先进电子封装用聚合物材料研究进展-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 Tel： 01062564819 E-mail: 先进电子封装用聚合物材料研究进展2010全国半导体器件技术研讨会，杭州，2010.07.16 报告内容 一、电子封装技术对封装材料的需求 二、高性能环氧塑封材料 三、液体环氧底填料 四、聚合物层间介质材料 五、多层高密度封装基板材料 六、光波导介质材料 结束语小型化轻薄化高性能化多功能化高可靠性低成本DIPQFPBGA/CSPPGA/BGA60-70S80s90s00s 微电子封装技术-发展现状与趋势MCM/SiP05s3DHigh Speed / High IntegrationQ

2、FPPBGAStacked CSPBOCFC BGAEBGASystem In PackagemBGA3 stacked BGATBGABCCStacked FBGALQFPVFBGAFPBGACurrentStacked PTP TSOPSOIC WaferLevel CSPQFNFuture Assembly TechnologyMiniaturizationNear FutureCSP微电子封装技术-发展现状与趋势 微电/光子混合封装技术关键性封装材料1、高性能环氧塑封材料5、导电/热粘结材料 3、高密度多层封装基板. . . . . .2、层间介电绝缘材料4、光波传导介质材料 重要的聚

3、合物材料 1、功能性环氧树脂 2、高性能聚酰亚胺 3、特种有机硅树脂 4、光敏性BCB树脂 5、高性能氰酸酯树脂 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WEEE & RoHS 燃烧有毒气体大量烟尘不利火灾疏散救援工作环氧树脂的阻燃性 实现环氧塑封材料无卤阻燃的途径无卤阻燃 金属氢氧化物 含氮阻燃体系 含硅阻燃体系 本征阻燃体系 含磷阻燃体系 本征阻燃性环氧塑封材料Water uptake %SiO2 %F seriesB series80%0.130.1481%0.120.1383%0.0

4、80.1185%0.070.10样品尺寸：50*3 mm测试条件：沸水中浸泡8小时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，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，炭和分解时产生的挥发性物质构成，有效地阻隔了热传递。 高耐热PI塑封材料注射温度：360 oC 注射压力：150 MPa模具温度：150 oC拉伸强度MPa拉伸模量GPa断裂伸长率%弯曲强度MPa弯曲模量GPa注塑件1002.9501423.2模压件993.07.41523.4薄 膜1082.

5、37.4- 三、液体环氧底填料 Underfill 的作用: 1) 增强机械稳定性 2) 降低CTE及内应力 3) 防尘防潮防污染 环氧底填料的填充工艺1、毛细管流动型填充工艺 a) 标准毛细管流动填充 b) 真空辅助毛细管填充 c) 加压辅助毛细管填充 d) 重力辅助毛细管填充2、非流动型填充工艺3、模压填充工艺4、圆片级填充工艺环氧底填料成为工艺成败的关键因素1、粘度：4000-5000 mPa.s (25 oC)2、玻璃化温度：150 3、热膨胀系数： 20 ppm/。4、弯曲模量：9.5 GPa。5、吸水率：0.8% (85/85RH/72h)6、室温保存时间：13000-15000c

6、ps （25/16h） 7、低温保存时间：16000-18000cps （-40/6 months） 典型Underfill材料的性能高电绝缘性击穿强度高低CTE低介电常数低介电损耗宽频/高温稳定吸潮率低抗高温湿热 聚酰亚胺材料的优异性能尺寸稳定好/抗蠕变Polyimides耐化学腐蚀物理稳定性好 耐高温/耐低温 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 先进封装对PI材料的性能要求 PSPI树脂的发展趋势 PSPI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

7、脂的研究国产正性PSPI树脂的光刻图形 光敏性苯并环丁烯(BCB)树脂 光敏性BCB树脂的化学过程 光敏性BCB树脂的光刻工艺 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细布线多层布线薄型化封装基板对材料性能的要求封装技术发展无铅化高密度化高速高频系统集成化高韧性高Tg低介电常数低吸水率综合性能优异低CTE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点：Tg低（150oC）韧性差封装基板用基体树脂环氧树脂BT树脂PI

8、树脂优点：Tg较高（200oC）缺点：韧性差优点：高Tg（300oC）高力学性能综合性能优异缺点：加工困难优点： 1）耐高温: 可耐受无铅焊接温度 及耐受热冲击实验（240-270oC)； 2）力学性能高，尺寸稳定性好， 热膨胀系数小，翘曲度小，平 整性好； 3）化学稳定性好，可耐受电镀 液的侵蚀及其它化学品的腐蚀； 4）电性能优良，e, tand 低，高频 稳定； 5）本征性阻燃，不需要添加阻 燃剂，环境友好。 6）适于高密度互连（HDI）的 积层多层板（BUM）的基板。高密度PI封装基板材料 有芯板 无芯板PI/Glass芯板积层树脂Tg，oC260Tg，oC260介电常数4.4介电常数2

9、.7线宽，m17线宽，m3线间距，m75/75线间距，m15/15层数24层数2焊间距，mm1.00焊间距，mm0.18PI无芯基材积层树脂Tg，oC260Tg，oC260介电常数4.46介电常数2.7线宽，m17线宽，m3线间距，m75/75线间距，m15/15层数23层数2焊间距，mm1.271.00焊间距，mm0.18高密度封装基板的性能测试依据测试条件类别技术指标热循环JESD22-A104-B-55125oC（B）基板/芯片500次热循环JESD22-A104-B-0125oC（K）基板/芯片700次热冲击JESD22-A106-A-55125oC（C）基板/芯片500次焊锡浸渍IP

10、C-TN-650 2.6.8288oC，10Sec基板5次回流焊255oC，Max.20 Sec基板/芯片2次高温储存JESD22-A103-B150oC基板500小时高湿热JESD22-A101-B85oC/85% RH基板500小时高湿热JESD22-A101-B85oC/85% RH/5.5V基板500小时代表性封装基板性能42 化学所PI封装基板树脂研究热塑性聚酰亚胺热固性聚酰亚胺PI封装基板材料性能性能HTPI-3/EGHGPI-3/EGTg，oC288299T5，oC488474CTE，ppm/oC11,5012,65弯曲强度，MPa730604弯曲模量，GPa24.218.6冲击强度，kJ/m25459介电常数，（1MHz）4.34.2介电损耗，（1MHz）0.00690.0063介电强度，kV/mm2925体积电阻率，cm10161016表面电阻率，10161016吸水率，%0.600.53剥离强度，N/mm1.231.38288oC热分层时间（CCL），min1660 六、光波导介质材料 PI光波传导介质材料PI光波传导材料的典型性能PId (m) a nTE b nTM c nAV d n e f PI-14.181.56841.54741.56140.02102.68PI-24.271.56131.547