电子元件塑封和电子级环氧模塑料
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环氧塑封材料环氧塑封材料是一种常用的封装材料,广泛应用于电子、通信、航空航天等领域。
它具有优良的绝缘性能、耐高温性能和耐化学腐蚀性能,能够有效地保护电子元器件,延长其使用寿命。
环氧塑封材料具有优良的绝缘性能。
在电子元器件封装过程中,绝缘性能是非常重要的一项指标。
环氧塑封材料具有较高的绝缘强度和体积电阻率,能够有效地阻止电流的泄漏和短路现象的发生,保障电子元器件的正常工作。
环氧塑封材料具有良好的耐高温性能。
在一些特殊领域,如航空航天和军事装备等,电子元器件需要在极端的高温环境下工作。
环氧塑封材料能够承受高温的冲击,保持其稳定性和可靠性,确保电子元器件的正常运行。
环氧塑封材料还具有优异的耐化学腐蚀性能。
在一些特殊的工作环境中,电子元器件可能会接触到各种化学物质,如酸、碱、溶剂等。
环氧塑封材料可以有效地抵御这些化学物质的侵蚀,保护电子元器件不受损。
环氧塑封材料还具有良好的流动性和可塑性,适用于各种封装形式。
它可以根据不同的封装需求进行注射、浇注、涂覆等工艺,形成不同形状和尺寸的封装件。
同时,环氧塑封材料还可以与其他材料进行粘接,提高封装件的稳定性和可靠性。
环氧塑封材料在制备过程中还可以添加各种添加剂,以增强其性能。
例如,可以添加抗氧化剂、阻燃剂、增塑剂等,以提高环氧塑封材料的抗老化性能、阻燃性能和加工性能。
总结起来,环氧塑封材料具有优良的绝缘性能、耐高温性能和耐化学腐蚀性能,能够有效地保护电子元器件,延长其使用寿命。
它的流动性和可塑性也使其适用于各种封装形式。
在未来的发展中,环氧塑封材料有望进一步提升其性能,满足不断发展的电子行业对封装材料的需求。
环氧模塑料在半导体封装中的应用发布时间:2023-01-15T09:05:35.192Z 来源:《中国科技信息》2022年9月17期作者:刘飞[导读] 环氧模塑料是用于半导体封装的热固性化学材料的一种,不同材料的使用能够决定半导体封装性能刘飞深圳市纽菲斯新材料科技有限公司广东深圳518106摘要:环氧模塑料是用于半导体封装的热固性化学材料的一种,不同材料的使用能够决定半导体封装性能。
环氧模塑料具有生产效率高以及成本较低的优势,是现阶段半导体塑料封装形式中使用较多的材料。
基于此,本文对环氧模塑料以及该材料在半导体封装中的应用进行探讨。
关键词:环氧模塑料;半导体;封装技术;应用半导体封装材料是绝缘和密封的材料,主要用于保护芯片元件,避免芯片元件受到外部因素而导致损坏,目前,按照封装材料的不同,主要有玻璃封装、金属封装、陶瓷封装以及塑料封装四种,环氧模塑料是塑料封装类型中普遍使用的材料。
具有成本低、效果好的优势。
另外,随着塑料封装材料在高粘结力、低应力以及低杂质含量等性能的不断改良,现阶段,全球范围内的半导体封装材料大多使用塑料材料。
因此,对环氧膜塑料在半导体封装中的应用进行探讨。
一、半导体生产过程概述半导体的生产过程主要由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装、测试以及成品入库组成。
从整体来看,可以将半导体生产过程分为前道工序和后道工序,其中晶圆的制造和晶圆的测试为前道工序,其他工序则为后道工序,前后道工学通常会在不同的工厂进行处理。
晶圆制造指的是在晶圆上镶嵌诸如电容、逻辑闸以及电晶体等电子元件和制作电路,其中包含制膜、氧化、光刻以及扩散等工序[1]。
晶圆测试指的是对晶片进行验收测试,使用针测仪器检测晶片的情况,并标记不合格晶片,另外,需要检测晶片的电气特性,并进行标记分组。
芯片封装大体可以分为四个步骤,首先需要把晶片用胶水粘贴到框架衬垫上,并使用导电性树酯亦或是超细的金属导线将框架衬垫的引脚与晶片结合焊盘相连接,并构成集成电路芯片,最后用塑料外壳对独立的芯片进行封装保护,避免芯片元件遭受到外力的破坏,塑封后采用固化、成型、电镀以及切筋等工艺。
简述环氧树脂封装和塑料封装环氧树脂封装和塑料封装是电子元器件封装技术中常用的两种封装方式。
本文将对这两种封装方式进行简要介绍。
一、环氧树脂封装环氧树脂封装是一种常见的电子元器件封装方式,其主要特点是具有较好的电气绝缘性能和机械强度。
在环氧树脂封装中,将电子元器件放置在环氧树脂封装体内,并利用环氧树脂的流动性和硬化性进行封装。
环氧树脂封装的优点是封装效果稳定可靠,能够有效保护电子元器件不受外界湿气、灰尘等物质的侵害。
同时,环氧树脂还具有较好的耐高温性能,能够在高温环境下保持稳定的封装效果。
此外,环氧树脂封装还具有良好的抗震性能和抗冲击性能,能够有效防止电子元器件在运输和使用过程中受到损坏。
然而,环氧树脂封装也存在一些缺点。
首先,环氧树脂封装的成本较高,封装过程需要专门的设备和工艺,增加了生产成本。
其次,环氧树脂封装的尺寸和形状受到制约,难以实现复杂的封装结构。
此外,环氧树脂封装的散热性能较差,对于高功率元器件的封装效果有限。
二、塑料封装塑料封装是另一种常见的电子元器件封装方式,其主要特点是具有较低的成本和较好的尺寸灵活性。
在塑料封装中,采用塑料材料作为封装体,将电子元器件放置在塑料封装体内,并通过塑料材料的流动性和硬化性进行封装。
塑料封装的优点是成本较低,制作过程简单,适用于大规模生产。
与环氧树脂封装相比,塑料封装具有更好的尺寸灵活性,能够实现更复杂的封装结构。
此外,塑料封装的散热性能相对较好,适用于高功率元器件的封装。
然而,塑料封装也存在一些缺点。
首先,塑料材料的电气绝缘性能较差,容易受潮和漏电。
其次,塑料封装的机械强度较弱,容易受到外界冲击和振动的影响。
此外,塑料封装的耐高温性能较差,难以在高温环境下保持稳定的封装效果。
总结起来,环氧树脂封装和塑料封装是电子元器件封装中常用的两种方式。
环氧树脂封装具有稳定可靠的封装效果和较好的耐高温性能,适用于对封装质量要求较高的场合。
而塑料封装则具有低成本、尺寸灵活性和较好的散热性能,适用于大规模生产和对封装结构要求较高的场合。
塑封料、封装材料、环氧塑封料简介和塑封IC常见失效及对策塑封料、封装材料、环氧塑封料简介和塑封IC常见失效及对策上海常祥实业以"做您身边最卓越的电子防护融合方案服务伙伴"为公司的终极目标,公司本着"和谐互动全为您"的服务宗旨,为世界级的客户提供优质服务。
上海常祥实业有限公司结合自己的经验,再结合世界顶级客户的实践,对塑封料做了简单的介绍和在塑封IC的过程中常见的失效现象以及对策做了总结,提出以下看法,供爱好者参考.塑封料,又称环氧塑封料(塑封料,EpoxyMoldingCompound)以其高可靠性、低成本、生产工艺简单、适合大规模生产等特点,占据了整个微电子封装材料97%以上的市场。
现在,它已经广泛地应用于半导体器件、集成电路、消费电子、汽车、军事、航空等各个封装领域。
环氧塑封料作为主要的电子封装材料之一,在电子封装中起着非常重要的作用,封装材料除了保护芯片不受外界灰尘、潮气、离子、辐射、机械冲击外,还起到了机械支撑和散热的功能。
随着芯片的设计业、制造业和封装业的发展,环氧塑封料也得到了快速的发展。
先进封装技术的快速发展为环氧塑封料的发展提供巨大的发展空间的同时也给环氧塑封料的发展提出了很大的挑战。
塑封料专家刘志认为:满足超薄、微型化、高性能化、多功能化,低成本化、以及环保封装的要求,是当前环氧塑封料工艺所面临的首要解决问题。
一塑封料发展状况1环氧塑封料的发展历程早在20世纪中期,塑料封装半导体器件生产的初期,人们曾使用环氧、酸酐固化体系塑封料用于塑封晶体管生产。
但是由于玻璃化温度(Tg)偏低、氯离子含量偏高等原因,而未被广泛采用。
1972年美国Morton化学公司成功研制出邻甲酚醛环氧-酚醛树脂体系塑封料,此后人们一直沿着这个方面不断地研究、改进、提高和创新,也不断出现很多新产品。
1975年出现了阻燃型环氧塑封料,1977年出现了低水解氯的环氧塑封料,1982年出现了低应力环氧塑封料,1985年出现了有机硅改性低应力环氧塑封料,1995年前后分别出现了低膨胀、超低膨环氧塑封料,低翘曲环氧塑封料等,随后不断出现绿色环保等新型环氧塑封料。
2024年半导体用环氧塑封料(EMC)市场规模分析引言半导体用环氧塑封料(EMC)作为半导体封装材料的一种重要类型,在半导体行业中扮演着关键的角色。
本文将对半导体用环氧塑封料市场规模进行分析,结合市场趋势和市场驱动因素,以描绘该市场的发展前景。
市场概述半导体行业是全球电子产业中最重要的一环,而半导体用环氧塑封料(EMC)是半导体封装的核心材料之一。
环氧塑封料广泛应用于集成电路、传感器、功率器件等半导体产品中,它具有优异的物理性能和电气性能,可以提供对半导体器件的封装和保护作用。
因此,半导体用环氧塑封料市场在全球范围内具有巨大的潜力。
市场规模分析根据市场研究机构的数据,半导体用环氧塑封料市场在过去几年中保持了稳定增长的趋势。
截至目前,全球半导体用环氧塑封料市场规模已经超过X亿美元,并有望在未来几年内继续增长。
区域分析从地域分布来看,半导体用环氧塑封料市场呈现出明显的地区差异。
亚洲地区是全球半导体用环氧塑封料市场的主导地区,占据了市场份额的XX%,这主要得益于该地区半导体产业的高度发展和快速增长。
中国、韩国和日本是亚洲地区半导体用环氧塑封料市场的主要贡献国家。
欧洲和北美地区是半导体用环氧塑封料市场的另外两个重要地区,分别占据了市场份额的XX%和XX%。
这些地区的发达国家在半导体领域有着深厚的技术实力和产业基础,对半导体用环氧塑封料的需求较为稳定。
应用领域分析半导体用环氧塑封料在不同的应用领域具有广泛的应用。
其中,集成电路行业是该市场的主要应用领域,占据了市场份额的XX%。
随着智能手机、平板电脑和各种电子设备的快速普及,集成电路的需求不断增加,这也推动了半导体用环氧塑封料市场的发展。
此外,传感器和功率器件也是半导体用环氧塑封料的重要应用领域。
随着物联网技术的发展和汽车电子市场的快速增长,传感器和功率器件的需求也在不断上升,为半导体用环氧塑封料市场提供了新的增长机遇。
市场驱动因素半导体用环氧塑封料市场的发展离不开以下几个市场驱动因素:1. 技术进步随着半导体封装技术的不断进步,对半导体用环氧塑封料性能的要求也越来越高。
一、电子封装的功能及类型半导体微电子技术为现代科技、军事、国民经济和人们的日常工作与生活开创了前所未有的发展基础和条件,一直保持着良好的发展势头,半导体工业的年产值一般均以10以上的速度逐年递增。
电子封装伴随着电路、器件和元件的产生而产生,伴随其发展而发展,最终发展成当今的封装行业。
在电子技术日新月异的变化潮流下,集成电路正向着超大规模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能的方向迅速发展,因而对集成电路的封装也提出了愈来愈高的要求。
中国环氧树脂行业协会专家说,而集成电路封装技术的进步又极大地促进了集成电路水平的提高,深刻地影响着集成电路前进的步伐。
半导体芯片只是一个相对独立的个体,为完成它的电路功能,必须与其他芯片、外引线连接起来。
由于现代电子技术的发展,集成度迅猛增加,一个芯片上引出线高达千条以上,信号传输时间、信号完整性成为十分重要的问题。
集成度的增加使芯片上能量急剧增加,每个芯片上每秒产生的热量高达10J 以上,因而如何及时散热使电路在正常温度下工作,成为一个重要问题。
有些电路在恶劣的环境水汽、化学介质、辐射、振动下工作,这就需要对电路进行特殊的保护。
由此可见要充分发挥半导体芯片的功能,对半导体集成电路和器件的封装是必不可少的。
电子封装的四大功能为:①为半导体芯片提供信号的输入和输出通路;②提供热通路,散逸半导体芯片产生的热量;③接通半导体芯片的电流通路;④提供机械支撑和环境保护。
可以说,电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光、力学等性能,还影响其可靠性和成本。
同时,电子封装对系统的小型化常起到非常关键的作用。
中国环氧树脂行业协会专家认为,集成电路和器件要求电子封装具有优良的电性能、热性能、力学性能和光性能,同时还必须具有高的可靠性和低的成本。
可以说,无论在军用电子元器件中,还是在民用消费类电路中,电子封装都有着举足轻重的地位,概括起来即基础地位、先行地位和制约地位。
集成电路越发展越显示出电子封装的重要作用。
导热环氧1. 环氧树脂简介环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系,它可适用于多种成型工艺,可配制成不同配方,可调节粘度范围大;以便适应于不同的生产工艺。
它的贮存寿命长,固化时不释出挥发物,固化收缩率低,固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性。
上个世纪,硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等相继出现,这些高级增强纤维的比刚度、比强度、耐疲劳性能等优于金属材料,用它们来增强环氧树脂组成的复合材料。
目前环氧树脂统治着高性能复合材料的市场,凡是对机械强度要求高的增强塑料制品基本上采用环氧树脂作为基体。
2. 环氧树脂的分类1. 环氧树脂按存在官能团划分:环氧树脂除了环氧基团以外,也存在其他官能团,因此可划分:溴代环氧树脂,脂环族环氧树脂,酚醛类环氧树脂,缩水甘油酯类、醚类、胺类环氧树脂,环氧化烯烃类这几大类。
2. 按室温存在的状态:按室温存在的状态划分可分为液态环氧树脂、半固态环氧树脂、固态环氧树脂。
3. 环氧树脂的主要性能指标一般生产生活中用的环氧树脂并不是某一种特定的物质,而是分子量在一定范围且含有环氧基团的混合物。
这些环氧基团的混合物中,绝大多数的分子是线性结构,且含有两个环氧基团。
一般在环氧树脂的生产过程中,有少量原料未反应,或者是生成其他副产物,这都将使环氧树脂使用性能存在较大差异。
1. 环氧值Ev:主要性能指标之一,是指每100g环氧树脂中所含环氧基团的当量数,单位为“当量/100g”。
浇注料一般用高环氧值,0.4以上;粘结剂用中等环氧值,0.25-0.45;涂料用低等环氧值,0.25以下。
2. 环氧当量En:含有1g当量环氧基团所对应的环氧树脂的克数,单位为“g/当量”。
3. 环氧基团含量Ec:1g环氧树脂中环氧基团所占的百分含量,单位“%”。
4. 羟基值Ev(OH):是衡量环氧树脂质量的重要参数之一。
还有羟基当量En(OH)。
5. 有机氯含量:是衡量环氧树脂质量好坏的重要参数之一,是指每100g 环氧树脂中所含的有机氯原子的当量数,影响其高温的使用性能。
环氧树脂的应用及市场分析环氧树脂通常是一种在液体状态下使用的环氧低聚物,固化反应过程中收缩率小,与固化剂反应时可以形成三维网状热固性塑料。
其固化物具有良好的力学性能、耐热性、黏接性、耐化学药品性以及电气性能,是应用量较大的热固性树脂[1]。
由于环氧树脂具有优异的热稳定性、防腐性、黏接性和成型性等性能,常被制成涂料、黏合剂、复合材料及电子电器产品,广泛应用于土木建筑、光学机械、电气电子、工程技术及文体用品制造等方面[2-3]。
1 环氧树脂的应用1.1 涂料环氧树脂对多种基材具有优异的附着力,因此可以作为涂料的主要成膜物质。
环氧树脂涂膜的电绝缘性、机械强度、抗化学药品性也非常出众,因此我国生产的环氧树脂中大约有30%~40%被加工成各种各样的涂料,广泛应用于汽车、船舶、钢结构建筑物、家用电器、土木工程、机电工业等领域[4-7]。
受环保督查影响,关闭小型涂料企业及下游涂装企业的新闻时有报道,此部分企业关闭造成相关产量与收入向规模型企业转移,涂料行业近期呈现规模不断扩大,但盈利水平下降的趋势。
传统的溶剂型涂料中存在大量有机溶剂,这些有机溶剂的挥发不仅能引发光化学烟雾,还能引起大气层酸度变化等,对人体健康和生态环境危害极大。
我国近期颁布多项法律法规限制溶剂型涂料的生产和使用,从而极大地促进了环境友好型涂料的技术进步和产品推广。
环境友好型涂料包括环氧树脂水性涂料、环氧树脂无溶剂涂料、环氧树脂高固体份涂料等重要品种。
水性环氧树脂的研究国外始于20世纪70年代,我国始于20世纪90年代。
第一代水性环氧树脂用乳化剂直接进行乳化制备;第二代水性环氧树脂采用低相对分子质量油溶性环氧树脂进行水性固化制备;第三代水性环氧树脂将非离子型表面活性剂接枝在环氧树脂和固化剂上,形成稳定的乳化体系制备。
用水性环氧树脂制成的涂料可以达到或超过溶剂型产品性能[8-15]。
无溶剂环氧树脂涂料由环氧树脂、固化剂和活性溶剂组成,其有机溶剂含量趋于零,应用于长距离输送管线的防腐层和管道外防腐等领域。
第二章聚合物基复合材料的基体1.聚合物基体的作用复合材料=基体+增强剂(填充剂)复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。
在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理、化学变化过程,与增强纤维复合成具有一定形状的整体,因而整体性能直接影响复合材料性能。
基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定,在纤维间传递载荷,并使载荷均衡;②基体决定复合材料的一些性能。
耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等;③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。
④基体保护纤维免受各种损伤。
此外,基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响,如纵向拉伸、尤其是压缩性能,疲劳性能,断裂韧性等。
2.聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法,如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工成型而无任何化学变化。
热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等,它们在制成最终产品前,通常为分子量较小的液态或固态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不熔的三维网状高分子,这类基体通常是无定形的。
聚合物基体按树脂特性及用途分为:一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分为:手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。
它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。
3.聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则:(1)能够满足产品的使用需要;如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。
高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。
(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力;(3)容易操作,如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。
电子元件塑封和电子级环氧模塑料一、电子封装的功能及类型(一)半导体微电子技术为现代科技、军事、国民经济和人们的日常工作与生活开创了前所未有的发展基础和条件,一直保持着良好的发展势头,半导体工业的年产值一般均以10%以上的速度逐年递增。
电子封装伴随着电路、器件和元件的产生而产生,伴随其发展而发展,最终发展成当今的封装行业。
在电子技术日新月异的变化潮流下,集成电路正向着超大规模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能的方向迅速发展,因而对集成电路的封装也提出了愈来愈高的要求。
半导体芯片只是一个相对独立的个体,为完成它的电路功能,必须与其他芯片、外引线连接起来。
由于现代电子技术的发展,集成度迅猛增加,一个芯片上引出线高达千条以上,信号传输时间、信号完整性成为十分重要的问题。
集成度的增加使芯片上能量急剧增加,每个芯片上每秒产生的热量高达10J以上,因而如何及时散热使电路在正常温度下工作,成为一个重要问题。
有些电路在恶劣的环境(水汽、化学介质、辐射、振动)下工作,这就需要对电路进行特殊的保护。
由此可见要充分发挥半导体芯片的功能,对半导体集成电路和器件的封装是必不可少的。
电子封装的四大功能为:①为半导体芯片提供信号的输入和输出通路;②提供热通路,散逸半导体芯片产生的热量;③接通半导体芯片的电流通路;④提供机械支撑和环境保护。
可以说,电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光、力学等性能,还影响其可靠性和成本。
同时,电子封装对系统的小型化常起到非常关键的作用。
集成电路和器件要求电子封装具有优良的电性能、热性能、力学性能和光性能,同时还必须具有高的可靠性和低的成本。
可以说,无论在军用电子元器件中,还是在民用消费类电路中,电子封装都有着举足轻重的地位,概括起来即基础地位、先行地位和制约地位。
集成电路越发展越显示出电子封装的重要作用。
一般说来,有一代整机,便有一代电路和一代电子封装。
要发展微电子技术,要发展大规模集成电路,必须解决好三个关键问题:芯片设计、芯片制造加工工艺和封装,三者缺一不可,必须协调发展。
一、电子封装的功能及类型(二)根据封装材料的不同,电子封装可分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三种。
其中后两种为气密性封装,主要用于航天、航空及军事领域,而塑料封装则广泛使用于民用领域。
由于塑料封装半导体芯片的材料成本低,又适合于大规模自动化生产,近年来无论晶体管或集成电路都已越来越多地采用塑料封装,陶瓷和金属封装正在迅速减少。
随着低应力、低杂质含量,高粘接强度塑封料的出现,部分塑料封装的产品已可满足许多在不太恶劣环境中工作的军用系统的要求,这将使过去完全由陶瓷和金属封装一统天下的军品微电子封装也开始发生变化。
现在,整个半导体器件90%以上都采用塑料封装,而塑料封装材料中90%以上是环氧塑封料,这说明环氧塑封料已成为半导体工业发展的重要支柱之一。
电子材料是发展微电子工业的基础,作为生产集成电路的主要结构材料——环氧塑封料随着芯片技术的发展也正在飞速发展,并且塑封料技术的发展将大大促进微电子工业的发展。
目前集成电路正向高集成化、布线细微化、芯片大型化及表面安装技术发展,与此相适应的塑封料研究开发趋势是使材料具有高纯度、低应力、低膨胀、低a射线、高耐热等性能特征。
用于塑料封装的树脂的选择原则是:(1)在宽的温度、频率范围内,具有优良的介电性能。
(2)具有较好的耐热性、耐寒性、耐湿性、耐大气性、耐辐射性以及散热性。
(3)具有与金属、非金属材料基本相匹配的热膨胀系数,粘接性好。
(4)固化过程中收缩率要小,尺寸要稳定。
(5)不能污染半导体器件表面及具有较好的加工性能。
环氧塑封料是由环氧树脂及其固化剂酚醛树脂等组分组成的模塑粉,它在热的作用下交联固化成为热固性塑料,在注塑成形过程中将半导体芯片包埋在其中,并赋予它一定结构外形,成为塑料封装的半导体器件。
二、集成电路的封装对环氧塑封料性能的要求半导体工业从器件的可靠性,成形性出发,对环氧塑封料性能提出越来越高的要求。
主要是高耐潮、低应力、低a射线,耐浸焊和回流焊,塑封工艺性能好。
(1)高耐潮塑料封装从本质上说是一种非气密性封装。
树脂是高分子材料,其分子间距为50~200nm,这种间距大得足以让水分子渗透过去。
水分进入半导体器件的途径有两条:①从树脂本身渗透过去到达芯片;②从树脂和引线框架的界面处浸人而到达芯片。
在水存在的情况下,塑封料中若含有离子性杂质如Na+、Cl-等,则会由于电化学反应而腐蚀芯片上的铝布线。
这些杂质主要来自原材料,生产使用过程也会混入。
因为铝为两性金属,酸性和碱性环境下都可以导致其腐蚀。
目前使用较多的环氧塑封料的pH值多小于7,铝的腐蚀多为氯离子所致。
降低氯离子的方法主要是,从环氧树脂的生产工艺人手控制可水解氯含量,提纯原材料并最大限度地降低塑封料中的水分。
近些年来最新的方法是加入离子捕捉剂和铝保护剂等。
另外,环氧塑封料中填充料二氧化硅微粉的含量约占总量的70%~85%,因此硅微粉的纯度是影响塑封料纯度的重要因素。
硅微粉中的Na+、Cl-含量要求小于2×10-6,Fe3+含量小于10×10-6。
目前,除降低杂质离子含量外,提高耐湿性主要依靠加入经过表面处理的填料,使水分渗透到芯片的距离尽可能延长。
加入偶联剂可提高塑封料与引线框架的粘接力,使水分不易从塑封料与框架的界面处渗透到芯片。
(2)低应力构成半导体集成电路器件的材料很多,如硅芯片、表面钝化膜、引线框架等,它们与环氧塑封料的热膨胀系数相差很大。
加热固化时,因热膨胀系数的差异而使器件内部产生热应力。
应力的存在会导致:①塑封料开裂;②表面钝化膜开裂,铝布线滑动,电性能变坏;③界面处形成裂缝,耐湿性变差;④封装器件翘曲。
影响热应力大小的因素和降低应力的方法请看8.4.5之5.低应力型一节。
(3)低a射线1978年Intel公司的T.C.May等人发现封装材料中的放射性元素放出的a射线会使集成电路中存贮的信息破坏,集成电路不能正常工作,产生软误差。
解决方法见8.4.5节第6款低a射线型一节。
(4)耐浸焊和回流焊性在表面安装(SMT)过程中,焊接时封装外壳温度高达215~260℃,如果封装产品处于吸湿状态,当水分气化产生的蒸汽压力大于封装材料的破坏强度时,会导致封装产品内部剥离或封装件开裂。
由此可见,提高树脂的耐湿性;提高封装材料在200℃以上时的强度和其与芯片、引线框架的粘附力;降低塑封料的热膨胀系数和弹性模量是提高环氧塑封料耐浸焊性和回流焊性的关键。
主要方法有:1)增加填料含量。
因为填料不吸湿、透湿,但会出现流动性下降的问题。
2)降低树脂本身的吸湿、透湿性,如引入烷基、氟基等憎水基。
为了解决因官能团的距离和立体障碍引起的反应性下降问题需选择合适的固化剂和促进剂。
3)正确选择固化促进剂,使基体树脂与固化剂反应交联更紧密。
4)引入耐热性优异的多官能团环氧树脂,从而提高其高温强度。
但要防止耐湿性下降。
(5)成型性好通过对环氧模塑料成型性能的不断改进,模塑料的脱模性和耐溢料性能得到了很大提高,成型时间缩短到20~30s,还出现了不需后固化的产品。
三、电子级环氧模塑料发展历程电子级环氧塑料的开发过程早期曾用环氧—酸酐模塑料及硅酮树脂模塑料和聚丁二烯树脂模塑料,但因强较低,腐蚀铝布线或因收缩率大,粘接性能及耐湿性较差而未得到应用。
1972年美国Morton化学公司报导了邻甲酚醛环氧.酚醛树脂体系模塑料被人们广泛重视,此后人们一直沿着这个方向不断研究改进提高。
不断出现新产品。
1975年出现了阻燃型环氧模塑料,1977年出现了低水解氯的环氧-酚醛模塑料,1982年出现了低应力环氧模塑料,1985年出现了有机硅改性低应力环氧模塑料,1995年前后出现了低膨胀、超低膨胀环氧模塑料、低翘曲的环氧模型料等等。
随着环氧模塑料性能不断提高、新品种不断出现,产量逐年增加,目前全世界年产量在15万t以上,我国年产量5000t左右。
由于塑料封装半导体器件价格低,又适合大规模自动化生产,所以越来越多地采用塑料封装生产,目前在全世界范围内塑封半导体器件产品占市场总量的93%~95%。
而陶瓷和金属封装正在迅速减少。
由于塑封半导体器件可靠性大幅度提高,在许多不太恶劣环境下也可以满足军用系统的要求。
塑料封装生产的半导体器件有二极管、三极管,集成电路(IC)、大规模集成电路(LSI),超大特大规模集成电路(VLSI、ULSI)等。
1976年中科院化学所在国内率先开拓环氧塑封料研究领域,于1983年研制成功KH407型邻甲酚醛环氧模塑料并通过部级技术鉴定,此后又连续承担了国家“七五”、“八五“、“九五”重点科技攻关项目:5um技术用环氧塑封料的研制与中试;LSI用环氧塑封料制造技术研究;0.5um技术用环氧塑封料的研制与中试;0.35um技术用环氧塑封料的研制,这些研究项目均通过部级技术鉴定与验收。
研制成功KH407、KH850、KH950系列产品,有普通型、快速固化型、高热导型、低应力型、低膨胀型、低翘曲型等多种类型环氧模塑料。
这些产品广泛用于塑封半导体分立器件、集成电路,大规模超大规模集成电路。
中科院化学所在研究模塑料的同时还开展了制造工艺技术研究,掌握该材料的制备技术工艺条件,并建成了规模为1500吨/年中试生产线。
为了推进我国环氧模塑料工业生产的发展,1984年化学所将环氧模塑料制备技术转让给现在的连云港华威电子集团公司,1996年转让给长兴电子材料(昆山)有限公司,如今他们都已建成了生产规模为千吨级现代化工厂。
四、电子级环氧模塑料的组成及其主要性能环氧模塑料主要由环氧树脂、固化剂、促进剂、填料、偶联剂、改性剂、阻燃剂、脱模剂、着色剂等组成。
1、环氧树脂环氧树脂作为基体树脂起着将其他组分粘合到一起的重要作用,它决定了模塑料成型时的流动性和反应性及固化物的力学、电气、耐热等众多性能。
常用的环氧树脂有:(1)邻甲酚醛环氧树脂由于它具有优良的热稳定性和化学稳定性,优异的耐湿性能,已成为环氧模塑料使用最广泛的基体树脂。
环氧当量低时模塑料弯曲强度高、耐热性及介电性能好,若环氧当量相同时树脂黏度增加,软化点也相应增加,模塑料的玻璃化温度(Tg)略有增加,但螺旋流动长度变短、吸水率增加。
树脂合成时的副反应导致产物有副反应产物(即杂质),从分子结构式可以看出杂质是含有化学键的氯化物和羟基化合物。
水解氯主要来源于a、b、c三种杂质,a是氯代醇化合物,它很容易水解,提高制备工艺水平可以除去。
但是b、c杂质含的氯不易水解,很难除掉,所以环氧树脂有机氯主要存在b、c杂质中。
d杂质是环氧基水解产物,e杂质是产物分子之间反应所致。
f杂质是未反应的酚醛。
d、e、f杂质均含有羟基。
这些杂质的存在会使环氧模塑料性能下降,影响到塑封半导体器件的可靠性。