半导体封装用环氧树导电胶概论

半导体封装用环氧树导电胶概论

半导体封装用环氧树导电胶概论

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。

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(POL-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基材是以表氯烷(EPICHLOROHY-DRIN)和双对酚甲烷(BISPHENOLA)聚合反应而成的树脂为基材。环氧树脂属热固性树脂，可以在低温低压下

快速硬化。

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。

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。

(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。

(5)稀释剂。在树脂系统中可用来降低黏度的物质称为稀释剂。稀释剂可分为反应型及非反

应型。

(6)加速剂。加速剂的添加是为缩短烘烤时间及烘烤温度。常用的加速剂有环烷酸钴、二乙

苯铵及二甲苯铵。

3 银胶的熟化条件及特殊应用

3.1 银胶的熟化条件

(1)热风循环式烤箱熟化。一般环氧树脂芯片粘着剂均可于l h在150℃～180℃的范围内达

到完全熟化。

(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×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。

4 银胶之特性

4.1 银胶之特性一虎克定律

应力产生之大小，由虎克定律(HOOKE'SLAW)表示：K=α/β，其中：K为系数(杨氏模数)，

α为应力，β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：

其中：K为系数，αs为引线框架之温度膨胀系数（1/℃）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。

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）加大银胶层温度；

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

4．4 银胶之特性---影响曲率因素

其中：r为曲率半径，x为振幅长度，L为横切长度。

影响曲率因素：

A．温度膨胀系数：芯片与引线框架的温度膨胀系数差距愈人则曲率值愈小。

B．烘烤温度：粘着剂若在室温熟化，则曲率值将呈现无限大。

C．芯片尺寸：较大尺寸的芯片其曲率值将会较小。

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。

4．6 银胶之特性-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。

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。

C型崩裂：芯片表面产生分离现象其产生因素：银胶烘烤后芯片产生应力效应；芯片表面污

染。

5 制程上考虑的诸因素