半导体集成电路封装用环氧树导电胶概论

机械应力的作用下，抵抗流动的程度。
ＣＨＩＰ
（１）流动性 －－－ 剪变效应（见图 ３）。
ｙ
ＮＥＥＤＬＥ ＤＲＯＰＰＩＮＧ
图 ４ 黏度对使用的影响
ＮＥＥＤＬＥ
ｄｘ
Ａ
ｕ
ｄｙ
Ｆ
ＣＨＩＰ
ｚ
ｘ
图 ３ 剪变效应
图 ５ 拖尾现象
ＴＡＩＬＩＮＧ
ｘ 轴为流动方向，ｙ 轴为垂直于固定流动速度 之平面。
ｙ 轴流体平面之流速：ｕ＝ ｄｘ／ｄｔ ｙ＝ ｄｙ 流体平 面之流速：ｕ＋ ｄｕ
（２）快速熟化 。快速熟化是被定义为粘着剂可 于 ５～１５ ｍｉｎ 在 １００ ℃～２００ ℃的范围内达到完全 熟化。
（３） 瞬间熟化 。 瞬间熟化是被定义为粘着剂 可于 ３０～９０ ｓ 在 １５０ ℃～２２５ ℃范围内达到完全 熟化。
３．２ 银胶的特殊应用 （１）高应力吸收能力。对大尺寸芯片（＞ １．０２ ｍｍ×
较小。 Ｄ． 粘着层厚度：较厚之粘着层其曲率值将会
较大。 Ｅ． 芯片与引线框架的厚度：较厚之蕊粒与引
线框架曲率值将会较大。
４．５ 银胶之特性－ － － 高热传导性 以环氧树脂而言，高分子是很差的导体，添加
银可提升电传导性，同时也增高热传导性。但相对 于共晶和锡铅材料而言，添加银的环氧树脂和聚亚 醯氨还是比他们差很多。
４ 银胶之特性
４．１ 银胶之特性－ － － 虎克定律 应力产生之大小，由虎克定律 （ ＨＯＯＫＥ‘Ｓ
ＬＡＷ） 表示：Ｋ＝ α／ε，其中：Ｋ 为系数 （杨氏模数） ，α
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（２） 催化剂。催化剂与树脂的不同组合会影响 化学反应性，称之为触媒，引发聚合反应。
（３）填充剂。填充剂的选择会影响制程特性，比 如黏度和流动性；还会影响热应力特性、热传导、机 械强度和电传导性。一般银胶含银量为 ７０％～８０％ ， 大量的银粉填充剂可大大降低树脂的收缩现象。
（４）弹性剂。属于性质改质剂。弹性特质可用降 低键结密度来达到，通常是使用较高分子量的树脂 得以实现。但要使弹性特质有重大改变，则必须在 配方上做结构性调整，如使用富弹性的树脂、富弹 性的催化剂或弹性调整剂。
２ 银胶的组成要素
熟化后的芯片粘着剂的物理化学特性取决于 树脂与催化剂的选择与组合，是最主要的组成要素。 但是芯片粘着剂所需的各种特性并非仅由这 ２ 种 要素组成；因此，需将其它物质加入以达到所需的 特性。所以在完整的方程式中，应包含下列要素中的 ３ 种或更多种的组合，使其能达到最佳的性能表现：
（１）树脂。树脂的选择通常会影响制程特性、性 能特性和化学反应性。
位移梯度＝ 剪切应变＝ ｄｘ／ｄｙ＝ γ而剪切应变 随时间之变化率称为剪切速率：
剪切速率 ＝ γ＝ ｄ ／ ｄｔ （γ） ＝ ｄｕ／ｄｙ ＝ 速度梯度 剪切应力＝ τ＝ Ｆ （ ｘ 方向 ） ／ Ａ（ 垂直于 ｙ 方 向） （２）流动性 －－－ 牛顿粘度定律 黏度与剪切速率的关系可依牛顿粘度定律 表示为：黏度 η＝ τ／ γ 其中：τ为剪切应力，γ为剪切速率。 环氧树脂之流动性可视为牛顿流体，牛顿流体 的粘度不受剪切速率影响。 （３）流动性 －－－ 切变增稠 银胶内含高量的填充银粉，属于聚合物中极为 罕见之膨胀性流体，其黏度随剪切速率增加而升 高，此现象称之为切变增稠 。 （４）使用性 －－－ 黏度对使用性之影响 较高之黏度时剪切速率较低，会产生液滴现象 （见图 ４）。 相对之，较低黏度时剪切速率较高，易发生拖 尾现象（见图 ５）。
重点介绍了环氧树脂导电胶在使用过程中要考虑的因素。
关键词： 环氧树脂导电胶； 虎克定律； 应力计算； 流动性
中图分类号： ＴＮ４０５
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－４５０７（２００７）０２－００５２－０６
Ａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒ ａｔｅｄ Ｃｉｒ ｃｕｉｔ Ｐａｃｋａｇｅ ｔｏ Ｅｐｏｘｙ
图 ２ 塑封胶体崩裂示意
Ｃ 型崩裂 Ｂ 型崩裂 Ａ 型崩裂
４．４ 银胶之特性－ － － 影响曲率因素
ｘ Ｌ／２
ｒ－ ｘ
ｒ
Ａ 型崩裂：引线框架芯片座背面产生分离现象 其产生因素：银胶烘烤后引线框架芯片座产生应力 效应；引线框架芯片座背面污染。
Ｂ 型崩裂：银胶粘着面结合失败产生分离现象 的产生因素：应力无法分散；银胶层之水气膨胀；银 胶层之内应力。
４．３ 银胶之特性－ － － 减低应力之方向 要减低应力之产生，可从下列方向着手： （１）降低银胶层之弹率； （２）降低银胶烘烤温度； （３）加大银胶层厚度。 粘着剂的应力吸收能力可间接由曲率量测技
术表示出来。一个高应力吸收能力的粘着剂能呈现 较大的曲率值。
４． ６ 银胶之特性－ － － 对塑封胶体破坏的影响 塑封胶体被破坏，可概略为图 ２ 所示类型。
ＥＰＥ
为应力 ，ε为应变。
４．２ 银胶之特性－ － － 应力计算 推导后用于芯片应力计算： α＝ Ｋ （ αＳ － αＳｉ ）·△Ｔ!（ Ｅａ·Ｅｓ·Ｌ／Ｘ ）
其中：Ｋ 为系数，αＳ 为引线框架之温度膨胀系数 （１／℃），αＳｉ 为芯片的温度膨胀系数 （ １／℃），Ｅａ 为银 胶之弹性强度，Ｅｓ 为引线框架之抗折强度，△Ｔ 为 温度差，Ｅｓ＝ ３ｐｌ／２ｂｄ２ （ｐ 为外力，ｌ 为试片间距，ｄ 为试片厚度，ｂ 为试片宽度），Ｌ 为芯片长度，Ｘ 为银 胶层厚度。
ＥＰＥ
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响胶的扩散性和点胶时在引线框架上的流动。
影响流动性最大之因素为芯片粘着剂的粘度。
一般而言，高分子均呈剪变效应，也就是粘度会随
胶的内剪切应力的增加而降低。粘性流动为物料在
现在，最为广泛使用于芯片粘着剂的高分子材 料可分为环氧树脂 （ＥＰＯＸＹ），聚亚醯氨 （ＰＯＬＹ－ ＩＭＩＤＥ） 和 硅 氧 烷 聚 亚 醯 氨 （ＳＩＬＯＸ－ＡＮＥ ＰＯＬＹ－ ＩＭＩＤＥ）。在此仅就目前使用较广泛的环氧树脂做一 简要说明。
环氧树脂之化学特性：环氧树脂芯片粘着剂的
收 稿 日 期 ： ２００７－０２－１０ 作者简介： 王义贤（１９６２－），男，高级工程师，就职于华越芯装电子股份有限公司，现在上海财经大学 ＥＭＢＡ 班进修，多年一直
Ｗபைடு நூலகம்ＮＧ Ｙｉ－Ｘｉａｎ
（ＺｈｅＪｉａｎｇ Ｈｕａ Ｙｕｅ Ｃｈｉｐ－ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ ３１２０００）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｅｐｏｘｙ ｈａｓ ｆｏｕｎｄ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ｐｌａｓｔｉｃ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ， ＣＯＢ， Ｆｌｉｐ－Ｃｈｉｐ， ａｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ ｓｏｌｄｅｒ ｉｎ ＳＭＴ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｇｌｕｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒｓ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｐｏｘｙ， ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｉｔ ａｌｓｏ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｉｎｖｉｔｅ ｃｌｏｓｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： Ｅｐｏｘｙ； ＨｕＫｅ＇ｓ ｌａｗ； Ｓｔｒｅｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ； Ｃａｔａｌｙｓｔ
１．０２ ｍｍ） 与铜引线框架或对应力敏感的芯片进行 粘着时，粘着剂须提供良好的应力吸收能力。如果 因芯片与引线框架温度膨胀系数差距过大，过高的 热应力会造成芯片剥离或崩裂。
（２） 应力来自于芯片与引线框架的温度膨胀系 数不同，它包括一般应力（作用在整个芯片截面，由 于芯片的疲劳与脆化）和剪切与剥离应力（作用在 粘着接口，由粘着剂的凝聚力与粘着强度产生）。一 般应力在芯片截面中心达到最大，而在边端趋近于 ０，而剪切与剥离应力则是在边端达到最大。
１ 引言
随着半导体集成电路封装产业的迅速发展，已 占据了国内集成电路产业的主体地位，如何选择电 子封装材料的问题显得更加重要。据资料显示，大 部分集成电路都要使用芯片粘接用材料，而环氧树 脂导电胶（简称银胶）是最常见的粘着剂材料。本文 将对环氧树脂导电胶组成成分、特性，使用材料加
以介绍，希望对 ＩＣ 封装工程师们在选择芯片粘接 材料，研究封装机理方面有所帮助。
材。环氧树脂属热固性树脂，可以在低温低压下快 速硬化。
Ｏ Ｈ２Ｃ — ＣＨ — Ｈ２Ｃ — Ｏ —
ＣＨ３ ︱ —Ｃ— ︱ ＣＨ３
Ｏ — Ｏ —Ｈ２Ｃ — ＨＣ — ＣＨ２
环氧树脂与催化剂作用而成键结，或称熟化。 通常环氧树脂芯片粘着剂是与氨作用氧环打开后 再形成一新键结。熟化后的芯片粘着剂分子链上的 分枝长度与数目增加，分枝最后扩展至分子链之间 与另一段分子链将之连接在一起，此时所有的链以 三维空间的交连链键结，整个聚合物变为一个大分 子，而呈现高粘着强度。
从事集成电路封装工艺质量，生产运营，成本控制工作。
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基材是以表氯烷（ＥＰＩＣＨＬＯＲＯＨＹ－ＤＲＩＮ） 和双对酚 甲烷 （ＢＩＳＰＨＥＮＯＬ Ａ） 聚合反应而成的树脂为基
５．１ 制程上考虑的诸因素－ － － 银胶规格
５．２ 制程上考虑的因素－ － － 流动性和使用性 大部份的芯片粘着封装都要求大量生产，因此