先进电子封装用聚合物材料研究进展-课件

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高技术材料实验室

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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/BGA60-70’S80’s90’s00’s

微电子封装技术--发展现状与趋势MCM/SiP05’s

微电/光子混合封装技术

聚合物封装材料的重要作用

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9H:HighThermalStabilityHighDimensionalStabilityHighTgsHighMechanicalPropertiesHighElectricalInsulatingHighChemicalPurityHighOpticalTransparencyHighSolubilityHighAdhesive9L:LowViscosityLowCuringTemperatureLowDielectricConstant

LowThermalExpansion

LowMoistureAbsorptionLowStressLowIonContentsLowPriceLowShrinkage

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

本征阻燃性环氧塑封材料玻璃化温度介电常数吸水率650℃残炭inN2FBE/FBN151℃3.80.2755.8％PBE/PBN129℃4.20.3632.7％FBEFBN极限氧指数UL-9437.6V-035.9V-1本征阻燃性环氧塑封材料

Wateruptake%SiO2%FseriesBseries80%0.130.1481%0.120.1383%0.080.1185%0.070.10样品尺寸：φ50*3mm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：360oC注射压力：150MPa模具温度：150oC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1082.37.4--

三、液体环氧底填料

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：4000-5000mPa.s(25oC)2、玻璃化温度：150℃3、热膨胀系数：20ppm/℃。4、弯曲模量：9.5GPa。5、吸水率：0.8%(85℃/85RH/72h)6、室温保存时间：13000-15000cps（25℃/16h）7、低温保存时间：16000-18000cps

（-40℃/6months）典型Underfill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

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FC-BGA/CSP中的典型应用

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，oC≥260Tg，oC≥260介电常数≤4.4介电常数≤2.7线宽，µm≤17线宽，µm≤3线间距，µm≤75/75线间距，µm≤15/15层数2~4层数2焊间距，mm≤1.00焊间距，mm≤0.18PI无芯基材积层树脂Tg，oC≥260Tg，oC≥260介电常数≤4.46介电常数≤2.7线宽，µm≤17线宽，µm≤3线间距，µm≤75/75线间距，µm≤15/15层数2~3层数2焊间距，mm1.27~1.00焊间距，mm≤0.18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-55~125oC（B）基板/芯片≥500次热循环JESD22-A104-B-0~125oC（K）基板/芯片≥700次热冲击JESD22-A106-A-55~125oC（C）基板/芯片≥500次焊锡浸渍IPC-TN-6502.6.8288oC，10Sec基板≥5次回流焊255oC，Max.20Sec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，Ω·cm~1016~1016表面电阻率，Ω~1016~1016吸水率，%0.600.53剥离强度，N/mm1.231.38288oC热分层时间（CCL），min16>60

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(μm)anTE

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PI-14.18