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國外環氧樹脂電子封裝材料的技術開發方向

發布時間:2006/7/11 0:00:00 訪問次數:258

  隨著半導體技術的飛速發展,對封裝材料的要求也越來越高,以前應用的普通環氧樹脂已不能完全滿足技術要求。目前國外對環氧樹脂的技術改進主要集中在以下兩個方面。



  1、低粘度化 用環氧樹脂封裝成型的半導體器件是由不同的線膨脹系數的材料組成的。在封裝器件內部,由于成型固化收縮和熱收縮而產生的熱應力,是強度下降、老化開裂、封裝裂紋、空洞、鈍化、離層等各種缺陷的主要原因。而低粘度化的主要目的就是降低封裝樹脂的內應力,使其具有高填充性和可靠性,以使封裝器件具有高可靠性。可采用的方法主要有三種:(1)降低封裝材料的玻璃化溫度;(2)降低封裝材料的模量;(3)降低封裝材料的線膨脹系數。但是當采用上述方法(1)、(2)時,在降低玻璃化溫度的同時,也降低了封裝材料的耐熱性,最后的結果是封裝器件的可靠性也降低了。比較而言,方法(3)是比較理想的,現在已成為降低內應力的主要方法。該方法通常是在環氧樹脂中添加大量的二氧化硅之類的無機填充劑粉末,大幅度降低封裝材料的線膨脹系數,達到降低內應力的目的。為了使填充的大量無機填充劑均勻,要求環氧樹脂粘度低或熔融粘度低,只有這樣才能使封裝材料具有優良的流動性,使封裝器件實現小型、薄型化,既具有高性能,又具有低應力。

  2、提高耐熱性、降低吸水串 近年來,隨著電子領域高密度安裝技術的迅速發展,采用薄型化封裝的越來越多。但是當這種薄型封裝器件安裝到印刷線路板上時,要把封裝件整體放到錫浴中浸漬,這種焊接工藝要經受200℃以上的高溫,此外,在航天航空、國防等高科技領域,由于使用環境的惡劣,要求封裝材料必須具備高耐熱性。為了提高封裝材料的耐熱性,一般是要提高封裝材料的交聯度。另外,在環氧樹脂的結構中導入奈環、恿環等多環基,或者在二聚環戊二烯骨架中導入酚基也可達到提高耐熱性的目的。很顯然多官能團型的環氧樹脂是有利于提高封裝材料的交聯度的。 隨著封裝器件的高性能化,要求環氧樹脂不僅要具有高耐熱性,還必須具有低吸水率。如果所用環氧樹脂封裝材料的耐濕性不好,則封裝件金屬配線易被腐蝕鈍化;另一方面,如果封裝件處在高溫高濕環境中,則水分易從封裝材料和引出線框界面或孔隙處浸入,使配線結構產生松動等不良缺陷。為了降低封裝材料的吸水率,在環氧樹脂結構中盡量減少經基和醚基等極性大的基團濃度,導入極性小的c—h鍵和憎水性較大的含硅和含氟結構。 提高耐熱性和降低吸水率是一對矛盾。因為提高封裝材料的耐熱性,一般是要提高封裝材料的交聯度。但是,封裝材料的自由體積也增加了,導致吸水率也提高了。這就需要在二者中找到最佳平衡值,既使封裝材料具有高耐熱性,又具有低吸水率。經實驗證明:最好采用官能團數多,分子量大的原料與環氧氯丙烷反應后形成縮水甘油醚,這類原料包括聯苯、榮和脂肪族多環化合物(如二聚環戊二烯)。此外,添加填料對防止水分滲透是有利的,但是增加填料含量是有限度的,太多的填料容易引起塑封料熔融粘度上升,影響到塑封料的成型性能。

  環氧樹脂在電子封裝材料中有著極其重要的作用,但是為了適應半導體技術的飛速發展,封裝材料技術也在不斷地進步。目前國外高性能封裝材料的需求和開發正向以下兩個方面發展:(1)開發低粘度或熔融粘度低的二官能團型的環氧樹脂,通過填充高含量無機填充劑,大幅度降低封裝器件的內應力,減少鈍化開裂、配線松動和導線斷裂等不良缺陷;(2)開發多宮能團型的環氧樹脂,同時在環氧樹脂中導入耐熱和耐濕結構的化合物,使封裝器件既具有高耐熱性,又具有低吸水率和低的內應力。

  隨著半導體技術的飛速發展,對封裝材料的要求也越來越高,以前應用的普通環氧樹脂已不能完全滿足技術要求。目前國外對環氧樹脂的技術改進主要集中在以下兩個方面。



  1、低粘度化 用環氧樹脂封裝成型的半導體器件是由不同的線膨脹系數的材料組成的。在封裝器件內部,由于成型固化收縮和熱收縮而產生的熱應力,是強度下降、老化開裂、封裝裂紋、空洞、鈍化、離層等各種缺陷的主要原因。而低粘度化的主要目的就是降低封裝樹脂的內應力,使其具有高填充性和可靠性,以使封裝器件具有高可靠性。可采用的方法主要有三種:(1)降低封裝材料的玻璃化溫度;(2)降低封裝材料的模量;(3)降低封裝材料的線膨脹系數。但是當采用上述方法(1)、(2)時,在降低玻璃化溫度的同時,也降低了封裝材料的耐熱性,最后的結果是封裝器件的可靠性也降低了。比較而言,方法(3)是比較理想的,現在已成為降低內應力的主要方法。該方法通常是在環氧樹脂中添加大量的二氧化硅之類的無機填充劑粉末,大幅度降低封裝材料的線膨脹系數,達到降低內應力的目的。為了使填充的大量無機填充劑均勻,要求環氧樹脂粘度低或熔融粘度低,只有這樣才能使封裝材料具有優良的流動性,使封裝器件實現小型、薄型化,既具有高性能,又具有低應力。

  2、提高耐熱性、降低吸水串 近年來,隨著電子領域高密度安裝技術的迅速發展,采用薄型化封裝的越來越多。但是當這種薄型封裝器件安裝到印刷線路板上時,要把封裝件整體放到錫浴中浸漬,這種焊接工藝要經受200℃以上的高溫,此外,在航天航空、國防等高科技領域,由于使用環境的惡劣,要求封裝材料必須具備高耐熱性。為了提高封裝材料的耐熱性,一般是要提高封裝材料的交聯度。另外,在環氧樹脂的結構中導入奈環、恿環等多環基,或者在二聚環戊二烯骨架中導入酚基也可達到提高耐熱性的目的。很顯然多官能團型的環氧樹脂是有利于提高封裝材料的交聯度的。 隨著封裝器件的高性能化,要求環氧樹脂不僅要具有高耐熱性,還必須具有低吸水率。如果所用環氧樹脂封裝材料的耐濕性不好,則封裝件金屬配線易被腐蝕鈍化;另一方面,如果封裝件處在高溫高濕環境中,則水分易從封裝材料和引出線框界面或孔隙處浸入,使配線結構產生松動等不良缺陷。為了降低封裝材料的吸水率,在環氧樹脂結構中盡量減少經基和醚基等極性大的基團濃度,導入極性小的c—h鍵和憎水性較大的含硅和含氟結構。 提高耐熱性和降低吸水率是一對矛盾。因為提高封裝材料的耐熱性,一般是要提高封裝材料的交聯度。但是,封裝材料的自由體積也增加了,導致吸水率也提高了。這就需要在二者中找到最佳平衡值,既使封裝材料具有高耐熱性,又具有低吸水率。經實驗證明:最好采用官能團數多,分子量大的原料與環氧氯丙烷反應后形成縮水甘油醚,這類原料包括聯苯、榮和脂肪族多環化合物(如二聚環戊二烯)。此外,添加填料對防止水分滲透是有利的,但是增加填料含量是有限度的,太多的填料容易引起塑封料熔融粘度上升,影響到塑封料的成型性能。

  環氧樹脂在電子封裝材料中有著極其重要的作用,但是為了適應半導體技術的飛速發展,封裝材料技術也在不斷地進步。目前國外高性能封裝材料的需求和開發正向以下兩個方面發展:(1)開發低粘度或熔融粘度低的二官能團型的環氧樹脂,通過填充高含量無機填充劑,大幅度降低封裝器件的內應力,減少鈍化開裂、配線松動和導線斷裂等不良缺陷;(2)開發多宮能團型的環氧樹脂,同時在環氧樹脂中導入耐熱和耐濕結構的化合物,使封裝器件既具有高耐熱性,又具有低吸水率和低的內應力。

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