集成电路先进封装材料PPT全套教学课件

电子封装材料及其制备工艺一课程的性质及任务

本课程为电子封装与技术专业本科学生的一门核心专业必修课，面向信息电子制造/电子制造产业，涉及集成电路先进封装关键材料及其应用，包括电子封装材料的种类、性质、功能、新技术与材料发展及相关工艺等。通过本课程的学习，初步地掌握先进电子封装材料分类、性能及一些基本知识和工艺，同时了解目前电子封装材料研究的热点及前沿、国内外电子封装材料企业，为绿色电子材料的设计、加工及应用打下良好的基础。二、内容提要《电子封装材料及其制备工艺》从集成电路先进封装用材料着手，较详细地介绍电子器件封装用的各类材料，包括：光敏材料、芯片黏接材料、包封保护材料、热界面材料、硅通孔相关材料、电镀材料、靶材、微细连接材料及助焊剂、化学机械抛光液、临时键合材料、晶圆清洗材料、芯片载体材料等。

(美)DanielLu//陈明祥.《先进封装材料》,机械工业出版社，2012年第1版周良知编.《微电子器件封装—封装材料与封装技术》,化学工业出版社，2006年第1版3.中国电子学会生产技术学分会丛书编委会组编.《微电子封装技术》,中国科学技术大学出版社,2011年第2版李可为编.《集成电路芯片封装技术》,电子工业出版社，2013年第2版5.(美)RichardK.Ulrich//李虹.《高级电子封装》，机械工业出版社，2010年第1版6.王谦等，电子工业出版社，2021-09-01三、参考书目考试期末考试（70%）+平时成绩（30%）要求：按时认真上课。第1章绪论第2章光敏材料第3章芯片黏接材料第4章包封保护材料第5章热界面材料第6章硅通孔相关材料第7章电镀材料第8章靶材第9章微细连接材料及助焊剂第10章化学机械抛光液第11章临时键合材料第12章晶圆清洗材料第13章芯片载体材料（略讲）第1章绪论目录1.1IC产业及IC封装测试产业1.2IC先进封装1.3

IC先进封装材料概述1.1IC产业及IC封装测试产业1947年，贝尔实验室(威廉·肖克利、约翰·巴顿、沃尔特·布拉顿)，发明第一只晶体管（transistor）；1956年度的诺贝尔物理学奖。1958年，第一块IC(杰克·基尔比，2000年获得诺贝尔物理学奖)。历经半个世纪，成巨无霸产业。1.1IC产业及IC封装测试产业图1-1全球半导体市场规模（美国半导体产业协会（SIA）发布数据，中国半导体行业协会提供）

IC产业被视为现代信息产业的基础和核心产业之一，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性战略性产业，是国际竞争的焦点，是衡量国家或地区现代化程度及综合国力的标志。应用：计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等中国半导体行业协会（CSIA）

图1-2

中国集成电路产业规模（数据来源：中国半导体行业协会）集成电路产业链IC生产制造流程

IC设计ICdesignhouse晶圆制造：Foundry封装测试：PackagingandTest整机制造投放市场图1-3

IC产业链

封装测试产业占比1/3图1-4中国IC封装测试产业规模

1.2

IC先进封装1.2.1

倒装芯片封装1.2.2圆片级封装1.2.3三维集成封装封装是将芯片（半导体/集成电路）包封在某一种标准组件中的方法，通过这种包封，半导体芯片可以用于终端产品。◼电互连◼机械支撑◼机械和环境保护◼导热通道◼实现空间尺度的变化◼完成系统集成的功能封装的基本功能封装的层次一级封装的主要互连技术⚫互连密度高⚫互连长度短⚫信号传输快，损耗低封装类型—封装外壳封装形式发展IntelCPU发展历程1.2

IC先进封装图1-5全球2019—2025年先进封装市场规模预测（数据来源：YoleDevelopment报告）三维封装1.2

IC先进封装传统封装：LF(LeadFrame),基于WB(WireBonding)的BGA先进封装：FC,WLP,TSV3DIntegration,

SiP28先进封装先进封装AdvancedPackage也称为高密度先进封装HDAP（HighDensityAdvancedPackage），是当今芯片封装发展的red，受整个半导体产业链的高度关注。先进封装定义：采用了先进的设计思路和先进的集成工艺，对芯片进行封装级重构，并且能有效提高系统功能密度的封装。先进封装特点：1.不采用传统的封装工艺，例如：无BondingWire2.封装集成度高，封装体积小3.内部互联短，系统性能得到提升4.单位体积内集成更多功能单元，有效提升系统功能密度29先进封装先进封装的四要素：BumpRDLWaferTSV1.2.1

倒装芯片封装指基于凸点结构实现芯片与芯片载体互联的形式。高速信号处理、散热特性、小型化有优势，应用于CPU，GPU，FPGA，DSP，AP，LED。源于20世纪60年代IBM

C4技术。1.2.1

倒装芯片封装图1-6典型倒装芯片封装结构示意图1.2.2

圆片级封装WLPITRS定义：(1)封装和测试是基于圆片（或圆片形式）实现的。（2）封装后形成的单个封装体可以直接应用于电路组装工艺。亦称晶圆级封装，分为I/O端Fan-in，Fan-out，IPD(IntegratedPassiveDevices)及各类传感器圆片级封装。EPROM,模拟芯片、RF及集成无源器件、MEMS，普遍采用WLP。EPROM：ErasableProgrammableReadOnlyMermory1.2.2

圆片级封装WLP图1-7圆片级封装示意图（来源：Infineon公司的扇出型圆片级封装——eWLB）eWLB:embeddedWaferLevelBallGridArray1.2.3

三维集成缩短互连线总长度，短短互连延迟，降低互连功耗，减小集成面积，进一步促进小型化。按封装和集成层次划分：CoC，PoP。CoC，ChiponChip;PoP,PackageonPackage1.2.3

三维集成图1-8芯片堆叠1.2.3

三维集成图1-9叠层封装（a）下封装为引线键合形式的叠层封装（b）下封装为倒装键合形式的叠层封装三维封装的发展1.2.3

三维集成材料：传统键合引线，芯片黏接材料，芯片载体，微细连接材料，包封保护材料。若为倒装互连，还包括互连凸点及底部填充料。1.2.3

三维集成TSV产品三星电子64GBDDR4RDIMM，美国赛灵思(Xilinx)2.5DSiinterposerFPGA（Virtex-72000T,RFMEMS）。图1-10

DRAM截面结构（来源：三星电子（SamsungElectronics）报告）DualDataRateRegisteredDualIn-lineMemoryModuleXilinxVirtex7FPGA中的2.5D集成•StackedSiliconInterconnect基于硅通孔互连的三维封装◼TSV/TGV？⚫Through-Silicon/Glass-Via（TSV/TGV）/Through-wafer-interconnection/Through-via-interconnection⚫一种互连技术◼3DPackaging/Integration?高速；低功耗；…TSV的核心技术TXVfamily摩尔定律的后续？从系统级封装到异质集成封装层次变迁中道(Middle-End)制程的提出IDM及设计公司的创新Fab厂、OSAT及终端产品公司的创新各研究机构的探索实现异质集成的多样化手段◼无TSV（TSV-less）的异质集成技术◼基于TSV的集成技术（CoWoS等）TSMC-InFOIntegratedFanout（集成扇出型封装）Intel-EMIBEMIB:EmbededMulti-dieinterconnectBridge（嵌入式多芯片互连桥）Sibridge替代Si转接板方案（制造成本↓，工艺复杂性↓）-高密度、高带宽、低成本互连Samsung-RDLinterposerRDLinterposer(再布线层转接板)-面向高性能计算等应用的低成本封装方案基于TSV技术的异质集成Xilinx-Virtex7FPGA2.5D,SiinterposerTSMC-CoWoSCoWoS:Chip-on-wafer-on-substrate（基板上晶圆叠加芯片）-基于TSVinterposer的多芯片晶圆级系统集成(WLSI：wafer-levelsystemintegration)Intel-Foveros⚫英特尔酷睿处理器“Lakefield”Intel-Co-EMIBEMIB+FOVEROS→Co-EMIB-EMIB(芯片间的横向互连）+Foveros（芯片3D堆叠）巨头们的先进封装技术解读

/wiki/WikiChip1.3

IC先进封装材料概述SEMI协会封装材料成本：40%~60%外围封装结构及封装工艺中需要相关材料先进封装中材料成本分析⚫按照产品别存在差异。1.3

IC先进封装材料概述图1-11

先进封装中所涉及的材料及部位示意图1.3

IC先进封装材料概述按材料在最终产品存在与否及作用：主材料（直接材料）和辅材料（辅助材料或间接材料）主材料：形成元器件主体主要原材料，保留。辅材料：起辅助作用，最后不参与构成完成封装的电子元器件。1.3

IC先进封装材料概述章节号章节名称说明备注第2章光敏材料包括介质层材料、钝化层材料及光刻掩模材料介质层材料、钝化层材料为主材料光刻掩模材料为辅材料第3章芯片黏接材料包括贴片胶、贴片膜、焊料等主材料第4章包封保护材料包括环氧塑封料、底部填充料等主材料第5章热界面材料TIM材料主材料第6章硅通孔相关材料包括硅通孔的绝缘层、介质层、种子层等主材料第7章电镀材料包括TSV填充电镀液、凸点电镀液及电镀阳极材料等辅材料第8章靶材主要包括溅射靶材辅材料第9章微细连接材料及助焊剂包括微凸点及助焊剂材料等主材料第10章化学机械抛光液主要指TSV抛光材料辅材料第11章临时键合胶封装工艺中辅助或临时键合材料辅材料第12章晶圆清洗材料主要包含PRStripper等清洗材料辅材料第13章芯片载体材料基板及Interposer等芯片载体材料主材料表1-1本书包含的先进封装材料分类及说明光敏材料-光敏绝缘介质材料光敏材料-光阻材料（光刻胶）包封保护材料-底部填充料包封保护材料-环氧模塑料包封保护材料-NCP/NCF包封保护材料-热界面材料电镀材料-TSV电镀材料电镀材料-凸点电镀材料溅射靶材微细连接材料-凸点材料化学机械抛光液临时键合胶硅通孔相关材料-无机介质绝缘层材料硅通孔相关材料-TSV粘附层和种子层晶圆清洗材料互连基板材料先进封装用材料别现状集成电路先进封装材料发展战略调研组调研的企业、高校和科研院所清单类别公司名称先进封装材料及相关产品

先进封装生产企业江苏长电科技股份有限公司FC、MIS封装产品江阴长电先进封装有限公司凸点及WLCSP产品通富微电子股份有限公司FC、凸点及WLCSP产品华天科技（昆山）电子有限公司FC、CIS、指纹传感器及模组、圆片级MEMS传感器封装测试、凸点、WLCSP等华天科技（西安）有限公司凸点及WLCSP产品苏州晶方半导体科技股份有限公司WLCSP封装及测试华进半导体封装先导技术研发中心有限公司系统级封装/集成先导技术研究，包括2.5D/3DTSV互连及集成关键技术、WLCSP、SiP产品应用等研发类别公司名称先进封装材料及相关产品

先进封装用材料生产及研发单位浙江中纳晶微电子科技有限公司晶圆临时键合胶/胶带、晶圆临时键合隔离膜等宁波江丰电子材料有限公司集成电路芯片制造用超高纯金属材料及溅射靶材的研发与生产宁波康强电子股份有限公司各类半导体塑封引线框架、键合丝、电极丝和生产框架所需的专用设备等的生产有研亿金新材料有限公司高纯金属溅射靶材工程化研发与生产安集微电子（上海）有限公司化学机械抛光液上海新阳半导体材料股份有限公司TSV、Bumping等晶圆电镀、光刻胶剥离清洗等工艺所需高纯电子化学品江苏中鹏新材料股份有限公司塑封材料连云港华威电子集团有限公司塑封材料江苏华海诚科新材料有限公司塑封材料天津百恩威新材料科技有限公司微波功率器件、集成功率模块、T/R模块等器件的封装基座及外壳等德邦科技有限公司底部填充材料、热界面材料等安捷利实业有限公司柔性基板材料天永诚高分子材料有限公司电子元器件黏接密封胶、硅脂、硅树脂、线路板涂覆胶、耐紫外线耐老化耐腐蚀胶、防潮防水胶等清华大学先进封装技术与材料研发与教学武汉大学先进封装技术与材料研发与教学哈尔滨工业大学先进封装技术与材料研发与教学中国电子科技集团公司第十三研究所陶瓷外壳研发、生产及圆片级MEMS传感器封装测试中国电子科技集团公司第四十五研究所电子元器件关键工艺设备技术、设备整机系统及设备应用工艺研究开发和生产制造北京微电子技术研究所封装测试、可靠性试验、失效分析、MEMS器件加工等技术服务先进封装材料分类编号封装材料类别说明调研单位M1光敏材料包括介质层材料、钝化层材料及光刻掩模版材料浙江中纳晶微电子科技有限公司烟台德邦科技有限公司M2包封保护材料包括塑封材料、底部填充料、TIM、芯片互连有机材料等江苏中鹏新材料股份有限公司烟台德邦科技有限公司通富微电子股份有限公司M3电镀材料包括TSV填充电镀液、凸点电镀液、凸点电镀靶材等上海新阳半导体材料股份有限公司M4靶材包括溅射靶材等有研亿金新材料有限公司M5微细连接材料包括凸点及Flux材料等清华大学江阴长电先进封装有限公司宁波康强电子股份有限公司M6化学机械抛光液主要指TSV抛光材料安集微电子（上海）有限公司M7临时键合胶封装工艺中的辅助或临时键合材料浙江中纳晶微电子科技有限公司M8硅通孔相关材料包括刻孔材料、介质层、种子层等天水华天微电子股份有限公司M9晶圆清洗材料主要包含PRStripper和TSV通孔清洗剂等上海新阳半导体材料股份有限公司M10封装基板有机基板、硅基板等关键材料中国电子科技集团公司第十三研究所第2章光敏材料1.1IC产业及IC封装测试产业1947年，贝尔实验室(威廉·肖克利、约翰·巴顿、沃尔特·布拉顿)，发明第一只晶体管（transistor）；1956年度诺贝尔物理学奖。1958年，第一块IC(杰克·基尔比，2000年获得诺贝尔物理学奖)。SIA、

CSIAIC生产制造流程封装测试产业占比1/3复习：第１章绪论封装及其作用一级封装的主要互连技术封装外壳IC先进封装三维集成里所用的材料TSV带来的优势TSV的核心技术、材料及设备TXVTSMC-InFO、Intel-EMIB、Samsung-RDLinterposer、基于TSV技术的异质集成、TSMC-CoWoS、Intel-Foveros、EMIB+FOVEROS→Co-EMIB1.2

IC先进封装封装材料成本：先进封装中所涉及的材料主材料（直接材料）和辅材料（辅助材料或间接材料）1.3

IC先进封装材料概述光敏材料：对特定波段的光辐射敏感，吸收光子能量而发生光敏反应，引发相应物质结构、光学特性改变的光学材料。根据作用分类：光敏绝缘介质材料（PhotoSensitiveDielectricMaterial），主材料光阻材料（PhotoResistMaterial），辅材料目录2.1光敏绝缘介质材料2.2光刻胶主要应用在WLCSP、FoWLP、IPD

WLP中，作为主要介质材料，同时作为芯片机械支撑材料。即用光敏绝缘介质材料来制造介质层。2.1光敏绝缘介质材料2.1光敏绝缘介质材料2.1.1

光敏绝缘介质材料在先进封装中的应用2.1.2光敏绝缘介质材料类别和材料特性2.1.3新技术与材料发展2.1.1

光敏绝缘介质材料在先进封装中的应用WLP中，晶圆表面钝化层、晶圆信号排布再布线结构中介质都需要光敏绝缘介质材料来制造。图2-1典型的圆片级封装模块的结构2.1.2

光敏绝缘介质材料在先进封装中的应用主要材料：光敏PI（PSPI），BCBPSPI，最大用户Intel，作为介质来制造凸点或铜柱类的微细连接再布线层。大尺寸芯片。BCB（陶氏化学，常用于MEMS器件WLP的介质材料）。小尺寸芯片。OSAT，ASE，Amkor,SPIL(矽品)，星科金朋使用。封装制造企业：TSMC，TI，SamsungElectronics，台湾晶材(Xintec)，中芯国际（SMIC），江苏长电/江阴长电（JCET/JCAP），苏州晶方半导体科技有限公司（苏州晶方）。2.1.2

光敏绝缘介质材料在先进封装中的应用BCB供应商，美国陶氏唯一供应商。PSPI：日本富士胶片Fujifilm（最大，），HD微系统公司(HDMicrosystem，日立化成HitachiChemical和杜邦Dupont合资)，AZ电子材料有限公司（AZElectronicsMaterials），旭化成电子材料株式会社(AsahiKaseiE-Material)，东丽株式会社(Toray)，中国台湾律胜科技有限公司（用于FPC,PCB，IC基板制造）2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）优势：高温稳定性、良好机械性能，高Tg，较高化学收缩率和较好吸潮性能。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性表2-1东丽株式会社不同型号的PSPI的材料特性型号LT-6100LT-6300LT-6500LT-6600类别低应力型高光敏型高Tg型低应力及稍高Tg型抗拉强度MPa（200℃）100110121112伸长率170℃固化%30303030200℃固化%20202020250℃固化%20202020杨氏模量GPa（200℃）2.62.63.42.9热膨胀系数（CTE）ppm/℃（200℃）70616560残余应力170℃固化MP固化MP固化MPa252339265%失重温度200℃固化℃382374393367250℃固化℃388380412371Tg（TMA）200℃固化℃160180232194250℃固化℃201287212介电常数（200℃）3.73.43.13.4体积电阻Ω·cm>1016>1016>1016>1016表面电阻Ω/□>1016>1016>1016>1016击穿强度kV/mm>420395>420>420水吸收率%（200℃）1.71.31.11.62.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）传统PI不具备光敏性，图形化时要与光刻胶配合使用。PI上涂光刻胶，图形化处理光刻掩蔽层，刻蚀PI，移除光刻胶，PI上留下图形。PSPI，节省3~4道工艺，加工精度高，降低成本。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）图2-2

PI与PSPI工艺对比2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）按化学反应机理：分为负性PSPI和正性PSPI。按化学结构：含光敏基团PSPI（主链或侧链引入）和自增感型PSPI2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）1)负性PSPI一般为光交联型光敏剂，光敏树脂溶解性随光化学反应进行而降低，图形与掩模板相反。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）1)负性PSPI图2-3负性PSPI与掩模版的对比2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）1)负性PSPI分为酯型，离子型和自感型三大类。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）1)负性PSPI公司商品名类型曝光量/（mJ/cm2）亚胺化温度/℃留膜率/%AsahiPimel酯型负性PSPI30035050DupontPyralin酯型负性PSPI20035050OCGProbimide酯型负性PSPI15035060TorayPhotoneece离子型负性PSPI25035060AmocoUltradel自增感型负性PSPI23035092波米科技ZKPI———92表2-2典型PSPI的材料特性2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）酯型负性PSPI：最早出现，西门子公司的Rubner将对UV敏感的光敏性醇与均苯二酐反应制得二酸二酯，酰氯化后与芳香二胺反应得高子链，生成稳定的聚酰胺酯(PAE)。

图2-4酯型负性PSPI的合成过程有较好的流平性和成膜性，膜收缩率大，分辨率5~10mm，感光度低。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）离子型负性PSPI:聚酰胺酸和含有丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯的叔胺组成。图2-5离子型负性PSPI分子式优点：热稳定性好，电绝缘性好，制造简单，易实现商品化；缺点是光敏基团会脱落，膜损失率比较高，分辨力下降。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）自感型负性PSPI:机理是酮羰基受UV激发后，夺取邻位烷基上的氢基产生自由基，再发生交联反应。反应过程2-6图2-6酮羰基光化学反应过程优点：不需要胺化，制造工艺简单，产品纯度高，更适用于微细化发展线路。缺点：对曝光灯源波长敏感度不高。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）正性PSPI:所用光敏剂一般为光降解型光敏剂，光敏树脂溶解性随着光化学反应的进行而提高，所得图形与掩模板相同。图2-7正性PSPI与掩模版的对比2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）负性PSPI易得到厚膜，正性PSPI具有更高分辨力及在碱性溶液下即可显影（无须有机溶剂），需求量增加。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）正性PSPI分类:邻硝基苄酯型，重氮萘醌磺酸酯（DNQ）型、聚异酰亚胺型、环丁基亚胺树脂型。邻硝基苄酯型正性PSPI：能够在UV下重排，分解成可溶性羧酸和醛。反应过程2-8：2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）图2-8

邻硝基苄酯型正性PSPI的光化学反应过程分辨率高，可达1mm，敏感度差，曝光时间长。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）DNQ型正性PSPI：较好溶解性的PI和抑制溶解剂重氮萘醌磺酸酯类化合物（DNQ）合成。光作用下，DNQ发生变化形茚酸类物质，失去对PI的抑制剂作用，PI曝光部分溶解在碱性溶液中。反应过程2-9：图2-9DNQ型正性PSPI光化学反应过程2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）DNQ型正性PSPI：优点：可水基显影，且显影液对胶膜没有溶胀作用，分辨率高。可达1mm，敏感度差，曝光时间长。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性

光敏PI（PSPI）聚异酰亚胺型正性PSPI：溶解性优良，介电常数低，图形稳定性好的聚异酰亚胺(PII)为前驱体，基于PII和PI的溶解性差异获得的材料。环丁基亚胺树脂型正性PSPI：利用马来酸酐等经光化学反应，首先向得二聚体，然后与其它物质反应制得聚酰胺酸或聚酞氨酸，脱水后得到环丁基酰亚胺树酯，再通过调配制成。UV照射后，曝光部分可溶解在二甲基乙酰胺（DMAC）中，获得正性光刻图形。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性BCBBCB：陶氏化学开发的先进电子干法刻蚀树脂，通过在高分子单体中引入一定量的硅烷基团而形成的材料。化学性能稳定（不溶于丙酮）、耐高温（350oC）、与硅衬底失配小、机械强度高。分为光敏BCB和非光敏BCB，IC领域常用用光敏BCB。光敏BCB分子结构2-10：图2-10光敏BCB分子结构图2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性BCB表2-3陶氏化学（DowChemical）的不同型号光敏BCB光刻胶及其特性型号黏度（cSt）（25℃）固化厚度/μm4022-25340.8～1.84022-351922.5～5.04024-403503.5～7.54026-4611007.0～14.0XU35078type3195015～30二次方毫米每秒2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性BCB材料特性数值击穿强度VB/（MV·cm-1）5.3介电损耗0.0008介电常数（1kHz～20GHz）2.65漏电流/（A·cm-2）4.7×10-10热导率λ/（W·m-1·K-1）0.29体电阻率ρ/（Ω·cm）1×1010热膨胀系数CTE/（ppm/℃）42拉伸模量E/GPa2.9±0.2玻璃化温度Tg/℃＞350泊松比0.34抗张强度σb/MPa87±9硅表面应力σ/MPa28±2表2-4光敏BCB（CYCLOTENETM4000系列产品）的材料特性2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性BCBBCB材料特性：（1）低介电常数(~2.7)，（2）低离子含量，（3）低吸水率，（4）低固化温度，（5）高温稳定性好及低气体挥发率，（6）良好抗溶剂腐蚀性。2.1.2

光敏绝缘介质材料类别和材料特性BCB图2-11

BCB（CYCLOTENETM4000系列产品）图形化工艺流程2.1.3

光敏绝缘介质材料类别和材料特性其它光敏绝缘介质材料：环氧树酯，聚苯并恶唑(PBO)，芳香族含氟聚合物（A1-X）等，在某些特定封装中得到应用。2.1.3

新技术与材料发展光敏绝缘介质材料改善方面：（1）工艺具备易操作性。（2）低杨氏模量，从而带来低内部应力。（3）低温可固化。（4）低吸潮吸水性。（5）低介电常数。（6）高抗断裂性能。2.1.3

新技术与材料发展环氧树脂：从产量、应用范围上讲，环氧树脂是电子材料中应用最多的材料。较低固化温度、较小化学收缩率、较好抗化学腐蚀性、与各种材料均有良好黏接强度及成本较低。局限性在于：较高CTE、较低Tg及热稳定性。2.1.3

新技术与材料发展图2-12扇出型圆片级封装结构示意图2.1.3

新技术与材料发展环氧树脂：在光敏绝缘介质材料中占比10%，供应商和产品主要包括JSR

Micro的WPR系列，陶氏化学的Intervia系列，京东应化工业株式会社（TOK）的TMMR系列及MicroChem的SU-8系列。2.1.3

新技术与材料发展材料供应商类型厚度/μm抗拉强度/MPa杨氏模量/GPaTg/℃CTE/(ppm/℃)WPR-5100JSRMicro正性5～10802.521054Intervia-8023-10DowChemical负性8～16/4.018162TMMRN-A1000T-3TOK负性15～401030.718050SU-83015BXMicroChem负性15～3573220052表2-5基于环氧树脂的光敏绝缘介质材料特性2.1.3

新技术与材料发展苯并恶唑（Polybenzoxazole,PBO)主链含有苯并恶唑杂环重复单元的耐高温芳杂环聚合物，通常为正性光敏材料，曝光后可溶在水基溶液中（2.38%的TMAH四甲基氢氧化铵）较高曝光线条清晰度，较低固化温度，较低吸水性和较低同迁移率，在WLP中得到一定应用。表面涂层，主要用户Amkor,ASE,SPIL等OSAT。2.1.3

新技术与材料发展图2-13PBO固化过程2.1.3

新技术与材料发展PBO：光敏绝缘层供应商：HDMicrosytems的Pyrin系列和住友（Sumitomo）的Sumirresin系列。HDMicrosytems的HD-8940，具有低固化温度(200oC)。PBO通过闭环实现固化，生成机械强度高的介电层。Tg为200oC，介电常数为2.9，杨氏模量为2.2Gpa，多应用于FOWLP。2.1.3

新技术与材料发展芳香族含氟聚合物（A1-X）：美国AGC公司在2010年商业化热固化光敏低介电常数材料，主要用于WLP的表面再布线层。具有低固化温度，高CTE系数，高伸缩率，高光敏分辨率，良好的电学性能。190oC经过数小时低温固化，介电常数2.6，主要用于无源器件集成及FOWLP。2.2.1光刻胶在先进封装中的应用2.2.2光刻胶类别和材料特性2.2.3新技术与材料发展2.2光刻胶2.2.1光刻胶在先进封装中的应用也叫光阻材料：指光源（UV,准分子激光器，电子束，离子束，X射线）照射使其在某些特定溶剂中溶解度发生变化的耐刻蚀材料。是辅材或耗材，主要应用于再布线金属层制造，完成后被剥离，完全不留在器件上。应用于先进封装技术：高密度基板，中介转接层，再布线技术，TSV技术，高密度凸点技术，圆片级封装。分辨力在微米数量级，厚度为数微米至十微米量级。2.2.1光刻胶在先进封装中的应用图2-14结合光刻和电镀技术制造的铜凸点2.2.1光刻胶在先进封装中的应用图2-15光刻技术示意图2.2.1光刻胶在先进封装中的应用光刻技术：利用光刻胶的光化学反应，通过曝光，将掩版上图形转移到衬底上的技术。2.2.1光刻胶在先进封装中的应用光刻胶体系成膜树脂感光剂曝光波长主要用途紫外负性光刻胶环化橡胶双叠氮化合物紫外全谱300～450nm2μm以上集成电路及半导体分立器件的制造紫外正性光刻胶酚醛树脂重氮酚醛化合物g线436nmi线365nm特征尺寸0.5μm以上集成电路制造特征尺寸0.35～0.5μm集成电路制造248nm光刻胶聚对羟基苯乙烯及其衍生物光致产酸试剂KrF，248nm特征尺寸0.25～0.15μm集成电路制造193nm光刻胶聚酯环族丙烯酸酯及其共聚物光致产酸试剂ArF，193nm干法ArF，193nm湿法特征尺寸150～65nm集成电路制造13.4nm光刻胶聚对羟基苯乙烯衍生物和聚碳酸酯类衍生物—10～14nm高分辨力电子束光刻胶甲基丙烯酸酯及其共聚物光致产酸试剂电子束高分辨力，不需要掩模版表2-6

集成电路中主要使用的光刻胶2.2.1光刻胶在先进封装中的应用生产企业主要包括：日本东京应化工业株式会社（TOK），JSR株式会社（JSR），富士胶片株氏会社(Fujifilm)，信越化学工业株式会社(Shin-EtsuChemical)，住友化学株式会社(SumitomoChemical)。美国Shipley,DowChemical;欧洲Clariant和AZEM;韩国锦湖石油化学(Kumho

Petrochemical)，东进世美肯(DongjinSemichem)2.2.1光刻胶在先进封装中的应用主流为分辨率0.25~0.18

mm深紫外正性光刻胶，应用于8~12inch超在规模集成电路。中国大陆，北京科华微电子材料有限公司，苏州瑞红电子化学品有限公司，潍坊星泰克微电子材料有限公司，无锡化式研究设计院有限公司，永光（苏州）光电材料有限公司。g/i线[g-线(436nm)和i-线(365nm)]用光刻胶已量产，KrF与ArF光刻胶小批量生产，目前不具备EUV光胶研发、生产能力。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶主要技术参数构成：感光物质（PAC），成膜树脂，助剂（稳定剂、阻聚剂、黏度控制剂）。一般为液态，厚胶光刻应用，也会用到干膜。干膜通常由PE薄膜、光刻胶膜、聚酯（PET）薄膜三部分组成。PE,PET为保护模，分别在压膜前和显影前去掉，真正起作用的是光刻胶膜。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶主要技术参数技术参数：分辨力：可获得到最小线宽尺寸。影响因素：自身特性、曝光设备源源系统。厚度大于最小分辨尺寸时，容易坍塌造成图形变形。正大于负。对比度：亮区、暗区分辨能力，对比度大，分辨力高，图形边缘清晰。正优于负。敏感度：对一定能量的光的反应程度，mJ/cm2。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶主要技术参数图2-16三种不同光刻胶的曝光曲线2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶主要技术参数技术参数：抗蚀性：耐热能力；抗化学腐蚀能力，避免侧蚀；抗等离子体轰击能力；抗离子注入能力。黏滞性：流动特性。高黏滞性，厚膜；低，薄膜。黏附性：保证后续工艺，同时有利于形成均一光刻胶膜。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶类别曝光前后光刻胶膜溶解性变化：正性胶，负性胶。曝光和辐射源：UV（g436

nm，i365nm线），DUV（248nm,193nm,157nm）,EUV（10~14nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶类别先进封装制程用：紫外正性胶，负性胶。紫外正性光刻胶：见光分解。分辨力高，但黏附性差，抗刻蚀能力差，成本高。酚醛树酯－－重氮萘醌型（Novlac/DNQ）（主力光刻胶），化学放大型(Chemically

AmplifiedResistCARs).2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶类别紫外正性光刻胶：根据曝光设备不同，分为宽谱紫外（2~3mm,0.8~1.2

mm线宽）、g线（436nm)(0.5~0.6mm线宽），i线(365nm)(0.35~0.6mm线宽)。i线取代g线技术，满足0.25mm制造要求，是国内应用广泛的光刻技术。2.2.2光刻胶类别和材料特性

光刻胶类别紫外负性光刻胶：见光固化，图形相反。具有良好黏附能力，良好阻挡作用，感觉光速度快，但显影易变形、膨胀，分辨力差，适合加工线宽大于0.35mm线条。聚乙烯醇肉桂酸酯体系（聚酯胶）和环化橡胶－双叠氮体系两大类。聚酯胶：是期重要光刻胶之一，分辨力好，敏感度高，黏附性差。环化橡胶－双叠氮：由环化橡胶（聚烃树脂）、感光材料（双叠氮型交联剂）、增感剂和溶剂组成。与硅有良好黏附性、抗刻蚀能力好、感光速度快，缺点是分辨力较低，只可进行2

mm以上制造，不能满足微细加工要求。2.2.3新技术与材料发展１）深紫外(DUV)光刻胶：g、h、i使用光源为高压汞灯，且谱线较强。DUV波长短，分辨力高。KrF248nm,ArF193nm,F2157nm稀有气体卤化物准分子激发态激发光源DUV采用化学增幅技术，在光刻胶中加入光致产酸剂，H+作为催化剂，曝光能量显著降低，提高敏感度。248nm：聚对羟基苯乙烯及期衍生物是理想的成膜树脂，亲油性好，与硅衬底黏附力差，通过化学增强幅技术改进。应用于0.25~0.15mm,1GBDRAM及其器件制造。2.2.3新技术与材料发展193nm：聚甲基丙烯酸酯体系，侧链上引入多元酯结构，解决原聚合物抗干法刻蚀性能差问题，黏附性通过在成膜树脂侧链上引入极性基团改善。开发了降冰片烯－马来酸酐及其衍生物，有机－无机杂化树脂和PAG接枝聚合物主链作为成膜树脂。2.2.3新技术与材料发展2）极紫外(EUV)光刻胶10~14nm极短紫外线。13.4nm成功应用于商业。线宽可达10nm以内，Samsung及TSMC量产中化学化入。关键问题：光源（功率和寿命）、光刻胶材料（分辨力和敏感度）、掩模板（缺陷密度）。EUV光源光子数比ArF光源光子数少1/10。对材料要求：吸收率低，透光度高，抗刻蚀性强，曝光能量低。2.2.3新技术与材料发展3）电子束光刻胶

：高速电子照射使光刻胶膜化学性质改变。分为投影式和直写式曝光（不需要掩模板）。分辨力高，30nm，可达5nm，黏附力好，工艺简单，应用于光学及非光学掩模板制造及微纳结构器件制造。电子束光刻胶写场较小，敏感度低，限制其大规模应用。2.2.3新技术与材料发展负性电子束光刻胶：SAL-601,NEB-22,环氧基、乙烯基或环硫化物聚合物，常用环烯烃聚合物（COP）。典型特性：敏感度0.3~0.4mC/cm2(加速电压10kV），分辨力为1.0mm，对比度为0.95。限制分辨力的因素为显影溶胀。正性电子束光刻胶：APEX-8,UVⅢ,UV5，主要成分为甲基丙烯酸甲酯、烯砚、重氮类材料，聚甲基丙烯酸甲酯常用。分辨力高，0.1mm量产，缺点是敏感度差，20kV下加速电压敏感度为40~80mC/cm2抗干法刻蚀性能差。2.2.3新技术与材料发展4）X射线光刻胶：需要配置昂贵的同步加速器X射线源，主要用于MEMS上LIGA技术，是将X射线刻蚀电铸成型及塑铸等有机结合的一种微细加工技术，适用于高深宽比、大尺寸的三维立体结构。高分辨力、大深焦、较大曝光窗口、高生产效率等技术优势，是非常有竞争力的新一代光刻技术。聚丁烯砜Ｘ射线光刻胶，聚1,2二氯丙烯酸X射线光刻胶等类型。2.2.3新技术与材料发展5）离子束光刻胶：将气体离子源发出的离子通过多级静电离子透镜投射于掩模版上并将图形缩小后聚焦于硅片上，再进行曝光和步进重复操作的一种光刻方式。分为FIB,IBS,MIB光刻类型。优点：曝光时可同步刻蚀、沉积工艺，简化工艺流程；缺点：生产效率不高。目前可以制造微、纳结构，但需要完善。商业应用和发展有限。2.2.3新技术与材料发展6）纳米压印光刻胶NIL：新一代光刻技术，分为热压印、紫外压印、步进式压印、滚动式压印。热压光刻胶（热固性/热塑性）、紫外固化光刻胶。不会受曝光光源波长限制，具有高分辨力，工艺本本低廉。掩模板制造困难及自身局限性，处于实验室研究阶段。光敏材料-光敏绝缘介质材料光敏材料-光阻材料（光刻胶）第3章芯片黏接材料复习第2章光敏材料光敏材料及其分类PI与PSPI工艺对比PSPI分类BCB材料特性及图形化工艺流程2.1光敏绝缘介质材料光刻胶、光刻技术、光刻胶构成、形态光刻胶主要技术参数光刻胶类别新技术2.2光刻胶芯片黏接(DieattachDA)材料：芯片与芯片载体(Chipcarrier)间黏接工艺的封装材料。芯片载体，又称为基板，可分为有机基板、金属基板、陶瓷基板、硅基板，玻璃基板。芯材黏接工艺要求：机械强度高，稳定化学性能，导电，导热，热匹配，低固化温度，可操作性。材料要求：高纯度、快速固化、低应力、良好导电性或绝缘及导热性。目录3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.3新技术与材料发展芯片黏接材料是传统封装中关键材料，其基本功能是将集成电路芯片机械地、高可靠性地连接安装在芯片载体上。集成电路封装中，应用主要体现在以下：1)芯片堆叠及多芯片黏接2)倒装芯片黏接3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用1)芯片堆叠及多芯片黏接芯片固定、安装3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用图3-1芯片堆叠中的芯片黏接材料1)芯片堆叠及多芯片黏接芯片黏接材料功能：机械、热、电学等材料性能综合表征。黏接应用：足够的黏接强度，确保芯片固定；热性能：CTE接近，且具有优良的导热系数。优势：可以没有用于导电金属层、不需要精确定位，只需要将材料放置在芯片和芯片载体之间后，进行必要的黏结工艺处理即可，工艺简单。3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用1)芯片堆叠及多芯片黏接芯片黏接主要应用于先进封装中芯片堆叠。黏接层厚度在50mm以下乃至20mm左右，薄膜型芯片黏接材料应运而生DAF3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用图3-2芯片堆叠技术发展历程胶状2)倒装芯片黏接IBM公司，1960年开发FC技术，缩短芯片和载体互连距离，同时增强各电子元器件黏接稳定性，提高生产效率，降低成本。机械互连+电互连，通过Bump实现精准互连和电互连。Bump材料：单质金属、合金或聚合物。向低成本、无铅化、无助焊剂的方向发展。3.1芯片黏接材料在先进封装中的应用3.2芯片黏接材料类别和材料特性芯片黏接方法：黏接法、焊接法传统芯片黏接材料按黏接方法不同、材料不同，可分为有机贴片胶（导电胶、缘缘胶）、装片胶膜（导电胶膜、缘缘胶膜）、焊料和低温封装玻璃。3.2芯片黏接材料类别和材料特性图3-3芯片黏接方法及芯片黏接材料图3-3芯片黏接方法及芯片黏接材料3.2芯片黏接材料类别和材料特性黏接法：指用高分子树脂（如环氧树脂）把芯片黏接到焊盘上，使两者实现连接。按物理状态不同，环氧树脂分为贴片胶和装片胶膜。贴片胶（DA），广泛应用于塑封封装，工艺温度低、成本低、热应力低、易返修优点，但材料热稳定性差，需高温固化工艺时间长。分压力导电胶和缘缘胶。导电胶，是一种具有一定导电性能的黏接剂，分为ICA、ACA。导电胶主要成分为导电填料（Au,Ag等导电粒子）和环氧树脂。导电胶有导电性、黏接性，同时还具有热的良导体。Ag具有优异的物理化学性能，可接受的价格及氧化物导电，被广泛应用。3.2芯片黏接材料类别和材料特性绝缘胶（NCA）：广泛应用于IC封装中的绝缘黏接、灌封，如芯片背面不需要导电的黏接情况。装片胶膜（DAF）：是一种超薄型薄膜黏接材料，主要成分是树脂，与导电胶不同，以胶膜形式应用于芯片粘贴，可吸收热胀冷缩引起的应力而有效防止不同物质交界面分层现象。DAF可以把IC芯片与封装基板、芯片与芯片连接在一起。可通过热焊接的方式封装倒装芯片，让无法使用Underfill进行封装的问题得到解决。分为导电胶膜和缘缘胶膜。3.2芯片黏接材料类别和材料特性焊接法：通过加热焊料Solder，利用液态焊料润湿母材，填充接头空隙并与母材相互扩散，从而实现芯片黏接。FC结构中，裸芯片和衬底可以直接通过焊点进行机械连接同时实现电互连，省去贴片、打线过程，减小封装体积并降低成本。低温玻璃（Low-MeltingSealingGlass），指软化温度低于600oC的玻璃。低温玻璃作变芯片黏接和封接材料，可实现半导体、金属、陶瓷、玻璃间的相互封接，应用范围很大。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶3.2.2导电胶膜3.2.3焊料3.2.4低温封接玻璃3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶导电胶通过高分子树脂基体中添加金属导电填料形成的。导电填料主要提供电学、热学特性，树脂基体提供机械特性和密封性。通过调整金属导电填料和树脂的配比，导电胶可以体现出截然不同的电学和机械性能，与金属焊料有明显区别。区别于本征导电高分子，导电胶在一定储存条件下具有流动性，经过印刷/点胶工艺后，需要进行加热或其它工艺，使导电胶固化方可起到一定强度的连接作用。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶图3-4导电胶3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶导电胶以高分子树脂及导电填料为主体，添加固化剂、增塑剂、稀释剂及其它助剂组成。组成基本材料导电填料高分子树脂固化剂增塑剂稀释剂常用材料环氧树脂、聚氨酯、酚醛类树脂等胺类、咪唑化合物、酸酐、TDI三聚体等邻苯二甲酸脂类、磷酸三苯脂等丙酮、乙二醇乙醚、丁醇等银、金、铜、碳粉及复合粉体基本功能导电胶黏接强度的主要来源与高分子树脂反应，生成网状立体结构的不溶不熔聚合物提高材料抗冲击能力降低黏度便于使用，提高使用寿命提供导电性能表3-1导电胶的常用材料及功能3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶导电机理：渗流理论（导电通路学说）、隧道效应、有效介质理论、场致发射理论，其中渗流理论是研究最成熟、最多的导电机理。渗流理论认为，导电胶通过导电粒子在树脂基体中形成导电通路进行导电；导电胶的电导率并不随着导电粒子浓度增加发生线性变化，而存在一个渗流阈值，阈值大小取决于导电粒子和树脂基体类型，以及导电粒子在树脂基体中的分散状态。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶按结构分：本征型导电胶（结构型导电胶）和复合型导电胶（填充型导电胶）。本征型导电胶指分子结构本身具有导电功能的导电胶，电阻率高，导电稳定性及重复性差，成本也高，实用价值有限。复合型导电胶以高分了聚合物为基体，在其中加入各种导电物质，经过物理或化学方法复合后得到。聚合物基体一般环氧树脂、硅酮或聚酰亚胺，加入的导电物包括银、镍、铜、金等金属及炭黑、石墨等非金属。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶按导电方向分：ICA和ACA。ICA

在各方向有相同的导电性能，多以Ag、Au、Ni、Cu和石墨为导电粒子，典型填料尺寸为1~10

mm。ACA

可在单一方向进行导电，即线性导电，多以Au、Ni、Cu和金属镀覆粒子为导电粒子，典型填料尺寸为3~5

mm。两者区别来源于渗流理论的导电机理，导电填料体积占比不同及分散状态不同造成的差异。ICA中导电填料含量高于ACA中。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶各向同性导电胶（ICAs）

各向异性导电胶（ACAs）图3-5导电胶连接示意图3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶按基体材料分：热固型导电胶和热塑型导电胶。固化条件分：热固化型导电胶（室温、中温、高温）、光固化型导电胶（紫外光固化）、电子束固化型导电胶。根据导电粒子分类：金属导电胶（Ag系，Cu系，Ni系）及非金属导电胶(碳系)等。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.1

导电胶导电胶比焊料具有更高的工艺精度。作为新一代绿色环保型电子封装材料，导电胶作为焊料的补充替代品有着广阔的前景。相比于焊料：较低温度下甚至室温固化，避免焊接高温对元器件的损害；传递应力比较均匀，可避免在黏接部位出现力集中而造成的机械破坏。导电填料的含量与电阻率关联。某个填料含量以下，电阻过大；增加填料含量，树脂含量相对减少，导电胶抗冲击强度和黏接强度下降。需要在导电、导热、力学及连接可行性方面提升。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.2

导电胶膜低温、低弹性模量装片胶膜材料的研发。导电胶膜是热固型导电胶的一种，由电电粒子、树脂基体和添加剂组成，是一种具有导电性、黏接性的高分子聚合物薄膜。图3-6导电胶膜实物图（Henkel）3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.2

导电胶膜按导电方向分为：ICF和ACF。主要性能指标：电学性能，尤其是电阻率。导电胶膜厚度及其均匀性也是重要指标。IC领域，导电胶膜正逐渐代替传统焊料和传统胶黏剂。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.2

导电胶膜导电胶膜优点：消除侧边爬胶，减小芯片与芯片焊盘距离，提高芯片设计密度，配套封装材料（金丝、基板和塑封料）的用量显著减少，降低生产成本；不需要高温互连，应力小，具有较高的柔性和抗疲劳性，可以多种基板连接；工艺简单，生产效率高；不含铅等有毒金属成分，减少环境污染。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.2

导电胶膜导电胶膜研究集中在对基本性能（黏接、电学、热学）和特殊性能（低吸湿、热应力）的提高，研究内容包括导电粒子，基体树脂组成，结构及固化工艺等的优化。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.2

导电胶膜提高电导率和热导率：固化胶体时使导电粒子之间紧密接触，在导电胶膜中形成更多的导电和导热通路；增加导电胶膜中金属粒子的填充量及采用纳米级填充粒子达到低温烧结。黏接度提高：在树脂体系中加入偶联剂以增加导电胶膜与元器件、基板等的结合力，或是提高导电膜与元器件接触表面的粗糙度以增大表面接触面积。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料IC封装中常用互连焊料，起到机械连接、电互连、热交换作用，具有灵活、简单、设备投资少的优点。焊料熔点是一个重要参数，要求比被焊母材低。焊料工作温度在焊料熔点与基板熔点之间，焊料熔化后浸润基板，并与基板发生化学反应产生金属间化合物，从而实现两者互连。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料图3-7不同类型焊料实物图3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料焊料基本要求：（1）熔点低于基板熔点，具有合适的熔化温度范围。（2）具有较好的浸润性，覆盖母材表面的能力较好，铺展面积越大，焊接效果越好。（3）焊接部位具有良好的抗热疲劳性能、电学性能、机械性能和物理、化学性能。（4）化学成分稳定，可靠性高，有良好的抗氧化及抗腐蚀能力。（5）成本低廉，供给能力足。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料Sn-Pb焊料早期广泛应用于电子封装行业中。Pb降低了焊料的表面张力，抑制Sn的相变从而提高焊点的可靠性。图3-8

Sn-Pb二元合金相图共晶点183oCSn-37Pb，高可靠性，军用、测井、航空航天等领域电子产品用Sn-Pb合金焊料。

3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料2006年欧盟ROHS，WEEE(废弃电气电子产品指令)的发布，欧、美、日相继规定在电了组装行业中禁止使用含Pb物质。无Pb焊料以Sn为基础，多为二元、三元及以上多元合金，加工过程较Sn-Pb复杂，熔点普遍较高。二元合金添加剂金属为Ag,Cu,Bi,Zn,In等元素。Sn-Cu,Sn-Ag,Sn-Au,Sn-Zn,Sn-Bi,Sn-In.Sn-Ag-Cu(SAC)，Sn-Ag-Bi三元合金。SAC可焊性好，抗热疲劳性能好，最有可能替代Sn-Pb合金焊料，已大量应用到工业中。WasteElectricalandElectronicEquipment

3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料焊料共晶点/℃特点Sn系二元焊料Sn-3.5Ag221很好的强度和抗蠕变性Sn-0.7Cu227很好的强度Sn-57Bi139很好的流动性Sn-51In120很好的焊接性能Sn-9Zn198很好的强度Sn-5Sb245机械性能好Sn-80Au278好的耐腐蚀性和抗蠕变性Sn-Ag系三元焊料Sn-3Ag-0.5Cu（日本JEIDA）217较好的力学性能和焊接性能Sn-3.9Ag-0.6Cu（美国NEMI）Sn-3.8Ag-0.7Cu（欧洲IDEALS）表3-2一些可能取代Sn-Pb焊料的无铅焊料3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.3

焊料合金粉末可用化学还原法、电（解）沉积法、机械加工法、合金雾化法等技术方法制造。大多采用合金雾化法生产得到。焊粉粒度要达到20mm以下甚至更低。国外主要供应商有日本千住金属工业株式会社（有铅及无铅金属焊片、焊膏、焊球及助焊剂）、美国爱法公司（各种有铅及无铅焊条、焊线、焊膏及助焊剂）和铟泰公司（各种焊接材料，包手高铅合金、锡锑合金、锌基合金、金基合金、铋基合金、银铟、银锡和铜锡及纳米银和纳米铜等助焊剂）。国内供应商：北京康普锡威科技有限公司、廊坊邦壮电子材料有限公司。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃指能将同类及不同类材料（如陶瓷、金属、复合材料和特种玻璃等）连接并密封的中间层玻璃，其软化温度显著低于普通玻璃，一般低于600oC。功能应用：涂层、封装材料和填充材料。封装材料应用最为广泛，如真空玻璃封边焊接剂、在MEMS中最新应用等。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃图3-9低温封接玻璃粉3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃作为无机非金属材料，其气密性和抗高温性能优于导电胶/膜这类有机高分子材料，电绝缘性能优于焊料这类金属材料，因此在特定封装领域有很好的应用价值。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃组成Tg/℃Tf/℃备注PbO-B2O3340～500300～430常用于玻璃与玻璃、玻璃与金属之间的封装PbO-ZnO-B2O3400～500350～450PbO-Al2O3-B2O3400～500350～500PbO-Bi2O3-B2O3400～500300～400PbO-B2O3-SiO2400～500400～450PbO-B2O3-V2O5550～650—表3-3铅系封接玻璃的组成与温度特性3.2芯片黏接材料类别和材料特性低温封接玻璃一般要满足以下几项要求：（1）软化温度低，必须低于被封接材料所能承受的温度。（2）与被封接材料的CTE匹配，这样产生的热应力小，可避免应力集中引起的元器件出现可靠性问题。（3）与被封接材料的浸润性要好，良好的浸润性能保证封接的黏接强度、满足元器件气密性要求。（4）具备必要的化学稳定性，在大气环境中有较好的耐酸碱、耐湿性能。（5）具备必要的电学性能，如较高的表面电阻、体积电阻，较高的耐击穿电压。（6）工艺适应性。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃低温封接玻璃无铅化是今后发展方向，新型封接玻璃主要集中在磷酸盐、钒酸盐、铋酸盐、硼酸盐和铊酸盐玻璃等几种玻璃系统。磷酸盐玻璃，以P2O5为主要原材料，具有较低的Tg（250~480oC）、较低的软化温度(Tf270~510oC)及较高且范围较大的CTE（6~25×10-6/oC）。P2O5极易吸水潮解，导致磷酸盐玻璃化学稳定性差，提高其化学稳定性是该玻璃体系成功使用的前提。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃钒酸盐玻璃，以V2O5为主要原材料，具有较低的Tg（260~420oC）、较低的软化温度(Tf270~440oC),V2O5–B2O3-ZnO是常见体系，介电性良好。V2O5在蒸汽状态下有毒，且价格相对较高。3.2芯片黏接材料类别和材料特性3.2.4

低温封接玻璃组成Tg/℃Tf/℃SnO-ZnO-P2O5<350<400ZnO-B2O3-P2O5280～500<400SnO-B2O3-P2O5280～380<500SnO-SiO2-P2O5250～350<500表3-4

无铅磷酸盐玻璃的温度特性组成Tg/℃Tf/℃V2O5-P2O5-Sb2O3<330<400V2O5-P2O5-CaO170～300<500V2O5-B2O3-ZnO280～330<500V2O5-TeO2-SnO250～400<500表3-5

无铅钒酸盐玻璃的温度特性3.3新技术与材料发展3.3.1

芯片黏接材料发展方向3.3.2新型导电填料对芯片黏接材料的改性研究3.3新技术与材料发展1）高导热性和高可靠性导电胶/膜温度不低于260oC，湿度敏感度等级1级（MSL1）的工作环境要求。以Ag为导电、导热介质，同时要求高导热性与高可靠性，把银含量做到86%以上已经非常困难，很多功率器件导热性已无法满足要求。用银以外材料，银包铜、银铝合金、多金属合金等来兼顾高导热性、低电阻、主可靠性要求。3.3.1

芯片黏接材料发展方向3.3新技术与材料发展2）大芯片用低应力、高可靠性导电胶/膜QFP等大芯片封装有一定导热性要求，且需要满足高可靠性要求。3）晶圆背面涂覆胶(WaferBacksideCoating,WBC)贴片胶膜（DAF）等芯片尺寸变大，厚度降低，需要低应力芯片胶/膜降低废品率。WBC和DAF是较了选择。3.3.1

芯片黏接材料发展方向3.3新技术与材料发展1）纳米颗粒填充芯片黏接材料纳米化后，熔点降低。纳米Ag，烧结温度可低于200oC，远低于块体Ag的961oC。有利于低温互连实现。3.3.2

新型导电填料对芯片黏接材料的改性研究图3-10理论计算的Sn的熔点和颗粒尺寸的LSM模型关系曲线3.3新技术与材料发展1）纳米颗粒填充芯片黏接材料（a）Ag系导电黏接材料保持了金属稳定性好，不易氧化，烧结温度大幅度降低。导电理论为渗流理论、隧道效应和场致发射理论。3.3.2

新型导电填料对芯片黏接材料的改性研究图3-11A g外形与导电胶电阻率关系图3.3新技术与材料发展1）纳米颗粒