先進(jìn)電子封裝用聚合物材料研究進(jìn)展-

1、楊士勇 主任/研究員 中國科學(xué)院化學(xué)研究所高技術(shù)材料實(shí)驗(yàn)室 Tel： 010－62564819 E-mail: shiyang@iccas.ac.cn,,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(huì)，杭州，2010.07.16,報(bào)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

2、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,DIP,QFP,BGA/CSP,PGA/BGA,,60-70’S,80’s,90’s,00’s,微電子封裝技術(shù)--發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,MCM/SiP,,,,,,,,,,,,,05’s,,,,3D,High Speed / High Integration,QFP,PB

3、GA,Stacked CSP,BOC,FC BGA,EBGA,System In Package,mBGA,3 stacked BGA,TBGA,BCC,Stacked FBGA,LQFP,VFBGA,FPBGA,Current,Stacked PTP,,TSOP,SOIC,Wafer　Level CSP,QFN,Future Assembly Technology,Miniaturization,Near Future,,CSP,,微

4、電子封裝技術(shù)-發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,,,,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,重要的聚合物材料,,,1、功能性環(huán)氧樹脂 2、高性能聚酰亞胺 3、特種有機(jī)硅樹脂 4、光敏性BCB樹脂 5、高性能氰酸酯樹脂 … …,,,

5、9H:High Thermal Stability High Dimensional StabilityHigh TgsHigh Mechanical PropertiesHigh Electrical InsulatingHigh Chemical PurityHigh Optical TransparencyHigh SolubilityHigh Adhesive,9L:Low ViscosityLow Cur

6、ing TemperatureLow Dielectric Constant Low Thermal Expansion Low Moisture AbsorptionLow StressLow Ion ContentsLow PriceLow Shrinkage,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：

7、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,環(huán)氧樹脂的阻燃性,,,,實(shí)現(xiàn)環(huán)氧塑封材料無鹵阻燃的途徑,,本征阻燃性環(huán)氧塑封材料,FBE,FBN,本征阻燃性環(huán)氧塑封材料,樣品尺寸：φ50*3 mm測試條件：沸水中浸泡8小時(shí),,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

8、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(shí)形成穩(wěn)定的泡沫層。泡沫層主要由樹脂體，炭和分解時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)構(gòu)成，有效地阻隔了熱傳遞。,最近研制無鹵阻燃塑封料的性能,,,高耐熱PI塑封材料,注射溫度：360 oC 注射壓力：150 MPa模具溫度：150 oC,三、液體環(huán)氧底填料,,Underfill 的作用: 1) 增強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性 2) 降低CTE及內(nèi)應(yīng)力 3) 防塵防潮防污染

9、,,環(huán)氧底填料的填充工藝,1、毛細(xì)管流動(dòng)型填充工藝 a) 標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管流動(dòng)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(dòng)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：4000-5000 mPa.s (25 oC)2、玻璃化溫度：150 ℃3、熱膨脹系數(shù)： 20 ppm/℃

10、。4、彎曲模量：9.5 GPa。5、吸水率：0.8% (85℃/85RH/72h)6、室溫保存時(shí)間：13000-15000cps （25℃/16h） 7、低溫保存時(shí)間：16000-18000cps （-40℃/6 months）,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

11、 3、光敏PBO樹脂,,,,,,,高電絕緣性擊穿強(qiáng)度高,,低CTE,,,,,,低介電常數(shù)低介電損耗寬頻/高溫穩(wěn)定,吸潮率低,抗高溫濕熱,聚酰亞胺材料的優(yōu)異性能,,尺寸穩(wěn)定好/抗蠕變,,Polyimides,耐化學(xué)腐蝕物理穩(wěn)定性好,耐高溫/耐低溫,,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

12、造,,,,,,PI在FC-BGA/CSP中的典型應(yīng)用,,先進(jìn)封裝對PI材料的性能要求,,PSPI樹脂的發(fā)展趨勢,,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

13、 2、耐高溫化：>260 oC 3、多層高密度化,,先進(jìn)聚合物封裝基板,,,,封裝基板對材料性能的要求,封裝技術(shù)發(fā)展,,,,,,,,,高韌性,高Tg,低介電常數(shù),低吸水率,綜合性能優(yōu)異,低CTE,,,,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

14、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

15、 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,高密度封裝基板的性能,,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,六、光波導(dǎo)介質(zhì)材料,,,PI光波傳