7、封裝體內(nèi)。 系統(tǒng)封裝(SIP，System in Package)技術(shù)是多芯片模塊(M CM)和多芯片封裝(MCP)技術(shù)的不斷發(fā)展、演變而來，是目前電子元(組)件組(封)裝最高等級的封裝技術(shù)，由于更具微小型化、更好的電氣性能等，因而在便攜式電子產(chǎn)品領域中有著巨大的潛在市場,四、結(jié)語,電子封裝伴隨著電路、器件、和元件的產(chǎn)生而產(chǎn)生，伴隨著其發(fā)展而發(fā)展。集成電路正向著超大規(guī)模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能的方向發(fā)展，因而對集成電路的封裝也提出了越來越高的要求。 3D封裝技術(shù)和系統(tǒng)封裝正處于發(fā)展階段，是微電子封裝業(yè)發(fā)展的主要趨勢，雖然面臨著技術(shù)上的一些重大問題，但隨著封裝技術(shù)和相關工藝設備的

8、進一步發(fā)展，這些制約因素肯定會得以解決，從而使其盡快地取得工藝上重大的突破，并得以更為廣泛的應用。,參考文獻,1黃強,顧明元,金燕萍.電子封裝材料的研究現(xiàn)狀J.材料導報,2000,14(9):28-32 2張海坡,阮建明.電子封裝材料及其技術(shù)發(fā)展狀況J.粉末冶金材料科學與工程, 2003,8(3):216-222 3鄭小紅,胡明,周國柱.新型電子封裝材料的研究現(xiàn)狀及展望J.佳木斯大學學 報(自然科學版),2005,23(3):460-464 4李秀清. 微電子封裝技術(shù)的新趨勢J. 電子與封裝,2001,1(2):6-10 5高尚通,楊克武.新型微電子封裝技術(shù)J.電子與封裝,2004,4(1):10-23 6鄭建勇,張志勝,史金飛.三維(3D)疊層封裝技術(shù)及關鍵工藝A.2009年全國博 士生學術(shù)會議暨科技進步與社會發(fā)展跨學科學術(shù)研討