电子封装材料的技术现状与发展趋势

MCM-D 多层基板的层间介电层膜；TFT-LCD 的平坦化（Planarization）和 分割（Isolation）；芯片表面的凸点、信号分配等。 由于low k 材料的需求近 年来不断攀升，预计 BCB 树脂的市场需求将增长很快。 Dow Chemical 是目 前 BCB 树脂的主要供应商，产品牌号包括 CycloteneTM3000 系列、4000 系 列。 环氧光敏树脂具有高纵横比和优良的光敏性；典型代表为化学增幅型环氧酚 醛树脂类光刻胶，采用特殊的环氧酚醛树脂作为成膜树脂、溶剂显影和化学 增幅。由于采用环氧酚醛树脂作成膜材料，故具有优良的粘附性能，对电子 束、近紫外线及 350-400nm 紫外线敏感。环氧光敏树脂对紫外线具有低光光 学吸收的特性，即使膜厚高达 1000um，所得图形边缘仍近乎垂直，纵横比可 高达 20：1。 经热固化后，固化膜具有良好的抗蚀性，热稳定性大于 200oC, 可在高温、腐蚀性工艺中使用。 为了适应微电子封装技术第三次革命性变革的快速发展，需要系统研究其代 表性封装形式，球型阵列封装（Ball Gray Array, BGA）和芯片尺寸级封装（ Chip Scale Packaging, CSP）, 所需的关键性封装材料-聚合物光敏树脂，包 括聚酰亚胺光敏树脂、BCB 光敏树脂和环氧光敏树脂等。
我国 EMC 的研究始于20世纪 70 年代末，生产始于 80 年代初。从 90 年代初
到现在进入了快速发展阶段, 高性能EMC质量水平有了较大进步。但是，国产 EMC 产品在质量稳定性、粘附性、吸潮性、杂质含量、放射粒子量、以及电 性能、力学性能、耐热性能等方面还需要进一步改善，
环氧塑封料的技术发展呈现下述趋势：

3）为适应无铅焊料、绿色环保的要求，向着高耐热、无溴阻燃化方向快速发 展。
（二）高密度多层封装基板

高密度多层封装基板主要在半导体芯片与常规 PCB 之间起电气过渡作用，同 时为芯片提供保护、 支撑、散热作用。封装基板在以 BGA、CSP 为主的先 进封装器件的制造成本中占有很高的比重；例 如，在 BGA 中约 40-50%，而 在 CSP 中可高达 70-80%。

开模腔内，闭合模具使其熔融并加压使物料流动充满模腔
环氧模塑料的成型方法:


同时发生化学反应而固化成型.
传递模塑法:将模塑料放入外加料室内加热熔化，然后
在压力作用下使熔融物料经过模具的浇注系统以高速注入 并充满加热的闭合模腔内，在保温保压下使模塑料固化成

环氧塑封料的现状：
环氧塑封料以其成本低廉、工艺简单和适于大规模生产等优点在集成电路
封装材料中独占鳌头, 目前全球集成电路封装的 97%采用 EMC。随着集成电路 与封装技术飞速发展，越来越显示出 EMC 的基础地位和支撑地位的作用。
目前世界上环氧塑封料生产厂家主要集中在日本、美国、韩国和中国台湾
等国家和地区, 包括： 日东电工、住友电木、日立化成、松下电工、信越化学 、台湾长春、东芝、Hysol、Plaskon、Cheil 等。主要市场集中在美国、日本、 台湾、韩国等国家和地区；目前 EMC的主流产品为适合于0.35-0.18µm特征尺 寸集成电路的材料，研制水平达0.10-0.09µm；主要用于 QFP/TQFP、PBGA 以 及 CSP 等形式的封装。
1）为适应超大规模集成电路向着高密度、高 I/O 数方向 的发展需求，朝
着适应高密度、高 I/O 数的封装形式（如 BGA）方向发展。

2）为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子 产品的需求，朝着适应于微型化、薄型化、不对称化、低成本化封装形式（ CSP/QFN）方向发展。

（五）导电/导热粘结剂
高性能导电/导热粘结剂主要包括导电粘结剂、导热粘结剂等，
主要用于将 IC 芯片粘贴于引线框 架或基板上。 目前市场上最常见的导电粘结剂和导热粘结剂主要以环氧树脂或 聚氨酯、有机硅树脂等为基体树脂，并填充片状导电银粉（或氧 化铝、氮化硅等），再加固化剂、促进剂、表面活性剂、偶合剂 等，以达到所需的综合性能。同时，为了满足电子产品高耐热的 要求，也可以采用聚酰亚胺为基体树脂。环氧导电胶可分为各向 同性导电胶和各向异性导电胶两大类。环氧导电胶分为单组份和 双组分两种形式，目前以单组份为主。 国外环氧导电胶的主要生产厂家包括 Hitachi Chemical, Sumitomo Bakelite, Ablestick, Loctite 等，其中以 Ablestick 市场 占有率最大，约占全球 43%的市场。
封装材料的现状和发展趋势
封装材料主要包括：
1 2
环氧模塑料(EMC) 高密度多层封装基板 液体环氧封装料 聚合物光敏树脂
3
4 5
导电/导热粘结剂
（一）环氧模塑料(EMC)

环氧模塑料（EMC－Epoxy Molding Compound）即环氧树脂模塑料、环氧 塑封料，是由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微 粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料。塑料封装（简称塑 封）材料90％以上采用EMC 压缩模塑法: 将模塑料直接放人已加热到成型温度的敞
（四）聚合物光敏树脂
聚合物光敏树脂主要包括 1）聚酰亚胺光敏树脂（PSPI）；2）BCB 光敏树 脂；和 3）环氧光敏树脂三种类型，主要用于 BGA、CSP 芯片表面焊球阵列 的制球工序和多层积层（BUM）封装基板的外延信号线层间绝缘，是 BGA/CSP 的关键封装材料。 聚酰亚胺光敏树脂包括正性胶和负性胶两类。目前，负性胶应用范围广，技 术比较成熟；而正性胶的技术正在成熟，由于工艺步骤少，是未来的发展方 向。聚酰亚胺光敏树脂不但具有聚酰亚胺材料固有的高温、耐低温、高强度 、高韧性、高电绝缘、低介电常数、低介电损耗、高频介电稳定、高耐化学 腐蚀等优异的综合性能，同时具有光刻胶的光刻制图工艺性能，广泛应用于 芯片表面的一级或二级钝化层膜、多层布线的层间介电层膜、塑封电路的应 力缓冲-吸收层膜、α-粒子阻挡层膜、 韧性 PI 薄膜基板的绝缘膜等，作为有 机介电/绝缘薄膜材料在微电子封装、光电子封装、平板显示等方面具有重要 的作用。国外主要生产厂家包括 Dupont、Hitachi Chemical、Merck、Asahi Chemical、Siemens、Ciba Geigy 等。 BCB 光敏树脂是一种对 i 线（365nm）敏感的负性光刻树脂。二十世纪 80 年 代由 Dow ChemicalCo. 推向市场，90 年代实现商业化；BCB 树脂是部分聚 合（B-阶段）的具有适当粘度的液体。目前主要包括两个系列产品： Cyclotene 3000 系列、Cyclotene 4000 系列。BCB 树脂的典型应用：Low-k 介电层间层膜；BGA/CSP 多层有机基板的多层信号源的层间介电绝缘膜；
电子封装材料的技术现状与发 展趋势
梁肖 2012.5

目录
1
研究背景
2
封装材料的现状与发展趋势
3
展望
研究背景
1
封装概念
2
封装材料的重要性
封装的概念
封装就是把硅片上的电路管脚，用引线接引到外部接头处。以便
与其他器件连接。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增 强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接 到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其 他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片 必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成 电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。 由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连 接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。

3）共烧陶瓷多层基板： 20 世纪 90 年代，多芯片组件的篷勃发展推动了共 烧陶瓷多层基板的迅速发展。共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, 可使用导电率高的导体材料；布线密度高，且可以在 LTCC 结构中埋置元器件。在无源集成方面，LTCC 技术由于成功地解决了蓝 牙系统中无源元件的组装问题而成为实现无源集成的一项关键性技术。LTCC 发展十分迅速, 已经商用化。国际上Dupont、Ferroh 和 Heraeus 等公司都可 出售 LTCC 材料。有国外报导, LTCC 已用于 70GHZ 微波电路。20 世纪 90 年代, IBM、Fujitsu 等公司已把 60 多层的 LTCC 基板用于超级计算机的主板 。
In
Out
封装材料的重要性
在集成电路封装中，封装
材料能够起到半导体芯片 支撑、芯片保护、芯片散
热、芯片绝缘和芯片与外
电路、光路互连等作用。 集成电路封装类型不同，
封装材料也不同。自20世纪90年代以来，一些先进封装技术获得
快速发展，包括球焊阵列封装(BGA)，芯片尺寸封装(CSP), 多芯 片组件（MCM）以及系统封装（SIP）等。无论从集成电路市场需 求和封装技术发展方向，还是从系统集成的角度来分析，上述封 装形式将是未来10-15年的封装主流。近年来，针对先进封装技 术所需的先进封装材料获得了巨大进展，这将巨大地推动先进封 装技术的发展。
陶瓷
环氧玻璃
封装基板 主要包括
金属基复 合材料
金属
金刚石
用于 BGA、CSP 和 MCM 的高密度多层封装基板主要包括三种类型。 硬质 BT 树脂基板

高密度多层封装基板
韧性 PI 薄膜基板


共烧陶瓷基板
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。目前, BT 树脂基板是 BGA/CSP 的主要基板之一，具有优异的耐热稳定性、力学机械性能和介电性能，是一 种理想的硬质 BGA/CSP 的基板。 随着 BGA/CSP 的快速发展, 硬质 BT 树脂 基板在国际上发展速度很快，主要供应商包括 Mitsubishi Gas and Chemical 、HI-TEK Polymers、 Dow Chemical、Ciba Geigy、 Bayer 和 RhonePoulene 等；Mitsubishi Gas and Chemical 的 BT 基板是目前市场上的主导 产品；另外，ISOLA、日立化成等公司都先后向市场推出了自己的 BT 基板。 2）韧性 PI 薄膜基板：另一种应用范围广泛的 BGA 和 CSP 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。目前，全球韧性 PI 薄膜基板的主要生产厂商 集中在日本、美国、韩国、台湾等国 家和地区，包括日本 Kaneka、Hitachi 、Mitsui、美国 Dupant、3M、韩国三星、台湾宏仁等。