環(huán)氧封裝模塑料

alexwtt

集成電路封裝模塑料</B><p></p></B></P>
王天堂 王立剛  沈偉 陸士平<p></p></P>
（上海富晨化工有限公司   200233）</P>
摘要：</B>本文闡述了集成電路封裝模塑料的研制、應(yīng)用及發(fā)展，著重介紹了上海富晨公司新型封裝絕緣樹脂的優(yōu)異性能。</P>
關(guān)鍵詞：</B>集成電路  超低收縮   封裝   模塑料</P>
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1、前言</P>
集成電路的封裝就是將封裝材料和半導體芯片結(jié)合在一起，形成一個以半導體為基礎(chǔ)的電子功能塊器件。封裝材料除了保護芯片不受外界灰塵、潮氣、機械沖擊外，還起到了機械支撐和散熱的功能。當今約有90%的芯片用模塑料進行封裝。</P>
    隨著IC高度集成化、芯片和封裝面積的增大、封裝層的薄殼化以及要求價格的進一步降低，對于模塑料提出了更高且綜合性的要求，具體如下。</P>
（以下均要修改，調(diào)整語辭）</P>
（1）成型性  流動性、固化性、脫模性、模具玷污習性、金屬磨耗性、材料保存性、封裝外觀性等。</P>
（2）耐熱性  耐熱穩(wěn)定性、玻璃化溫度、熱變形溫度、耐熱周期西、耐熱沖擊性、熱膨脹性、熱傳導性等。</P>
（3）耐濕性  吸濕速度、飽和吸濕量、焊錫處理后耐濕性、吸濕后焊錫處理后耐濕性等。</P>
（4）耐腐蝕性  離子性不純物及分解氣體的種類、含有量、萃取量。</P>
（5）粘接性  和元件、導線構(gòu)圖、安全島、保護模等的粘接性，高濕、高濕下粘接強度保持率等。</P>
（6）電氣特性 各種環(huán)境下電絕緣性、高周波特性、帶電性等。</P>
（7）機械特性  拉伸及彎曲特性（強度、彈性綠高溫下保持率）、沖擊強度等。</P>
（8）其他  打印性（油墨、激光）、難燃性、軟彈性、無毒及低毒性、低成本、著色性等。</P>
    從基材的綜合特性來看，目前IC封裝用鄰甲酚甲醛型環(huán)氧樹脂體系的較多，但由于環(huán)氧樹脂的特性，使它在耐溫性、工藝性、固化條件、封裝流動性、固化物收縮等存在一些應(yīng)用缺點。針對這些問題上海富晨化工公司開發(fā)了新型封裝絕緣樹脂，這種樹脂具有工藝性好、固化方便、流動性好、固化收縮低的特點，目前已廣泛替代環(huán)氧樹脂成為這一行業(yè)的新寵。  </P>
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2、集成電路封裝用樹脂的要求</P>
2．1高純度</P>
IC封裝用模塑料的主要原料是樹脂，由于IC封裝時模塑料直接和蝕刻得十分精細的硅芯片及鋁引線相接觸，因此就對作為原材料的樹脂的純度有一定的要求，IC的集成度越高，對樹脂純度要求越高，因為樹脂中殘留的Na+、K+、以及HCOO-、CH3COO-對芯片及引線都有腐蝕作用，尤其是樹脂中可水解氯離子遇水和濕氣會生成鹽酸，它的腐蝕作用很大。封裝后的IC例行試驗中其中有一項就是高壓水蒸煮試驗（PCT），一旦樹脂中可水解氯值超過標準，該項試驗就通不過，樹脂按可水解氯的含量不同分成4個等級，詳見表1</P>
表1   </B>各級封裝用樹脂含氯水平（</B>×106</B>）</B></P>
分級<p></p></P>標準品<p></p></P>高純品<p></p></P>超高純品<p></p></P>最先進品<p></p></P>可水解氯值 [1]<p></p></P>
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可水解氯值 [2]<p></p></P>
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總氯值<p></p></P>50<p></p></P>
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500<p></p></P>
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1 000~1 200<p></p></P>30<p></p></P>
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250~350<p></p></P>
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600~800<p></p></P>20<p></p></P>
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100~200<p></p></P>
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400~500<p></p></P>10<p></p></P>
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100以下<p></p></P>
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300~400<p></p></P>由于新型封裝絕緣樹脂獨特的結(jié)構(gòu)特點，決定了其水解氯含量一般都在超高純品（總氯值《400—500》以上，具有更經(jīng)濟，更高純的特性。<p></p></P>
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2．2 高功能化</P>
IC封裝用的樹脂除了要求高純度化外，隨著高集成化封裝的大型、薄殼化，目前要求解決的是低收縮性（低應(yīng)力化）、耐熱沖擊和低吸水性等技術(shù)瓶頸。而新型封裝絕緣樹脂具有大分子高交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使樹脂具有收縮性低，耐熱沖擊性好，吸水率低的特性，可以擁有比同類產(chǎn)品更好的功能性。具體性能如下：</P>
2．2．1低收縮性</P>
近年來，對于IC封裝用模塑料最為關(guān)心的技術(shù)是模塑料固化后的內(nèi)部應(yīng)力問題。一旦內(nèi)部應(yīng)力的存在會使硅芯片表面的鈍化膜產(chǎn)生裂縫、自身龜裂或連接線切斷等現(xiàn)象。在目前超大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)化的時代，隨著鋁配線圖的細微化、硅片大型化、封裝的薄殼化，對樹脂的低收縮特性要求就提出更高的要求。</P>
    內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生的原因如下：模塑料熱收縮與硅片熱收縮有差異，即二者線膨脹系數(shù)不同，一般模塑料比硅片、引線的線膨脹系數(shù)要大一個數(shù)量級，同時加上模塑料在固化過程中生產(chǎn)的固化收縮，所以在成型加熱到冷卻至室溫過程中會在硅片上殘留應(yīng)力。</P>
  熱應(yīng)力可以用下式來表示：</P>
                    σ＝K·E·α·ΔT<p></p></P>
式中  σ—</I>熱應(yīng)力；<p></p></P>
      K－</I>常數(shù)（固定值）；<p></p></P>
      E－</I>彈性模量；<p></p></P>
     ΔT－</I>模塑料T</I>g和室溫的差；</P>
     α－</I>熱膨脹系數(shù)。<p></p></P>
    從該公式中可以看出降低樹脂的彈性模量（E）和T</I>g，以及減少樹脂的固化收縮率是減少熱應(yīng)力的有效途徑。</P>
新型封裝絕緣樹脂的最大特點是該樹脂具有超低的固化線收縮率，從而使各種制品具有較低的固化后內(nèi)應(yīng)力，能夠保證制品在冷熱沖擊環(huán)境中保證形狀不變。表2是新型封裝絕緣樹脂與國內(nèi)一知名品牌封裝絕緣樹脂的收縮性比較表。另外，美國密歇根州立大學的美國復(fù)合材料工程技術(shù)中心對該樹脂的測試結(jié)果（ASTM標準下）也表明，該樹脂的固化收縮率極低，該中心是選擇了一美國著名的樹脂供應(yīng)商的產(chǎn)品作為對照，具體見表3。<p></p></B></P>
表2  </B>新型封裝絕緣樹脂與國內(nèi)一知名品牌封裝絕緣樹脂的收縮性比較表<p></p></B></P>
固化條件</P>固化線收縮率*</P>新型封裝絕緣樹脂<p></p></P>對比樹脂</P>常溫固化</P>0.015%</P>2.8%</P>常溫固化后，80℃2hr后固化處理</P>0.16%</P>3.6%</P>*根據(jù)HG/T2625-94《環(huán)氧澆鑄樹脂線性收縮率測定》進行試驗。</P>
表3  </B>新型封裝絕緣樹脂體收縮率測試結(jié)果<p></p></B></P>
（美國密歇根州立大學的美國復(fù)合材料工程技術(shù)中心對該樹脂的測試結(jié)果）<p></p></B></P>
固化條件</P>固化體收縮率</P>新型封裝絕緣樹脂</P>美國產(chǎn)對比樹脂</P>CHP固化體系</P>—</P>7.18%</P>MEKP固化體系</P>1.73%</P>8.10%</P>    具體見www.fuchem.com </P>