电子封装及其技术发展状况_张海坡论述.pdf

第 8卷 第 3期 粉末冶金材料科学与工程 2 0 0 3年 9 月 P / M M S E 电子封装材料及其技术发展状况 张海坡 , 阮建明 ( 中南大学粉末冶金 国家重点实验 室 , 湖南长沙 , 41 0 8 3) 摘要 : 从基板 、 布线 、 框 架 、 层 间介质和密封 5 个方 面 时 电子封装材料及其性能进行 了 全面 系统的 介绍 , 在电子封装材料的众多领域 . 金 属封装和陶瓷封装被塑料 封装所取代 . 并对近年来 电子封装 技术的研究发展情况进行 了简要介绍 . 关健词 : 电子封装材料 ; 基板 ; 性能 ; 发展状 况 中田分类号 : T 3B 3 文献标识码 : A 半导体集成电路 ( CI )经 50 年的发展 , 由分立元器件中 、 小规模集成 电路 ( 5 51 、 M SI ) , 大规 模集成电路 ( L SI ) , 超大规模集成电路 ( V L SI ) , 发展到巨大规模集成电路 ( G L SI ) . 各种电子封 装技术也同时发展 , 从最早的 8 引脚的双列直插式器件 ( D I P ) , 迅速发展至引脚数为 4 , 52 或 更多的大量表面贴装器件 (S M D ) , 现在具有 20 或 3 0 条脚的矩阵扁平封装器件 ( Q F )P 以及 球栅阵列 ( B G A ) 的表面贴装技术 已变得相 当普遍 . 电子封装技术正朝着小型 、 轻便 、 低成本和 高性能 、 高可靠性发展 . 由于电子封装趋于小型化而使芯片集成度迅速增加 , 必然导致发热量 提高 , 电路工作温度不断上升一般来说 , 在半导体器件 中 , 温度每升高 18 ℃ , 失效的可能性就 增加 2 ~ 3 倍 . 因此 , 提高芯 片的散热效率 , 使 电路在正常温度下工作显得非常重要 . 解决该 问 题需要进行合理的热封装和热设计 , 如增加散热器或冷却系统 , 但这样却增加 了成本 , 不能从 根本上解决问题 . 所以 , 开发一种具有高热导及 良好综合性能的新型材料就显得更为重要 . 1 电子封装材料的分类 电子封装材料主要包括基板 、 布线 、 框架 、 层间介质和密封材料 . 1 . 1 基板 高电阻率 、 高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求 , 同时还应与硅 片具有 良好的热匹配 、 易成型 、 高表面平整度 、 易金属化 、 易加工 、 低成本并具有一定的机械性 能 电子封装基片材料的种类很多 , 包括 : 陶瓷 、 环氧玻璃 、 金刚石 、 金属及金属基复合材料等 . 1 . 1 . 1 陶瓷 陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料 , 具有较高的绝缘性能和优异的高频特性 , 同时 线膨胀系数与电子元器件非常相近 , 化学性能非常稳定且热导率高〔 `一 5一 由 J , L . P盯k 于 1 96 1 收稿 日期 : 2 0 0 3 一 0 3 一 2 5 通伯地址 :湖南省长沙市中南大学粉未冶金研究院 第 3期 张海坡 , 等 : 电子封装材料及其技术发展状况 年发明的流延工艺专利广泛应用于混合集成电路 ( H IC )和多芯片模件 ( M C M ) 陶瓷封装 [’3 ,随 着美国 、 日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片 , 陶瓷基片成为当今世界上广泛应用 的几种高技术陶瓷之一 目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有 1A 2 q , IA N , SI C 和 B或) 等 . A 12 O 3 陶瓷是 目前应用最成熟的陶瓷基片材料 , 以其价格低廉 、 耐热冲击性和电绝缘性较 好 、 制作和加工技术成熟而被广泛应用 , 占整个陶瓷基 片的 90 . 0 % 〔 ’ , 2 , ` , 6〕 . IA : O 刁 陶瓷基片大 多采用多层基片 , 含氧化铝 90 . 0 % 一 9 . 5% , 且其综合性 能随着氧化铝含量的增加而提高 , 同时 , 所需 的烧结温度也升高 , 因此 , 制造成本相应地增加 . 为了降低烧结温度 , 可在氧化铝中 掺入 A g , A g 一 P d 等金属导体或低熔玻璃 , 这样可减小其介电常数 . 但是 , 由于 A l : 0 3 陶瓷热导 率相对较低 , 因而不能在大功率集成电路中大量使用 . A IN 陶瓷基片是一种新型的基 片材料 , 具有优异的电性能和热性能 , 被认为是最具发展 前途的高导热陶瓷基片7[, 幻 . A NI 陶瓷基片具有 比 A 1 2 O 3 更高 的热导率和与 is 材料更匹配 的 线膨胀系数 , 且介电常数低 , 适用于高功率 、 多引线和大尺寸芯片 ; 由于 A NI 材质坚硬 , 在严酷 环境下仍能照常工作 , 因此 , 用 A NI 可以制成很薄的衬底 , 以满足不同封装基片应用