电子封装材料及其应用优秀课件
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9
三、电电子子封封装装工结艺构的三个层次
10
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
11
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
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）
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。
17
b.常用金属基电子封装材料
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。
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。
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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。
15
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。
16
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
3
二、电子封装材料的分类
基板
布线
密封材料
电子封 装材料
框架
层间介质
4
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
Байду номын сангаас
金属基复
环氧玻璃
合材料
主要包括
金属
金刚石
5
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。 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, 可使用导电率高的 导体材料；布线密度高，且可以在 LTCC 结构中埋置元器件。
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 性离子的固化)和脱模剂等。目前，国外80％～90％半导体器 件密封材料(日本几乎全部)为环氧树脂封装材料，具有广阔的 发展前景。
电子封装材料及其应用
1
目录
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
2
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。
SiC 陶瓷的热导率很高，热膨胀系数较低，电绝缘性能良好，强度高。但是SiC 介电常数太高，限制了高频应用，仅适用于低频封装。
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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。
6
布线
导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。
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。
7
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。
8
密封材料
电子器件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．
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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。
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封 装材料。环氧树脂作为透镜材料时,耐老化性能明显不足,与内封装材料 界面不相容,使LED的寿命急剧降低。硅橡胶则表现出与内封装材料良好 的界面相容性和耐老化性能.
三、电电子子封封装装工结艺构的三个层次
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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
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）
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
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。
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。
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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。
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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
3
二、电子封装材料的分类
基板
布线
密封材料
电子封 装材料
框架
层间介质
4
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
Байду номын сангаас
金属基复
环氧玻璃
合材料
主要包括
金属
金刚石
5
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。 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, 可使用导电率高的 导体材料；布线密度高，且可以在 LTCC 结构中埋置元器件。
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 性离子的固化)和脱模剂等。目前，国外80％～90％半导体器 件密封材料(日本几乎全部)为环氧树脂封装材料，具有广阔的 发展前景。
电子封装材料及其应用
1
目录
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。
SiC 陶瓷的热导率很高，热膨胀系数较低，电绝缘性能良好，强度高。但是SiC 介电常数太高，限制了高频应用，仅适用于低频封装。
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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。
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布线
导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。
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。
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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。
8
密封材料
电子器件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．
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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。
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封 装材料。环氧树脂作为透镜材料时,耐老化性能明显不足,与内封装材料 界面不相容,使LED的寿命急剧降低。硅橡胶则表现出与内封装材料良好 的界面相容性和耐老化性能.