先进电子封装用聚合物材料研究进展.ppt

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1、杨士勇 主任/研究员 中国科学院化学研究所高技术材料实验室 Tel：01062564819 E-mail:,先进电子封装用聚合物材料研究进展,2010全国半导体器件技术研讨会，杭州，,报告内容,一、电子封装技术对封装材料的需求 二、高性能环氧塑封材料 三、液体环氧底填料 四、聚合物层间介质材料 五、多层高密度封装基板材料 六、光波导介质材料 结束语,小型化轻薄化高性能化多功能化高可靠性低成本,DIP,QFP,BGA/CSP,PGA/BGA,60-70S,80s,90s,00s,微电子封装技术-发展现状与趋势,MCM/SiP,05s,3D,High Speed/High Integration,

2、QFP,PBGA,Stacked CSP,BOC,FC BGA,EBGA,System In Package,mBGA,3 stacked BGA,TBGA,BCC,Stacked FBGA,LQFP,VFBGA,FPBGA,Current,Stacked PTP,TSOP,SOIC,WaferLevel CSP,QFN,Future Assembly Technology,Miniaturization,Near Future,CSP,微电子封装技术-发展现状与趋势,微电/光子混合封装技术,聚合物封装材料的重要作用,关键性封装材料,1、高性能环氧塑封材料,5、导电/热粘结材料,3、高密度多层

3、封装基板,.,2、层间介电绝缘材料,4、光波传导介质材料,重要的聚合物材料,1、功能性环氧树脂 2、高性能聚酰亚胺 3、特种有机硅树脂 4、光敏性BCB树脂 5、高性能氰酸酯树脂,9H:High Thermal Stability High Dimensional StabilityHigh TgsHigh Mechanical PropertiesHigh Electrical InsulatingHigh Chemical PurityHigh Optical TransparencyHigh SolubilityHigh Adhesive,9L:Low ViscosityLow Curi

4、ng TemperatureLow Dielectric Constant Low Thermal Expansion Low Moisture AbsorptionLow StressLow Ion ContentsLow PriceLow Shrinkage,聚合物封装材料的性能需求,二、高性能环氧模塑材料 1、本征阻燃化：无毒无害 2、耐高温化：260-280 oC 3、工艺简单化:低成本、易加工,环氧塑封材料的无卤阻燃化,WEEE&RoHS,环氧树脂的阻燃性,实现环氧塑封材料无卤阻燃的途径,本征阻燃性环氧塑封材料,FBE,FBN,本征阻燃性环氧塑封材料,样品尺寸：50*3 mm测试条件

5、：沸水中浸泡8小时,本征阻燃性环氧树脂的阻燃机理,主链中含有联苯结构和苯撑结构的酚醛型环氧树脂和酚醛型环氧固化剂在固化反应后形成了高度阻燃的网络结构，其阻燃性主要归功于在高温下的低弹性和高抗分解性导致燃烧时形成稳定的泡沫层。泡沫层主要由树脂体，炭和分解时产生的挥发性物质构成，有效地阻隔了热传递。,最近研制无卤阻燃塑封料的性能,高耐热PI塑封材料,注射温度：360 oC 注射压力：150 MPa模具温度：150 oC,三、液体环氧底填料,Underfill 的作用:1)增强机械稳定性 2)降低CTE及内应力 3)防尘防潮防污染,环氧底填料的填充工艺,1、毛细管流动型填充工艺 a)标准毛细管流动填

6、充 b)真空辅助毛细管填充 c)加压辅助毛细管填充 d)重力辅助毛细管填充2、非流动型填充工艺3、模压填充工艺4、圆片级填充工艺,环氧底填料成为工艺成败的关键因素,1、粘度：4000-5000 mPa.s(25 oC)2、玻璃化温度：150 3、热膨胀系数：20 ppm/。4、弯曲模量：9.5 GPa。5、吸水率：0.8%(85/85RH/72h)6、室温保存时间：13000-15000cps（25/16h）7、低温保存时间：16000-18000cps（-40/6 months）,典型Underfill材料的性能,四、Low-k 层间介质材料 1、光敏聚酰亚胺树脂 2、光敏BCB树脂 3、光

7、敏PBO树脂,高电绝缘性击穿强度高,低CTE,低介电常数低介电损耗宽频/高温稳定,吸潮率低,抗高温湿热,聚酰亚胺材料的优异性能,尺寸稳定好/抗蠕变,Polyimides,耐化学腐蚀物理稳定性好,耐高温/耐低温,聚酰亚胺在电子封装中的应用,1、芯片表面钝化保护；2、多层互连结构的层间 介电绝缘层（ILD）；3、凸点制作工艺 4、应力缓冲涂层；5、多层封装基板制造,PI在FC-BGA/CSP中的典型应用,先进封装对PI材料的性能要求,PSPI树脂的发展趋势,PSPI树脂的光刻工艺,非光敏性PI树脂,光敏性PI树脂,化学所层间介质树脂的研究,国产正性PSPI树脂的光刻图形,光敏性苯并环丁烯(BCB)

8、树脂,光敏性BCB树脂的化学过程,光敏性BCB树脂的光刻工艺,五、高密度封装基板 1、低介电常数与损耗 2、耐高温化：260 oC 3、多层高密度化,先进聚合物封装基板,封装基板对材料性能的要求,封装技术发展,高韧性,高Tg,低介电常数,低吸水率,综合性能优异,低CTE,优点：加工性能好成本低缺点：Tg低（150oC）韧性差,封装基板用基体树脂,环氧树脂,BT树脂,PI树脂,优点：Tg较高（200oC）缺点：韧性差,优点：高Tg（300oC）高力学性能综合性能优异缺点：加工困难,优点：1）耐高温:可耐受无铅焊接温度 及耐受热冲击实验（240-270oC)；2）力学性能高，尺寸稳定性好，热膨胀系

9、数小，翘曲度小，平 整性好；3）化学稳定性好，可耐受电镀 液的侵蚀及其它化学品的腐蚀；4）电性能优良，e,tand 低，高频 稳定；5）本征性阻燃，不需要添加阻 燃剂，环境友好。6）适于高密度互连（HDI）的 积层多层板（BUM）的基板。,高密度PI封装基板材料,有芯板 无芯板,高密度封装基板的性能,代表性封装基板性能,42,化学所PI封装基板树脂研究,热塑性聚酰亚胺,热固性聚酰亚胺,PI封装基板材料性能,六、光波导介质材料,PI光波传导介质材料,PI光波传导材料的典型性能,结束语,微电子封装材料对微电子封装技术的发展具有重要的推动作用。但我国在该领域处于严重的落后状态，必须加强研究，以适应我国微电子封装技术快速发展的需求。,THANKS!,