先进封装材料复习大纲

1、第1章 三维集成技术综述1、简单描述三维集成技术答：（1）三维集成技术是在微系统封装的过程中采用三维结构的集成技术。（2）在三维结构中，功能模块可以垂直堆叠，每个模块都可以称为堆栈结构中的独立层。每一层都可以通过层间垂直互连线连接在一起。（3）三维集成技术分成三大类：三维片上集成、三维IC堆栈和三维封装。2、 硅封装效率（SPE）= 硅片面积/基板总面积3、 互连线缩短的作用：缩短互连时间延迟、减少串音和降低功率损耗，提高系统性能。4、常用的圆片键合技术有两类：直接键合（无任何中间层）和间接键合（采用中间层）。5、根据键合技术将IC堆栈技术分成三类：直接氧化物（SiO2）键合、金属-金属键合和

2、粘胶键合。6、金属-金属键合集成技术（1）好处： 金属键合层导热性好，热量很容易传导到芯片的另一侧或者沿垂直通孔传输。 金属键合既可以作为IC间的机械支撑，也可以作为电互连线。（2） 代表例子：铜-铜键合、铜-锡-铜键合8、硅穿孔制造分两步：通孔刻蚀、通孔金属化或填孔 (1)二氧化硅和硅中填充金属W的工艺步骤 a)二氧化硅b)硅(2) 用于沉积铜填孔的大马士革工艺步骤 a)在氧化物通孔中的工艺步骤b)在硅中通孔的工艺步骤8、三维封装技术分四类：引线键合堆栈、BGA堆栈、采用芯片弯曲布线的折叠堆栈、超薄封装堆栈。第2章 先进键合/连接技术1、 三种先进的键合/连接技术：粘胶键合、直接键合、无铅焊

3、接。2、 粘胶键合： 四种常见的粘合剂：环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺、丙烯酸。 两种新型的粘合剂：液晶高分子聚合物（LCP）、SU8（流程分析）SU8粘胶键合SU8是一种环氧基高对比度的光刻胶，主要用于微加工及其他微电子行业，可以得到较厚的图形，并且具有较好的化学性能和热稳定性。SU8是一种典型的负性胶，即曝光区相互耦合，而非曝光区溶于显影液中。 一般工艺流程：基片前处理涂胶软烘曝光曝光后烘烤显影冲洗、干燥竖膜3、 直接键合：指不采用任何粘合剂或者焊料，将物体A和物体B键合起来的工艺过程，键合后只有一个键合界面，利用的原理是两个平整和光滑表面间的吸引力。 三种常用的键合方法：阳极键合、扩散键合、

4、表面活化键合。 一种新型的键合方法：Ag-Cu直接键合技术第3章 先进的芯片与基板连接技术1、 无焊料芯片-基板互连：铜互连、电镀铜柱阵列（超声或热超声键合）铜互连：指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺技术。电镀铜柱阵列 通过光刻胶掩模电镀铜柱在覆盖上Au层的结构，有助于热-声键合，可以获得更高的产量和更低的成本。电镀铜柱镀上一层Ni作为阻挡层，然后电镀用于热-声键合的Au帽层。改工艺的一大优点是，键合前不用对芯片进行处理。铜柱上覆盖Au帽层后，将其翻转与芯片上的Al焊盘对准，然后在压力、温度和超声条件下键合，如图：第4章 先进引线键合工艺-

5、材料、方法与测试1、 IC有两种主要的初级互连形式：引线键合、倒装芯片贴片2、 引线键合和倒装芯片互连的优缺点比较 因素引线键合倒装芯片贴片1面积第二焊点在芯片边缘需要空间在芯片边缘2I/O数目极限：四周共14排（约1001000个）全部面阵列，外接引线键合有较大间距（约10010000个）3灵活性很灵活，能改变I/O，容纳不同的芯片方位、大小、封装布局等（在范围内）灵活性差，衬底图案必须与I/O图案匹配（自装能力）4电学性能长圆线限制低损耗频率响应在510GHz短粗焊接柱容许低损耗频率响应超过100GHz5成本全自动操作下每个互连0.00050.001美元下每个互连0.010.05美元6键合

6、时间按顺序进行(1020个/s)一组组键合7键合类型焊接处：Au-Al、Au-Au、Al-Al、Au-Cu、Cu-Cu焊料：Sn63、Sn5、Sn10、无铅焊料8可靠性单金属系统，可靠性极好，柔韧性减轻或消除CTE问题，双金属系统会受合金生长与空洞影响。由于CTE失配带来焊料疲劳问题。Sn与Cu会有合金生长和空洞问题。9环境Au、Al环境友好Pb引起环境问题，必须使用无铅焊料3、球焊工艺的5个步骤：焊球形成 焊球粘附到IC或衬底焊盘上（第一次键合） 引线移动到第二个焊点位置 引线连接到封装体或母版焊盘上（第二次键合） 切断引线4、热超声键合：将超声能量和球焊键合技术共同应用于热压键合中。5、键

7、合引线的主要材料： Au(纯金和合金) Al(纯铝) 含1%Si的Al 掺Mg的Al Cu第7章 先进基板材料与工艺展望1、 金属基板、有机基板、陶瓷基板的比较2、 图形化： PSS衬底的主要制作方法如下：在蓝宝石衬底上制作图形化的掩膜，通常采用的是SiO2或金属掩膜；刻蚀蓝宝石；去掉掩膜，得到图形化的蓝宝石衬底。3、 有机基板：（1）两层板的简化工艺流程：获取材料打通孔镀铜图形化焊料掩膜镀NiAu路径（进条带）最后镜检（FVI）出货（2）四层PBGA板工艺流程获取材料图形化分层钻通孔镀铜图形化焊料掩膜镀NiAu路径（进条带）最后镜检（FVI）出货（3）带内嵌通孔的四层板工艺流程获取材料钻通孔

8、镀铜图形化分层钻通孔镀铜图形化焊料掩膜镀NiAu路径（进条带）最后镜检（FVI）出货第8章 先进印制电路板材料1、 印制电路板材料：指一系列用于形成电路板互连的介电材料和导体材料。 先进PCB材料是指非FR-4电介质、经改进或增强的FR-4材料及先进铜箔。2、 覆铜板：又名基材。将补强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，称为覆铜箔层压板。（它是做PCB的基本材料，常叫基材。当它用于多层板生产时，也叫芯板（CORE）。）3、 介电材料：又称电介质，是电的绝缘材料。 在刚性印制电路板中，介电材料按用途课分为层压板芯、半固化片和阻焊材料。 对于柔性印制电路板，介电材料可按用途

9、分为柔性介质薄膜、粘合剂和覆盖层。4、 半固化片：是一种增强型环氧介电材料，通过用热固树脂浸渍一种增强材料（通常是玻璃布）而制得的。第9章 倒装芯片底部填充胶材料、工艺与可靠性1、 底部填充料：为了增强采用有机基板封装的倒装芯片的可靠性，通常使用底部填充胶调节热应力，所用的的填充胶即为底部填充料。 2、 常见的底部填充材料与工艺（见P252、253）（1）常见倒装芯片底部填充结构图（2）使用普通底部填充胶的倒装芯片工艺（3） 运用不流动底部填充胶的倒装芯片工艺第10章 用于半导体芯片封装的环氧模塑料发展趋势1、 环氧模塑料的组成成分和基本工艺（1） 环氧模塑料典型成分：染色剂、石蜡、偶联剂、离

10、子捕获器、促凝剂、阻燃剂、LSA（低应力添加剂）、二氧化硅70%90%、环氧树脂5%10%、硬化（固化）树脂5%（2） 环氧模塑料转移成模工艺流程：（树脂+硬化剂+填料+添加剂）-混合-冷却-粉碎-后期混合-造粒-175成型第11章 导电胶 1、 导电胶（ECA）分为两类：各向异性导电胶（ACA）、各向同性导电胶（ICA） 导电胶由聚合物基体与导电填充物混合组成。 聚合物基体是电绝缘体，因而具有良好的介电性能。 导电填充物提供了电学特性，聚合物基体提供了机械特性。2、 各向异性导电胶：由聚合物基体与导电填充物混合组成在垂直或Z轴方向有单向导电性。3、 各向同性导电胶：指各个方向均导电的胶粘剂。

11、第12章 贴片胶与贴片膜1、 贴片胶的组成和工艺（1）贴片膏由银、氧化铝和二氧化硅之类的填料和环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸盐和硅胶树脂之类的主剂组成。（2）贴片膏工艺的主要3个步骤：分配、贴片、固化第13章 热界面材料1、热界面材料：用于两个接触面之间，以提高两个面之间的热传导性能的导热材料。2、热界面材料的作用：（见P351） 降低封装热阻及电子器件与外界冷却装置间的热阻。3、 两种散热结构示意图第十五章 纳米材料与纳米封装1、纳米材料在电子封装中的应用纳米颗粒：1）导热材料具有和无源器件相似的结构要求，可以用金属或SiC纳米颗粒作为填料。2)通过颗粒间的桥接作用，将纳米颗粒简答摻加到常用的各

12、向异性导电胶中降低电导率。3）烧结纳米Ag颗粒可建立电学连接，也可用于贴片。4）在倒装芯片的底部填充料中掺加二氧化硅填料，可以降低热膨胀系数，并且纳米颗粒可以更好地防止沉淀。5）在无铅焊料SnAg中加入Pt、Ni或Co纳米颗粒，可以消除Kirkendall空隙，降低金属间化合物生长，减小IMC晶粒尺寸，显著提高焊点的抗冲击性，更好地促进细晶粒生长，增强抗蠕变能力，改善接触润湿性。 纳米焊料： 碳纳米管（CNT）：用于电气互连与散热第18章 LED和光学器件封装与材料1、 LED的结构分析（见图分析）（1） 光LED封装截面示意图（2） LED芯片与塑封材料间的脱层2、大功率LED如何封装 典型大功率LED封装结构包括带有反光杯的引线框架、LED芯片、贴片胶、金线和混有荧光粉材料的硅胶塑封剂。对于包含透镜的LED封装，是在平顶的封装结构上增加了一个光学透明透镜，具体步骤1)清洗引线框架，在使用前烘焙；2）采用导热胶将蓝光LED芯片粘贴到引线框架反光杯的中央部位；3）导热胶在175下至少固化45min；4）引线键合实现LED芯片与引线框架间的电连接；5）将混有YAG:Ce荧光粉的硅胶塑封剂填充到引线框架上的反光杯中，形成一个平坦的顶面，然后加热固