电子封装材料及其应用

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电密子封器材件料和集成电路的密封材料主要是陶瓷 和塑料。最早用于封装的材料是陶瓷和金属， 随着电路密度和功能的不断提高，对封装技术 提出了更多更高的要求，从过去的金属和陶瓷 封装为主转向塑料封装。至今，环氧树脂系密 封材料占整个电路基板密封材料的90％左右．
树脂密封材料的组成为环氧树脂(基料树脂 及固化剂)、填料(二氧化硅)、固化促进剂、偶 联剂(用于提高与填料间的润湿性和粘结性)、 阻燃剂、饶性赋予剂、着色剂、离子捕捉剂(腐 蚀性离子的最后固一页化)和上一脱页 模剂下一等页 。目目前录，国退外出890
2)绝缘性好、 可靠性高
3)强度高, 热稳定性好
4)低热膨胀系数, 高热导率
5)气密性好,化学性能稳定
6)耐湿性好, 不易产生微裂现象
劣势： 成本较高，适用于高级微电子器件的封装
（航空航天及军事领域）
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Al2O3陶瓷基片由于原料丰富、强度、硬度高、绝缘性、
化学稳定性、 与金属附着性良好，是目前应用最成熟的陶瓷
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封装基板主要包括三种类型:
1) 硬质 BT 树脂基板：硬质 BT 树脂基板主 要由 BT 树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂）和玻 纤布经反应性模压工艺而制成。
2)韧性 PI(聚酰亚胺) 薄膜基板：在线路微 细化、轻量化、薄型化、高散热性需求的驱动 下，主要用于便携式电子产品的高密度、多 I/O 数的 IC 封装。
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b.常用塑料基封装材料
环氧模塑料（EMC)具有优良的粘结性、优异的 电绝缘性、强度高、耐热性和耐化学腐蚀性好、吸水 率低，成型工艺性好等特点。环氧塑封料目前存在热 导率不够高，介电常数、介电损耗过高等问题急需解 决。可通过添加无机填料来改善热导和介电性质。
有机硅封装材料：硅橡胶具有较好的耐热老化、 耐紫外线老化、绝缘性能，主要应用在半导体芯片涂 层和LED封装胶上。将复合硅树脂和有机硅油混合, 在 催化剂条件下发生加成反应, 得到无色透明的有机硅
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结语
在未来相当长时间内,电子封装材料仍以塑料基为主。发展方向为： 1.)超大规模集成化、微型化、高性能化和低成本化。 2.)满足球栅阵列(BGA)、芯片级(CSP)、多芯片组件（MCM）等先
进新型封装形式的新型环氧模塑料。 3.)无卤、锑元素,绿色环保,适用于无铅焊料工艺的高温260℃回流
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一、 电子封装材料的概念 二、 电子封装材料的分类
三、 电子封装的应用
四、 结语
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一、电子封装材料的概念
电子封装
电子封装是指对电路芯片进行包装，保护电路芯片，使 其免受外界环境影响的包装。
电子封装材料
电子封装材料是用于承载电子 元器件及其相互联线，起机械支 持，密封环境保护，信号传递， 散热和屏蔽等作用的基体材料。
未来的金属基封装材料将朝着高性能、低成本、低密 度和集成化的方向发展。轻质、高导热和CTE匹配的Si/Al、 SiC/Al合金将有很好的前景。
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新型金属基封装材料： Si/Al合金：
利用喷射成形技术制备出Si质量分数为70%的Si2Al合金，其热 膨胀系数为(6-8)×10- 6K- 1热导率大于100W/(m·K)密度为2.42.5g/cm3, 可用于微波线路、光电转换器和集成线路的封装等。
提高Si含量,可降低热膨胀系数和合金密度,但增加了气孔率,降低 了热导率和抗弯强度。Si含量相同时,Si颗粒较大的合金的热导率和 热膨胀系数较高, Si颗粒较小的合金的抗弯强度较高。Al/Si2合金应 用前景广阔。
电子封装结构的三个层次
三、电子封装工艺
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3.电子封装材料研究现状
3.1 陶瓷基封装材料 3.2 塑料基封装材料 3.3 金属基封装材料 3.4 三种类型封装材料对比 3.5 绿色电子封装材料
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3.1 陶瓷基封装材料
a.优势与劣势：
优势：1)低介电常数,高频性能好
传统金属基封装材料： Al：热导率高、密度低、成本低、易加工，应用最广 泛。但Al的热膨胀系数与Si等差异较大，器件常因较大 的热应力而失效，Cu也是如此。 W、Mo：热膨胀系数与Si相近，热导率较高，常用于 半导体Si片的支撑材料。但W、Mo与Si的浸润性差、 焊接性差。另外W、Mo、Cu的密度较大,不宜航空航天 使用；W、Mo成本高，不宜大量使用。
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二、电子封装材料的分类
基板
布线
密封材 料
电子 封装 材料
层间介 质
框架
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基体
高密度多层封装基板主要在半导体芯片与常规 PCB （印制电
路板）之间起电气过渡作用，同时为芯片提供保护、支撑、散热
作用。
陶瓷
金属基复
环氧玻璃
合材料
主要包括
金属
金刚石
基封装材料。但是Al2O3热膨胀系数和介电常数比Si高，热导
率不够高，限制了其在高频，高功率，超大规模集成封装领
域的应用。
AlN具有优良的电性能和热性能，适用于高功率，多引线和
大尺寸封装。但是AlN存在烧结温度高，制备工艺复杂，成本
高等缺点，限制了其大规模生产和使用。
SiC 陶瓷的热导率很高，热膨胀系数较低，电绝缘性能良
Al是半导体集成电路中最常用的薄膜导体材料，其缺点是抗电子迁移能 力差。Cu导体是近年来多层布线中广泛应用的材料，Au，Ag，NiCrAu，Ti— Au，Ti—Pt—Au等是主要的薄膜导体。为降低成本，近年来采用Cr—Cu—Au， Cr—Cu—Cr，Cu—Fe—Cu，Ti—Cu—Ni—Au等做导体薄膜。
3）共烧陶瓷多层基板：烧陶瓷基板包括高温
共烧陶瓷基板（HTCC）和低温共烧基板(LTCC)
。和 HTCC 相比, LTCC 基板的介电常数较低,
适于高速电路；烧结温度低, 可使用导电率高6
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布导线体布线由金属化过程完成。基板金属化 是为了把芯片安装在基板上和使芯片与其他元 器件相连接。为此，要求布线金属具有低的电 阻率和好的可焊性，而且与基板接合牢固。金 属化的方法有薄膜法和后膜法。
3.4三种类型封装材料对比
塑料基封装材料的密度较小,介电性能较好,热导 率不高, 热膨胀系数不匹配,但成本较低,可满足一般的封 装技术要求。
金属基封装材料的热导率较高,但热膨胀系数不匹配, 成本较高。
陶瓷基封装材料的密度较小,热导率较高,热膨胀系数 匹配,是一种综合性能较好的封装方式
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3.5 绿色电子封装材料
绿色电子封装是指在电子产品整个封装过程中，必须考虑资源 能源消耗和环境影响等问题，并兼顾技术和经济因素，使得电子封 装企业的经济效益和社会效益达到协调优化的电子封装理念。目前 研究比较多的绿色电子封装是封装材料的无铅无卤化问题。
绿色电子封装要求封装材料，包括互连材料(如无铅焊料和焊膏 等 )和被连接材料(如印刷电路板、电子元器件等 )以及连接后清洗 所用的清洗剂等，均不得使用含铅及含卤素材料。
焊要求。 4.)开发高纯度、低黏度、多官能团、低吸水率、低应力、耐热性
好的环氧树脂.新型环氧模塑料将走俏市场,有机硅类或聚酰亚胺类 很有发展前景
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在军事、 航空航天和高端民用电子器件等领域,陶瓷 基封装材料将向多层化方向发展,低温共烧陶瓷具有广阔的 前景，多层陶瓷封装的发展重点是可靠性好,柔性大、成本 低。高导热、高密封的AlN发展潜力巨大,应在添加物的选 择与加入量、烧结温度、粉料粒度、氧含量控制等关键技 术上重点突破。
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Cu/C纤维封装： C纤维的纵向热导率高（1000W/(m·k)），热膨胀系
数很小（-1.6×10-6K-1因），此Cu/C纤维封装材料具有 优异的热性能。对于Cu/C纤维封装材料，其具有明显的 各向异性，沿着C纤维方向的热导率远高于横向分布的热 导率。
Cu与C的润湿性差,固态和液态时的溶解度小,且不发 生化学反应。因此,Cu/C 纤维封装材料的界面结合是以 机械结合为主的物理结合, 界面结合较弱。所以，Cu/C 纤维封装材最料后制一页备过程上中一页需要首先下一解页决两组目元之录 间的退相 出 20
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层间介质
介质材料在电子封装中起着重要的作用，如 保护电路、隔离绝缘和防止信号失真等。
它分为有机和无机2种，前者主要为聚合物， 后者为Si02，Si3N4和玻璃。多层布线的导体间 必须绝缘，因此，要求介质有高的绝缘电阻， 低的介电常数，膜层致密。
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封装材料。最后环一氧页 树脂上作一为页 透镜材下料一页时,耐老目化性录 能明退显 出
聚酰亚胺封装：聚酰亚胺可耐350~450℃的高温、 绝 缘性好、介电性能优良、抗有机溶剂和潮气的浸湿等 优点，主要用于芯片的钝化层、应力缓冲和保护涂层、 层间介电材料、液晶取向膜等,特别用于柔性线路板的 基材。
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3.3金属基封装材料
a.优势与劣势： 金属基封装材料较早应用到电子封装中, 因其热
导率和强度较高、加工性能较好，至今仍在研究、开 发和推广。
但是传统金属基封装材料的热膨胀系数不匹配, 密度大等缺点妨碍其广泛应用。
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b.常用金属基电子封装材料
好，强度高。但是SiC介电常数太高，限制了高频应用，仅适13
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3.2 塑料基封装材料
a.优势与劣势： 塑料基封装材料成本低、工艺简单、在
电子封装材料中用量最大、发展最快。它是 实现电子产品小型化、 轻量化和低成本的一 类重要封装材料。
但是塑料基封装材料存在热膨胀系数（与 Si）不匹配，热导率低，介电损耗高，脆性大 等不足。