电子封装材料研究进展

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1、微电子封装与其材料的研究进展微电子集成电路中，高度密集的微小元件在工作中产生大量热量，由于芯片和封装材料之间的热膨胀系数不匹配将引起热应力疲劳，封装材料的散热性能不佳也会导致芯片过热，这二者已成为电力电子器件的主要失效形式［2］。从根本上说，电子封装的性能、制作工艺、应用及发展等决定于构成封装的各类材料，包括半导体材料、封装基板材料、绝缘材料、导体材料、键合连接材料、封接封装材料等。它涉及这些材料的可加工成型性，包括热膨胀系数、热导率、介电常数、电阻率等性能在内的材料物性，相容性及价格等等。新世纪的微电子封装概念已从传统的面向器件转为面向系

2、统，即在封装的信号传递、支持载体、热传导、芯片保护等传统功能的基础上进一步扩展，利用薄膜、厚膜工艺以及嵌入工艺将系统的信号传输电路及大部分有源、无源元件进行集成，并与芯片的高密度封装和元器件外贴工艺相结合，从而实现对系统的封装集成，达到最高密度的封装。从器件的发展水平看，今后封装技术的发展趋势为：（1）单芯片向多芯片发展；（2）平面型封装向立体封装发展;3）独立芯片封装向系统集成封装发展，焊球阵列封装（BGA）BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但弓腳间距并没有减小反而增

3、加了，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗増加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。③BGA的节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm,与现有的表面安装工艺和设备完全相容，安装更可靠；④由于焊料熔化时的表面张力具有n自对准n效应，避免了传统封装引线变形的损失，大大提高了组装成品率；⑤BGA弓脚牢固，转运方便；⑥焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。这种BGA的突出

4、的优点：①电性能更好：BGA用焊球代替引线，引出路径短减少了引脚延迟、电阻、电容和电感；②封装密度更高；由于焊球是整个平面排列，因此对于同样面积，引脚数更高。芯片尺寸封装（CSP）CSP(ChipScalePackage)封装，是芯片级封装的意思。CSP封装最新一^的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封CSP封装装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将

5、存储容量提高三倍。由于CSP具有更突出的优点:①近似芯片尺寸的超小型封装；②保护裸芯片；③电、热性优良；④封装密度高；⑤便于测试和老化；⑥便于焊接、安装和修整更换。3D封装3D封装主要有三种类型，即埋置型3D封装，当前主要有三种途径：一种是在各类基板内或多层布线介质层中*1埋置"R、C或1C等元器件，最上层再贴装SMC和SMD来实现立体封装，这种结构称为埋置型3D封装；第二种是在硅圆片规模集成(WSI)后的有源基板上再实行多层布线，最上层再贴装SMC和SMD,从而构成立体封装，这种结构称为有源基板型3D封装；第三种是在2D封装的基础上，把多

6、个裸芯片、封装芯片、多芯片组件甚至圆片进行叠层互连，构成立体封装，这种结构称作叠层型3D封装。系统封装(S1P)实现电子整机系统的功能，通常有两个途径。一种是系统级芯片(SystemonChip)z简称SOC。即在单一的芯片上实现电子整机系统的功能；另一种是系统级封装(SysteminPackage),简称SIP。即通过封装来实现整机系统的功能。主要的优点包括：①采用现有商用元器件，制造成本较低；②产品进入市场的周期短；③无论设计和工艺，有较大的灵活性；④把不同类型的电路和元件集成在一起，相对容易实现。新型电子封装材料的性能要求电子封装材料

7、用于承载电子元器件及其相互联线，起机械支持，密封环境保护，信号传递，散热和屏蔽等作用，因此，电子封装材料需要具备以下的性能特征[3'4'5]:1)较低的热膨胀系数(CTE),能与Si,GaAs等半导体材料相匹配2)热导率优良3)低密度4)气密性好5)强度和刚度局6）良好的加工性能和焊接性能7）易于进行电镀8）成本低廉等半导体材料芯片一般是由硅、砷化镓等材料制成，芯片工作及休息时半导体元器件会产生温度变化，芯片与基体、焊点以及连线之间形成的热应力对电子封装结构产生不利影响，导致电子线路的损坏或封装结构变形等不良后果。所以，理想的电子封装材料与

8、半导体材料之间需要有相匹配的热膨胀系数，以降低由于芯片发热而产生的热应力。良好的热导率能保证芯片工作时产生的热量能很好的传递出去，从而不至于使得芯片因过热而损坏。在航空航天，以及