先进电子封装用聚合物材料研究进展-ppt课件

1、 杨士勇 主任/研究员 中国科学院化学研究所高技术材料实验室 ： 01062564819 : shiyangiccas.ac 先进电子封装用先进电子封装用聚合物材料研究进展聚合物材料研究进展2019全国半导体器件技术研讨会，杭州，全国半导体器件技术研讨会，杭州，2019.07.16 报告内容报告内容DIPQFPBGA/CSPPGA/BGA60-70S80s90s00s 微电子封装技术微电子封装技术-发展现状与趋发展现状与趋势势MCM/SiP05sQFPPBGAStacked CSPBOCFC BGAEBGASystem In PackagemBGA3 stacked BGATBGABCCSta

2、cked FBGALQFPVFBGAFPBGATSOPSOICQFN微电子封装技术微电子封装技术-发展现状与趋发展现状与趋势势 微电微电/光子混合封装技术光子混合封装技术 聚合物封装材料的重要作用关关键键性性封封装装材材料料1、高性能环氧塑封材料、高性能环氧塑封材料5、导电、导电/热粘结材料热粘结材料 3、高密度多层封装基板、高密度多层封装基板. . . . . . . . . . .2、层间介电绝缘材料、层间介电绝缘材料4 4、光波传导介质材料、光波传导介质材料 重要的聚合物材料重要的聚合物材料 1、功能性环氧树脂、功能性环氧树脂 2、高性能聚酰亚胺、高性能聚酰亚胺 3、特种有机硅树脂、特种

3、有机硅树脂 4、光敏性、光敏性BCB树脂树脂 5、高性能氰酸酯树脂、高性能氰酸酯树脂 High Chemical PurityHigh Optical TransparencyHigh SolubilityHigh Adhesive Low StressLow Ion ContentsLow PriceLow Shrinkage 聚合物封装材料的性能需求聚合物封装材料的性能需求 二、高性能环氧模塑材料 1、本征阻燃化：无毒无害 2、耐高温化：260-280 oC 3、工艺简单化: 低成本、易加工 环氧塑封材料的无卤阻燃化环氧塑封材料的无卤阻燃化OORRRRCCH3CH3HOOHBrBrBrBr

4、环氧树脂环氧树脂的阻燃性的阻燃性 实现环氧塑封材料无卤阻燃的途径实现环氧塑封材料无卤阻燃的途径 本征阻燃性环氧塑封材料本征阻燃性环氧塑封材料OnF3COOHnF3C本征阻燃性环氧塑封材料本征阻燃性环氧塑封材料8081828384850.070.080.090.100.110.120.130.140.15Water update (%)SiO2 content(wt.%) B series F series 样品尺寸：样品尺寸：5050* *3 mm3 mm测试条件：沸水中浸泡测试条件：沸水中浸泡8 8小时小时本征阻燃性环氧树脂的阻燃机理本征阻燃性环氧树脂的阻燃机理 主链中含有联苯结构和苯撑结构

5、的酚醛型环氧树脂和酚主链中含有联苯结构和苯撑结构的酚醛型环氧树脂和酚醛型环氧固化剂在固化反应后形成了高度阻燃的网络结构，醛型环氧固化剂在固化反应后形成了高度阻燃的网络结构，其阻燃性主要归功于在高温下的低弹性和高抗分解性导致燃其阻燃性主要归功于在高温下的低弹性和高抗分解性导致燃烧时形成稳定的泡沫层。泡沫层主要由树脂体，炭和分解时烧时形成稳定的泡沫层。泡沫层主要由树脂体，炭和分解时产生的挥发性物质构成，有效地阻隔了热传递。产生的挥发性物质构成，有效地阻隔了热传递。 最近研制无卤阻燃塑封料的性能最近研制无卤阻燃塑封料的性能 高耐热高耐热PI塑封材料塑封材料2002503003504001031041

6、05106050010001500200025003000 In*I, Pa.STemperature, oCTime, S 0200040006000800010000104105106200220240260280300320340360380400 In*I, Pa.STime, STemperature, oC 注射温度：注射温度：360 oC360 oC 注射压力：注射压力：150 MPa150 MPa模具温度：模具温度：150 oC150 oC100200300400500600700800406080100 Weight, %Temperature, oCKHTPI-1 三、液体

7、环氧底填料 Underfill 的作用的作用: 1) 增强机械稳定性增强机械稳定性 2) 降低降低CTE及内应力及内应力 3) 防尘防潮防污染防尘防潮防污染 环氧底填料的填充工艺环氧底填料的填充工艺环氧底填料成为工艺成败的关键因素环氧底填料成为工艺成败的关键因素 典型典型Underfill材料的性能材料的性能 四、Low-k 层间介质材料 1、光敏聚酰亚胺树脂 2、光敏BCB树脂 3、光敏PBO树脂 高电绝缘性高电绝缘性击穿强度高击穿强度高低低CTEOOOONON低介电常数低介电常数低介电损耗低介电损耗宽频宽频/高温稳定高温稳定吸潮率低吸潮率低抗高温湿热抗高温湿热 尺寸稳定好尺寸稳定好/抗蠕变

8、抗蠕变Polyimides耐化学腐蚀耐化学腐蚀物理稳定性好物理稳定性好 耐高温耐高温/耐低温耐低温 聚酰亚胺在电子封装中的应用聚酰亚胺在电子封装中的应用 1、芯片表面钝化保护； 2、多层互连结构的层间 介电绝缘层ILD）； 3、凸点制作工艺 4、应力缓冲涂层； 5、多层封装基板制造 PI在在FC-BGA/CSP中的典型应用中的典型应用先进封装对先进封装对PI材料的性能要求材料的性能要求 PSPI树脂的发展趋势树脂的发展趋势 PSPI树脂的光刻工艺树脂的光刻工艺非光敏性PI树脂光敏性PI树脂 化学所层间介质树脂的研究HOCF3OHCF3F3CHOCF3OHCF3F3CO2NNO2HOCF3OHH

9、2NNH2F3CCF3ClOCCF3COClRCF3CORNHHOCF3F3CCF3N CHOHOnnCF3RNOCF3F3CCF3NOHNO3Pd/Chydrazinepropylene oxide-2nH2OPoly(o-hydroxyamide) (PHA)PBOR=-H; PBO-1R=-CF3, PBO-29F-bisphenol9FAPR=-H; PHA-1R=-CF3, PHA-2国产正性PSPI树脂的光刻图形 光敏性苯并环丁烯光敏性苯并环丁烯(BCB)树脂树脂 光敏性光敏性BCB树脂的化学过程树脂的化学过程101001000020406080100101001000020406

10、080100R (%)Exposure dose mJ/cm2D0D1/2D1D0=550 mJ/cm20=lg(D0/D1)-1=1.96 五、高密度封装基板 1、低介电常数与损耗 2、耐高温化：260 oC 3、多层高密度化 先进聚合物封装基板微孔连接微孔连接微细布线微细布线多层布线多层布线薄型化薄型化封装基板对材料性能的要求封装基板对材料性能的要求封装技术发展封装技术发展无铅化无铅化高密度化高密度化高速高频高速高频系统集成系统集成化化高韧性高韧性高高TgTg低介电常数低介电常数低吸水率低吸水率综合性能优异综合性能优异低低CTECTE微细互联多层化薄型化高频信号集肤效应信号衰减多类型系统混

11、杂植入无源有源器件回流焊温度提高约30oC液态经历时间延长降温速率加快优点：加工性能好成本低缺陷：Tg低（150oC）韧性差封装基板用基体树脂封装基板用基体树脂环氧树脂BT树脂PI树脂OOOONONONOOO C N优点：Tg较高（200oC）缺陷：韧性差优点：高Tg（300oC）高力学性能综合性能优异缺陷：加工困难高密度高密度PIPI封装基板材料封装基板材料 有芯板 无芯板高密度封装基板的性能高密度封装基板的性能代表性封装基板性能代表性封装基板性能42 化学所化学所PI封装基板树脂研究封装基板树脂研究热塑性聚酰亚胺热固性聚酰亚胺ArOnNOONNOOOONOOArMPIaAr=OOF3CCF

12、3OOMPIbCF3F3CArOnNOONNOOOONOOArAr=OOF3CCF3andHTPIOOF3CCF3HGPI-1OOF3CCF3OOH3CH3CCH3CH3OOF3CCF3CH3H3CCH3H3CCH3CH3;HGPI-3HGPI-4HGPI-2PI封装基板材料性能封装基板材料性能 六、光波导介质材料 PI光波传导介质材料光波传导介质材料PI光波传导材料的典型性能光波传导材料的典型性能150200250300350400450312.5oC327.4oC350.4oCPI-3 ODPA/6FMAPI-1 BPDA/6FMAPI-2 BTDA/6FMAHeat Flow (w/g)Temperature(oC)PI-4 6FDA/6FMA365.3oCPI-1PI-2PI-3PI-4