電子封裝材料及其應用ppt精選課件

.,電子封裝材料及其應用,.,目錄,一、,二、,三、,四、,電子封裝材料的概念,電子封裝材料的分類,電子封裝的應用,結語,.,電子封裝電子封裝是指對電路芯片進行包裝，保護電路芯片，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。,一、電子封裝材料的概念,.,二、電子封裝材料的分類,電子封裝材料,基板,布線,框架,層間介質,密封材料,.,陶瓷,環(huán)氧玻璃,金剛石,金屬,金屬基復合材料,主要包括,高密度多層封裝基板主要在半導體芯片與常規(guī)PCB（印制電路板）之間起電氣過渡作用，同時為芯片提供保護、支撐、散熱作用。,基體,.,封裝基板主要包括三種類型:1)硬質BT樹脂基板：硬質BT樹脂基板主要由BT樹脂（雙馬來酰亞胺三嗪樹脂）和玻纖布經反應性模壓工藝而制成。2)韌性PI(聚酰亞胺)薄膜基板：在線路微細化、輕量化、薄型化、高散熱性需求的驅動下，主要用于便攜式電子產品的高密度、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；燒結溫度低,可使用導電率高的導體材料；布線密度高，且可以在LTCC結構中埋置元器件。,.,布線,導體布線由金屬化過程完成?；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是半導體集成電路中最常用的薄膜導體材料，其缺點是抗電子遷移能力差。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,介質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，對封裝技術提出了更多更高的要求，從過去的金屬和陶瓷封裝為主轉向塑料封裝。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。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,電子封裝結構的三個層次,.,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3.4三種類型封裝材料對比3.5綠色電子封裝材料,.,3.1陶瓷基封裝材料,a.優(yōu)勢與劣勢：優(yōu)勢：1)低介電常數(shù),高頻性能好2)絕緣性好、可靠性高3)強度高,熱穩(wěn)定性好4)低熱膨脹系數(shù),高熱導率5)氣密性好,化學性能穩(wěn)定6)耐濕性好,不易產生微裂現(xiàn)象劣勢：成本較高，適用于高級微電子器件的封裝（航空航天及軍事領域）,.,Al2O3陶瓷基片由于原料豐富、強度、硬度高、絕緣性、化學穩(wěn)定性、與金屬附著性良好，是目前應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，熱導率不夠高，限制了其在高頻，高功率，超大規(guī)模集成封裝領域的應用。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存在燒結溫度高，制備工藝復雜，成本高等缺點，限制了其大規(guī)模生產和使用。SiC陶瓷的熱導率很高，熱膨脹系數(shù)較低，電絕緣性能良好，強度高。但是SiC介電常數(shù)太高，限制了高頻應用，僅適用于低頻封裝。,.,3.2塑料基封裝材料,a.優(yōu)勢與劣勢：塑料基封裝材料成本低、工藝簡單、在電子封裝材料中用量最大、發(fā)展最快。它是實現(xiàn)電子產品小型化、輕量化和低成本的一類重要封裝材料。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)良的粘結性、優(yōu)異的電絕緣性、強度高、耐熱性和耐化學腐蝕性好、吸水率低，成型工藝性好等特點。環(huán)氧塑封料目前存在熱導率不夠高，介電常數(shù)、介電損耗過高等問題急需解決?？赏ㄟ^添加無機填料來改善熱導和介電性質。有機硅封裝材料：硅橡膠具有較好的耐熱老化、耐紫外線老化、絕緣性能，主要應用在半導體芯片涂層和LED封裝膠上。將復合硅樹脂和有機硅油混合,在催化劑條件下發(fā)生加成反應,得到無色透明的有機硅封裝材料。環(huán)氧樹脂作為透鏡材料時,耐老化性能明顯不足,與內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、抗有機溶劑和潮氣的浸濕等優(yōu)點，主要用于芯片的鈍化層、應力緩沖和保護涂層、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,a.優(yōu)勢與劣勢：金屬基封裝材料較早應用到電子封裝中,因其熱導率和強度較高、加工性能較好，至今仍在研究、開發(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,密度大等缺點妨礙其廣泛應用。,.,b.常用金屬基電子封裝材料,傳統(tǒng)金屬基封裝材料：Al：熱導率高、密度低、成本低、易加工，應用最廣泛。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力而失效，Cu也是如此。W、Mo：熱膨脹系數(shù)與Si相近，熱導率較高，常用于半導體Si片的支撐材料。但W、Mo與Si的浸潤性差、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：利用噴射成形技術制備出Si質量分數(shù)為70%的Si2Al合金，其熱膨脹系數(shù)為(6-8)10-6K-1熱導率大于100W/(mK)密度為2.4-2.5g/cm3,可用于微波線路、光電轉換器和集成線路的封裝等。提高Si含量,可降低熱膨脹系數(shù)和合金密度,但增加了氣孔率,降低了熱導率和抗彎強度。Si含量相同時,Si顆粒較大的合金的熱導率和熱膨脹系數(shù)較高,Si顆粒較小的合金的抗彎強度較高。Al/Si2合金應用前景廣闊。,.,Cu/C纖維封裝：C纖維的縱向熱導率高（1000W/(mk)），熱膨脹系數(shù)很?。?1.610-6K-1因），此Cu/C纖維封裝材料具有優(yōu)異的熱性能。對于Cu/C纖維封裝材料，其具有明顯的各向異性，沿著C纖維方向的熱導率遠高于橫向分布的熱導率。Cu與C的潤濕性差,固態(tài)和液態(tài)時的溶解度小,且不發(fā)生化學反應。因此,Cu/C纖維封裝材料的界面結合是以機械結合為主的物理結合,界面結合較弱。所以，Cu/C纖維封裝材料制備過程中需要首先解決兩組元之間的相溶性問題,以實現(xiàn)界面的良好結合。此外,C纖維價格昂貴，而且Cu/C纖維封裝材料還存在熱膨脹滯后的問題。,.,3.4三種類型封裝材料對比,塑料基封裝材料的密度較小,介電性能較好,熱導率不高,熱膨脹系數(shù)不匹配,但成本較低,可滿足一般的封裝技術要求。金屬基封裝材料的熱導率較高,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品整個封裝過程中，必須考慮資源能源消耗和環(huán)境影響等問題，并兼顧技術和經濟因素，使得電子封裝企業(yè)的經濟效益和社會效益達到協(xié)調優(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鉛無鹵化問題。綠色電子封裝要求封裝材料，包括互連材料(如無鉛焊料和焊膏等)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。,.,結語,在未來相當長時間內,電子封裝材料仍以塑料基為主。發(fā)展方向為：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(CSP)、多芯片組件（MCM）等先進新型封裝形式的新型環(huán)氧模塑料。3.)無鹵、銻元素,綠色環(huán)保,適用于無鉛焊料工藝的高溫260回流焊要求。4.)開發(fā)高純度、低黏度、多官能團、低吸水率、低應力、耐熱性好的環(huán)氧樹脂.新型環(huán)氧模塑料將走俏市場,有機硅類或聚酰亞胺類很有發(fā)展前景,.,在軍事、航空航天和高端民用電子器件等領域,陶瓷基封裝材料