环氧模塑料在半导体封装中的应用

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。

环氧塑封料在半导体封装中的应用摘要：当前，我国微电子封装材料行业，绝大邠的封装材料都是环氧塑封，因为这种材料特有的成本低，工艺简单，适合量化等优点的存在，所以在各种半导体器件和集成电路中都有极其广泛的使用，这也就意味着环氧塑封材料出现在了汽车，军事，建筑等等各个领域，目前，环氧塑封材料正在迎来其空前的发展机遇，但是，由于其当前的技术水平还不能够完全满足封装的要求，所以也是在面对着极大的挑战，如何抓住机遇，迎接挑战是环氧塑封需要解决的一大问题。

关键词：环氧塑封；半导体；分装1.前言自从上世纪50年代以来，国内外半导体工艺逐渐开始发展，随之而来的是与之相关的工艺例如集成电路等迅速开始发展，传统的封装工艺和陶瓷金属等封装材料由于技术水平不足以及成本高昂等原因已经不能够满足工业化快速发展的需求，所以人们开始考虑能不能用别的材料来代替，这时候，塑料进入了研究人员的眼帘，在经过不断地筛选和淘汰以后，最终确定了环氧塑封，这种材料具有体积小巧，结构简单和耐化学腐蚀的优点，所以应用范围越来越广。

2.环氧塑封材料的性能作为一种新型材料，能够在半导体材料封装上具有广泛应用，是因为其具有独特的性能，下面将从这种材料的导热性能，化学性能和物理性能三方面来简要介绍环氧塑封的独特性能。

2.1导热性能我们都知道，评价一种材料的导热性能，主要的评价指标是导热系数，一般而言，导热系数越大意味着这种材料的散热性能越好，对于环氧树脂这种材料，其导热系数的影响因素主要是树脂基体和材料中的填充物的种类及数量等，作为半导体材料的包装材料，意味着我们对于环氧树脂材料的导热性能要求更高，因为一旦导热性能不好，意味着半导体器件表面就极易开裂，进而使采用这种材料的部件发生故障，给使用方带来安全隐患，所以你，环氧材料的导热性能必须得有提高。

2.2化学性能环氧树脂的制造主要是通过化学合成，对于合成以后的杂质，进行提纯主要是利用相对密度的不同采用化学萃取的方法，对于分离后材料纯度的测定，主要是通过测定其PH值以及其中的Cl-和Na+的含量来判断，而后者是重点，在环氧树脂的成品中，应该尽可能的减少这两种离子的含量，因为这两种离子的含量如果过多，那么一旦集成电路的周围环境比较潮湿，那么这两种离子就会在电路表面形成一个个的化学电解池，使得芯片上的铝线遭到电化学腐蚀，最终导致元件失去效果。

环氧模塑料(EMC)的设计和性能陈昭【摘要】为了正确选择和使用电子级环氧模塑料,简述了环氧模塑料配方设计和制造工艺设计,按环氧树脂的性能进行了分类,并对其性能和应用进行详细说明.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2010(039)002【总页数】7页(P43-49)【关键词】环氧模塑料(EMC)设计;种类;性能【作者】陈昭【作者单位】汉高华威电子有限公司,江苏,连云港,222006【正文语种】中文【中图分类】TN305.94环氧模塑料是一种单组分含潜伏性固化剂的热固性材料,通常是以环氧树脂及其固化剂、填料和各种助剂等十几种组分组成[1]。

环氧模塑料的制造商主要分布在日本、中国和韩国，在中国市场上制造商代表是华威电子 (Huawei)，由于德国Henkel和华威的联手,使得汉高华威在世界电子封装材料行业处于领先地位。

环氧模塑料制造商为了适应半导体工业的发展,从一开始就没有停止过改进和提高。

为了半导体器件制造商提高劳动生产率的要求出现了快速固化型环氧模塑料及不后固化模塑料，最快成型时间现在可达到15 s，后固化时间从2 h到不后固化；为了满足大功率器件对散热的要求，产生了高导热型模塑料；为了满足大规模集成电路的封装要求，产生了低应力型模塑料；为了满足表面安装技术(SMT)的要求，又出现了低膨胀型、低吸水、高耐热型模塑料；为了满足球栅阵列封装(PBGA)的要求，出现了高玻璃化转变温度、低翘曲率、高粘接强度模塑料；为了适应社会对环境保护的要求，出现了无卤无锑的绿色环氧模塑料。

总之模塑料的多品种的出现就是为了满足集成电路及半导体工业的发展而不断发展。

1 环氧模塑料的组分设计环氧模塑料是由邻甲酚醛环氧树脂、线性酚醛树脂、填充料二氧化硅(硅微粉)、促进剂、偶联剂、改性剂、脱模剂、阻燃剂、着色剂等组分组成[1]。

邻甲酚醛环氧树脂作为胶粘剂，固化剂为线性酚醛树脂，将它们与其他组分按一定质量比例混合均匀。

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。

高导热MSL-1环氧树脂模塑料的开发与应用李进;王殿年;邵志峰;邱松【摘要】基于终端客户在产品应用面对信赖性及可靠性要求越来越高的情况,开发出一种绿色环保环氧塑封料EMC-GTR,满足高导热及高可靠封装要求,用其封装的器件通过了AEC-Q101-REV-C《基于离散半导体元件应力测试认证的失效机理》考核.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2019(019)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】环氧模塑料;MSL-1;EMC-GTR【作者】李进;王殿年;邵志峰;邱松【作者单位】长兴电子材料有限公司,江苏昆山215301;长兴电子材料有限公司,江苏昆山215301;华润微电子有限公司,江苏无锡214061;华润微电子有限公司,江苏无锡214061【正文语种】中文【中图分类】TN305.941 引言IC封装的主要目的在于保护芯片及导线，使其免受水汽、灰尘以及其他外力的损害，以提高芯片的使用寿命与可靠度。

环氧树脂模塑料（Epoxy moldingcompound，EMC）具有易固化、低固化收缩率及良好的粘着性、机械性、耐热、耐化学腐蚀性及优良的电气性能，广泛应用于3C产业（计算机、通讯、消费性电子产品）的IC封装，近年来在运动器材、汽车及航天工业等复合材料中也占有相当重要的地位[1]。

车用电子对塑封IC各方面性能的要求更高，既要保证环氧塑封料与芯片、框架的粘着力，又要避免塑封器件出现漏电、腐蚀等，进而确保其可靠性。

对于塑封IC的失效而言，湿气渗入是重要的原因之一。

湿气渗入IC主要依靠两条途径：一是树脂本身所具有的透湿及吸水特性，湿气直接通过塑封本体扩散至芯片表面；二是模塑料与引线框架间存在间隙，湿气通过间隙沿着引线框架、内引线进入到IC芯片表面。

湿气到达芯片表面后，会在其表面形成一层导电水膜，模塑料中的Na+、Cl-离子在电位差的作用下，会加速IC内引线的电化学腐蚀，从而引起IC失效[2]。

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。

LED的封装使用环氧树脂。

半导体封装业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。

根据资料显示，90％以上的晶体管及70％~80％的集成电路已使用塑料封装材料，而环氧树脂封装塑粉是最常见的塑料封装材料。

本文将对环氧树脂封装塑粉的成分、特性、使用材料加以介绍，希望对IC封装工程师们在选择材料、分析封装机理方面有所帮助1封装的目的半导体封装使诸如二极管、晶体管、IC等为了维护本身的气密性，并保护不受周围环境中湿度与温度的影响，以及防止电子组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件特性的变化。

因此，封装的目的有下列几点：(1)防止湿气等由外部侵入；(2)以机械方式支持导线；(3)有效地将内部产生的热排出；(4)提供能够手持的形体。

以陶瓷、金属材料封装的半导体组件的气密性较佳，成本较高，适用于可靠性要求较高的使用场合。

以塑料封装的半导体组件的气密性较差，但是成本低，因此成为电视机、电话机、计算机、收音机等民用品的主流。

2封装所使用的塑料材料半导体产品的封装大部分都采用环氧树脂。

它具有的一般特性包括：成形性、耐热性、良好的机械强度及电器绝缘性。

同时为防止对封装产品的特性劣化，树脂的热膨胀系数要小，水蒸气的透过性要小，不含对元件有影响的不纯物，引线脚(LEAD)的接着性要良好。

单纯的一种树脂要能完全满足上述特性是很困难的，因此大多数树脂中均加入填充剂、偶合剂、硬化剂等而成为复合材料来使用。

一般说来环氧树脂比其它树脂更具有优越的电气性、接着性及良好的低压成形流动性，并且价格便宜，因此成为最常用的半导体塑封材料。

3环氧树脂胶粉的组成一般使用的封装胶粉中除了环氧树脂之外，还含有硬化剂、促进剂、抗燃剂、偶合剂、脱模剂、填充料、颜料、润滑剂等成分，现分别介绍如下：3．1环氧树脂(EPOXY RESIN)使用在封装塑粉中的环氧树脂种类有双酚A系(BISPHENOL-A)、NOVOLAC EPOXY、环状脂肪族环氧树脂(CYCLICALIPHATIC EPOXY)、环氧化的丁二烯等。

（台湾）长春人造树脂厂股份有限公司SUMIKON（日本住友）环氧树酯成形材料(Epoxy Molding Compound)型号规格说明封装用途EME-1200D高信赖性Diode(二极管、二级管)，Tr(电晶体、三级管) D3成形性良好Diode(二极管、二级管)，Tr(电晶体、三级管) D6高信赖性Bridge3/6Diode(二极管、二级管)EME-5961C D high thermal conductivity Power，TrEME-1100D速硬性Diode(二极管、二级管)，Tr(电晶体、三级管) H高信赖性IC(集成电路)，Tr(电晶体、三级管)HL高信赖性Long Flow IC(集成电路)，Tr(电晶体、三级管)K低应力IC(集成电路)，Tr(电晶体、三级管)KM低应力Long Flow IC(集成电路)，Tr(电晶体、三级管)RG成形性良好Fast cure Tr(电晶体、三级管)，Diode(二极管、二级管) S暂无说明Tr(电晶体、三级管)，Diode(二极管、二级管) SA成形性良好Tr(电晶体、三级管)，Diode(二极管、二级管)EC-11极好成模性、粘性佳、高抗裂性网络变压器/继电器、电容。

在无铅回流焊中具有抗裂性。

(RoHS)清模剂型号外观说明详细内容MC-261圆柱体属于热硬化树酯，由三聚氰胺树酯与有机、无机之填充剂组合而成，对于使环氧树酯成型材料做半导体，如二极管、电晶体、集成电路等封止成型时，残留于模具上之污垢具有良好的清除效果，适合转移成型，且成型条件与环氧树酯相同，作业方便，快速省力，效果良好。

MC-262 MC-701MC-201T 白色长方体方块由三聚氰胺树酯与一些有机填充剂所化合而成之热顾性树酯材，由于其加压可塑化的过程中，具有相当强的黏着效果。

一般封装厂家将之与MC-261/262/701搭配使用。

对一些封止成型时，残留于模具表面及排气孔的污垢具有良好的清除效果。