先進(jìn)電子封裝用聚合物材料研究進(jìn)展-課件

主任/研究員

高技術(shù)材料實(shí)驗(yàn)室

Tel：010－E-mail:

先進(jìn)電子封裝用聚合物材料研究進(jìn)展2010全國半導(dǎo)體器件技術(shù)研討會，杭州，2010.07.16報告內(nèi)容

一、電子封裝技術(shù)對封裝材料的需求二、高性能環(huán)氧塑封材料三、液體環(huán)氧底填料四、聚合物層間介質(zhì)材料五、多層高密度封裝基板材料六、光波導(dǎo)介質(zhì)材料結(jié)束語小型化輕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

微電子封裝技術(shù)--發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢MCM/SiP05’s

微電/光子混合封裝技術(shù)

聚合物封裝材料的重要作用

關(guān)鍵

性

封

裝

材

料1、高性能環(huán)氧塑封材料5、導(dǎo)電/熱粘結(jié)材料3、高密度多層封裝基板......2、層間介電絕緣材料4、光波傳導(dǎo)介質(zhì)材料9H:HighThermalStabilityHighDimensionalStabilityHighTgsHighMechanicalPropertiesHighElectricalInsulatingHighChemicalPurityHighOpticalTransparencyHighSolubilityHighAdhesive9L:LowViscosityLowCuringTemperatureLowDielectricConstant

LowThermalExpansion

LowMoistureAbsorptionLowStressLowIonContentsLowPriceLowShrinkage

聚合物封裝材料的性能需求

二、高性能環(huán)氧模塑材料

1、本征阻燃化：無毒無害

2、耐高溫化：260-280

oC

3、工藝簡單化:低成本、易加工

環(huán)氧塑封材料的無鹵阻燃化WEEE&RoHS燃燒有毒氣體大量煙塵不利火災(zāi)疏散救援工作環(huán)氧樹脂的阻燃性

本征阻燃性環(huán)氧塑封材料玻璃化溫度介電常數(shù)吸水率650℃殘?zhí)縤nN2FBE/FBN151℃3.80.2755.8％PBE/PBN129℃4.20.3632.7％FBEFBN極限氧指數(shù)UL-9437.6V-035.9V-1本征阻燃性環(huán)氧塑封材料

Wateruptake%SiO2%FseriesBseries80%0.130.1481%0.120.1383%0.080.1185%0.070.10樣品尺寸：φ50*3mm測試條件：沸水中浸泡8小時本征阻燃性環(huán)氧樹脂的阻燃機(jī)理主鏈中含有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)和苯撐結(jié)構(gòu)的酚醛型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧固化劑在固化反應(yīng)后形成了高度阻燃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其阻燃性主要?dú)w功于在高溫下的低彈性和高抗分解性導(dǎo)致燃燒時形成穩(wěn)定的泡沫層。泡沫層主要由樹脂體，炭和分解時產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)構(gòu)成，有效地阻隔了熱傳遞。

高耐熱PI塑封材料注射溫度：360oC注射壓力：150MPa模具溫度：150oC拉伸強(qiáng)度MPa拉伸模量GPa斷裂伸長率%彎曲強(qiáng)度MPa彎曲模量GPa注塑件1002.9501423.2模壓件993.07.41523.4薄膜1082.37.4--

三、液體環(huán)氧底填料

環(huán)氧底填料的填充工藝1、毛細(xì)管流動型填充工藝

a)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管流動填充

b)真空輔助毛細(xì)管填充

c)加壓輔助毛細(xì)管填充

d)重力輔助毛細(xì)管填充2、非流動型填充工藝3、模壓填充工藝4、圓片級填充工藝環(huán)氧底填料成為工藝成敗的關(guān)鍵因素1、粘度：4000-5000mPa.s(25oC)2、玻璃化溫度：150℃3、熱膨脹系數(shù)：20ppm/℃。4、彎曲模量：9.5GPa。5、吸水率：0.8%(85℃/85RH/72h)6、室溫保存時間：13000-15000cps（25℃/16h）7、低溫保存時間：16000-18000cps

（-40℃/6months）典型Underfill材料的性能

四、Low-k層間介質(zhì)材料

1、光敏聚酰亞胺樹脂

2、光敏BCB樹脂

3、光敏PBO樹脂

聚酰亞胺在電子封裝中的應(yīng)用

1、芯片表面鈍化保護(hù)；

2、多層互連結(jié)構(gòu)的層間介電絕緣層（ILD）；

3、凸點(diǎn)制作工藝

4、應(yīng)力緩沖涂層；

5、多層封裝基板制造

PI在FC-BGA/CSP中的典型應(yīng)用

PSPI樹脂的光刻工藝非光敏性PI樹脂光敏性PI樹脂

化學(xué)所層間介質(zhì)樹脂的研究國產(chǎn)正性PSPI樹脂的光刻圖形光敏性苯并環(huán)丁烯(BCB)樹脂光敏性BCB樹脂的化學(xué)過程

光敏性BCB樹脂的光刻工藝

五、高密度封裝基板

1、低介電常數(shù)與損耗

2、耐高溫化：>260

oC

3、多層高密度化

先進(jìn)聚合物封裝基板微孔連接微細(xì)布線多層布線薄型化封裝基板對材料性能的要求封裝技術(shù)發(fā)展無鉛化高密度化高速高頻系統(tǒng)集成化高韌性高Tg低介電常數(shù)低吸水率綜合性能優(yōu)異低CTE微細(xì)互聯(lián)多層化薄型化高頻信號集膚效應(yīng)信號衰減多類型系統(tǒng)混雜植入無源有源器件回流焊溫度提高約30oC液態(tài)經(jīng)歷時間延長降溫速率加快優(yōu)點(diǎn)：加工性能好成本低缺點(diǎn)：Tg低（~150oC）韌性差封裝基板用基體樹脂環(huán)氧樹脂BT樹脂PI樹脂優(yōu)點(diǎn)：Tg較高（~200oC）缺點(diǎn)：韌性差優(yōu)點(diǎn)：高Tg（~300oC）高力學(xué)性能綜合性能優(yōu)異缺點(diǎn)：加工困難優(yōu)點(diǎn)：

1）耐高溫:可耐受無鉛焊接溫度及耐受熱沖擊實(shí)驗(yàn)（240-270oC)；

2）力學(xué)性能高，尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)小，翹曲度小，平整性好；

3）化學(xué)穩(wěn)定性好，可耐受電鍍液的侵蝕及其它化學(xué)品的腐蝕；

4）電性能優(yōu)良，e,tand低，高頻穩(wěn)定；

5）本征性阻燃，不需要添加阻燃劑，環(huán)境友好。

6）適于高密度互連（HDI）的積層多層板（BUM）的基板。高密度PI封裝基板材料

有芯板無芯板PI/Glass芯板積層樹脂Tg，oC≥260Tg，oC≥260介電常數(shù)≤4.4介電常數(shù)≤2.7線寬，μm≤17線寬，μm≤3線間距，μm≤75/75線間距，μm≤15/15層數(shù)2~4層數(shù)2焊間距，mm≤1.00焊間距，mm≤0.18PI無芯基材積層樹脂Tg，oC≥260Tg，oC≥260介電常數(shù)≤4.46介電常數(shù)≤2.7線寬，μm≤17線寬，μm≤3線間距，μm≤75/75線間距，μm≤15/15層數(shù)2~3層數(shù)2焊間距，mm1.27~1.00焊間距，mm≤0.18高密度封裝基板的性能測試依據(jù)測試條件類別技術(shù)指標(biāo)熱循環(huán)JESD22-A104-B-55~125oC（B）基板/芯片≥500次熱循環(huán)JESD22-A104-B-0~125oC（K）基板/芯片≥700次熱沖擊JESD22-A106-A-55~125oC（C）基板/芯片≥500次焊錫浸漬IPC-TN-6502.6.8288oC，10Sec基板≥5次回流焊255oC，Max.20Sec基板/芯片≥2次高溫儲存JESD22-A103-B150oC基板≥500小時高濕熱JESD22-A101-B85oC/85%RH基板≥500小時高濕熱JESD22-A101-B85oC/85%RH/5.5V基板≥500小時代表性封裝基板性能42化學(xué)所PI封裝基板樹脂研究熱塑性聚酰亞胺熱固性聚酰亞胺PI封裝基板材料性能性能HTPI-3/EGHGPI-3/EGTg，oC288299T5，oC488474CTE，ppm/oC11,5012,65彎曲強(qiáng)度，MPa730604彎曲模量，GPa24.218.6沖擊強(qiáng)度，kJ/m25459介電常數(shù)，（1MHz）4.34.2介電損耗，（1MHz）0.00690.0063介電強(qiáng)度，kV/mm2925體積電阻率，Ω·cm~1016~1016表面電阻率，Ω~1016~1016吸水率，%0.600.53剝離強(qiáng)度，N/mm1.231.38288oC熱分層時間（CCL），min16>60

六、光波導(dǎo)介質(zhì)材料

PI光波傳導(dǎo)介質(zhì)材料PI光波傳導(dǎo)材料的典型性能PId(μm)anTE

bnTM

cnAV

dΔn

eεf

PI-14.18