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电子封装材料、封装工艺及其发展Electronic Packaging Materials,Technology and its development,姓名 马文涛 日期 2011年1月,汇报提纲,一、,二、,三、,四、,前言,电子封装材料的分类,电子封装工艺,结语,一、前言,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，是集成电路的密封体，对电路的性能和可靠性具有非常重要的影响。随着信息时代的到来，微电子技术高速发展，半导体集成电路(IC)芯片的集成度、频率以及微电路的组装密度不断提高，电路重量和体积目益趋于微型化，芯片集成度的迅速增加必然会导致其发热量的提高，使得电路的工作温度不断上升。实验证明，单个元件的失效率与其工作温度成指数关系，功能则与其成反比，因而如何提高芯片的散热效率，使得电路在正常温度下工作就显得尤为重要。解决这一问题可以进行合理的热封装和热设计，比如可以使用各种散热器或采用液体冷却系统，然而这些方法并不能从根本上解决问题，系统的成本和结构也会因此而增加，因此研究和开发具有高热导率及良好综合性能的封装材料就显得很重要，这对电子封装材料提出了新的要求。与此同时，电子封装也正不断向小型化、高性能、高可靠性和低成本方向发展。,二、分类,电子封装材料,基板,布线,框架,层间介质,密封材料,陶瓷,环氧玻璃,金刚石,金属,金属基复合材料,基板,主要包括,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厚膜法，前者由真空蒸镀、溅射、电镀等方法获得，后者由丝网印刷、涂布等方法获得。薄膜导体材料应满足以下要求：电阻率低；与薄膜元件接触电阻小，不产生化学反应和相互扩散；易于成膜和光刻、线条精细；抗电迁移能力强；与基板附着强度高，与基板热膨胀系数匹配好；可焊性好，具有良好的稳定性和耐蚀性；成本低，易成膜及加工。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，TiAu，TiPtAu等是主要的薄膜导体。为降低成本，近年来采用CrCuAu，CrCuCr，CuFeCu，TiCuNiAu等做导体薄膜。,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。,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，同时也促进了封装材料的发展。即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(腐蚀性离子的固化)和脱模剂等I引环氧树脂价格相对较便宜、成型工艺简单、适合大规模生产，可靠性较高，因此，近10年来发展很快目前，国外8090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。,三、电子封装工艺,电子封装结构的三个层次,3D封装,3D封装主要有三种类型，即埋置型3D、有源基板型3D和叠层型3D。,3D封装,叠层结构：,3D封装,3D叠层封装技术的出现，解决了长期以来封装效率不高，芯片间互连线较长而影响芯片性能以及使芯片功能单一的问题；同时也促进了相关组装设备和工艺的发展。3D叠层封装涉及的关键工艺有大尺寸圆片减薄工艺、超薄圆片划片工艺、高低弧焊线工艺、密间距焊线工艺、超薄形胶体塑封工艺、微型器件的SMT工艺等,系统封装,(a)3D堆叠封装型态结构的SIP,(b)多芯片封装结构的SIP,系统封装,(c)组合式封装结构的SIP(Amkor),系统封装,SIP的广义定义是：将具有全部或大部分电子功能，可能是一系统或子系统也可能是组件(Module)，封装在同一封装体内。系统封装(SIP，System in Package)技术是多芯片模块(M CM)和多芯片封装(MCP)技术的不断发展、演变而来，是目前电子元(组)件组(封)装最高等级的封装技术，由于更具微小型化、更好的电气性能等，因而在便携式电子产品领域中有着巨大的潜在市场,四、结语,电子封装伴随着电路、器件、和元件的产生而产生，伴随着其发展而发展。集成电路正向着超大规模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能的方向发展，因而对集成电路的封装也提出了越来越高的要求。3D封装技术和系统封装正处于发展阶段，是微电子封装业发展的主要趋势，虽然面临着技术上的一些重大问题，但随着封装技术和相关工艺设备的进一步发展，这些制约因素肯定会得以解决，从而使其尽快地取得工艺上重大的突破，并得以更为广泛的应用。,参考文献,1黄强,顾明元,金燕萍.电子封装材料的研究现状J.材料导报,2000,14(9):28-322张海坡,阮建明.电子封装材料及其技术发展状况J.粉末冶金材料科学与工程,2003,8(3):216-2223郑小红,胡明,周国柱.新型电子封装材料的研究现状及展望J.佳木斯大学学报(自然科学版),2005,23(3):460-4644李秀清.微电子封装技术的新趋势J.电子与封装,2001,1(2):6-105高尚通,杨克武.新型微电子封装技术J.电子与封装,2004,4(1):10-236郑建勇,张志胜,史金飞.三维(3D)叠层封装技术及关键工艺A.2009年全国博士生学术会议暨科技进步与社会发展跨学科学术研讨会论文集C.2009:1-77林金堵.崭露头角的系统封装J.印制电路信息.2008(5):9-128曾理,江芸,杨邦朝.SIP封装及其散热技术A.2006年中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集C.2006：270-278）,Thank You!,