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【芯慧通·常识】一文看懂集成电路材料——封装材料_资料_芯片

落叶飘零 2025-01-10 20:54:10 0

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封装材料按其在工艺过程中的用场可分为承载类材料、线路连接类材料、模封保护类材料、粘结类材料、其他功能材料、陶瓷封装类材料及封装工艺材料等。
个中,承载类材料、线路连接类材料、模封保护类材料、粘结类材料、其他功能材料、陶瓷封装类材料等属于直接材料,即在封装过程中用到并保留在产品内部的材料;封装工艺类材料属于间接材料,即只在封装工艺过程中运用,不保留在封装体内部的材料。
紧张封装材料及分类见下表。

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【芯慧通·常识】一文看懂集成电路材料——封装材料_资料_芯片 通讯

承载类材料

承载类材料紧张包括引线框架(Lead Frame)和封装基板(Substrate)等。

引线框架作为半导体芯片的载体,借助金属键合丝实现芯片内部电路焊盘(Pad)与引线框架外管脚的电气连接,是芯片内部电路与外部导线连接的桥梁,其紧张浸染是形成电路连接、散热、物理保护、机器支撑等。
引线框架按照加工办法不同可分为冲压引线框架和蚀刻引线框架。
随着封装技能的发展,引线框架也在不断向薄型化、小型化及集成化方向发展。

伴随着封装技能的进一步发展与半导体芯片集成度的提升,芯片引脚数量增多、布线密度增大,使得封装基板成为前辈封装领域的关键载体。
未来,芯片嵌入式封装、繁芜系统级封装等技能将匆匆使封装工艺与封装基板产生领悟。
由于终端电子产品提出的轻薄化、多功能化、高性能、可靠性以及低本钱等需求,一些封装功能转向由封装基板来承担。
因此,封装基板在封装材料中霸占主要的根本地位。

模封保护类材料

模封保护类材料紧张包括环氧模塑料(Epoxy Molding Compound,EMC)和底部添补材料(Underfill)等。

环氧模塑料紧张运用于半导体器件及集成电路包封,避免所封装的器件和电路受到外部灰尘、湿气、机器冲击及辐射的影响,并供应绝缘及散热等功能。
目前,半导体器件95%以上都采取塑料封装,作为塑料封装的紧张构造材料,环氧模塑料的性能直接影响封装器件的电性能、热性能、机器性能及可靠性等,是电子封装的主要支柱材料。
环氧模塑料的紧张身分包括环氧树脂、酚醛树脂、微硅粉及偶联剂、脱模剂、改性剂、阻燃剂、着色剂等各种助剂。
个中,环氧树脂为主体材料;酚醛树脂为固化剂;微硅粉为填料。

底部添补材料紧张运用于倒装封装(Flip Chip)、晶圆级封装(Wafer Level Package,WLP)、硅通孔(TSV)转接板封装等封装形式。
其紧张浸染是分散芯片表面承载的应力,缓解芯片、焊料和基板三者热膨胀系数(CTE)不匹配产生的内应力问题,在保护焊球、提高芯片的抗跌落与热循环可靠性的同时,还起到在高功率器件中通报芯片间热量的浸染。
底部添补材料常日由环氧树脂及其固化剂、催化剂基体材料、无机填料及各种添加剂组成。
其性能哀求具有低的热膨胀系数、高玻璃化转变温度(Tg)、高模量、低离子含量、低吸湿性、低介电常数、良好的助焊剂兼容性、良好的导热率等,并须要具备良好的工艺操作性与抗冲击跌落性等。

线路连接类材料

线路连接类材料紧张包括键合丝、焊球、焊膏及助焊剂等。

键合丝(Bonding Wire,BW)是指在封装过程中,在芯片表面的焊盘(Pad)与引线框架的内打仗点之间实现电气连接的微细金属丝内引线,直径为十几微米~几十微米,是电子封装业五大主要构造材料之一。
键合丝具有电导率高、化学性能稳定、与导体材料的结合力强等特性,且在结合处不会形成有害的金属间化合物,具有一定的拉伸强度和延伸率。

金丝所具有的独特化学稳定性与高可靠性使其成为引线键合工艺中运用最广泛的键合丝品种。
但随着黄金市场价格的不断上涨,键合丝已由单一的纯金材料发展为由金、银、铜、铝及干系复合贵金属材料组成的多品种键合丝产品家族,并须要知足更卓越的性能、更严苛的可靠性、更细的线径和更低的本钱等多方面哀求。
常用键合丝产品分类及运用见下表。

点击放大丨常用键合丝产品分类及运用

焊球(又称锡球、锡合金球)是集成电路封装工艺过程中焊接材料的一种,紧张用于封装体和主板的电互连以及机器支撑,适用于球形阵列封装(BGA)、晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)等前辈封装技能及微细焊接,当前运用的最小直径为140µm,利用时具有自动校正能力并可容许相对较大的置放偏差,无端面平整度问题。
焊球按环保等级可分为有铅、无铅、低磷、无磷等种别;按合金类型可分为锡铅、锡银、锡铋、锡锌、锡铟、锡银铜、锡银铜镍、锡银铜锗镍等系列;按利用温度可分为普通锡球、低温锡球、高温锡球等。

粘结类材料

粘结类材料是指芯片粘结剂(Die Attach Material),又称固晶材料,紧张运用于芯片与引线框架之间、与基板之间或堆叠封装的芯片与芯片之间的胶黏工艺,由具有粘结浸染的树脂或涂覆胶黏剂的薄膜、供应导电导热性的贵金属填料、调节导热性的氧化硅粉、氧化铝粉、氮化硼粉以及助剂等组分构成,可有效接管由于热胀冷缩而引起的应力,并有效防止不同物质交界面的分层。
其产品紧张包括固晶胶(DAP)、固晶胶膜(DAF)等。
芯片粘结材料产品分类及特点见表下表。

点击放大丨芯片粘结材料产品分类及特点

其他功能材料

其他功能材料紧张包括热界面材料、晶圆聚合物介电材料等。

热界面材料(Thermal Interface Materials, TIM)是一种普遍用于芯片封装体内的散热材料,紧张用于补充两种材料接合或打仗时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞,减小传热打仗热阻,提高器件的散热性能。
根据其在电子元器件中所处的位置,TIM又可以分为TIM1和TIM2。
个中,TIM1是位于半导体芯片和散热器之间的热传导材料,须要具备电绝缘性能,以防止电子元器件的短路,一样平常多为聚合物基复合股料,低熔点铟基微合金焊料热界面材料也是一个范例高导热的TIM1;TIM2是位于散热器和壳体之间的热传导材料,无电绝缘性能的哀求,一样平常多为碳基热界面材料。
常用的热界面材料紧张包括导热膏(Thermal Grease)、导热垫片(Thermal Pad)、相变材料(Phase Change Materials)、导热凝胶(Gel)、焊锡热界面材料(Solder TIM)等。
石墨烯也是最近新兴的热界面材料的一种。

晶圆聚合物介电材料紧张包括聚酰亚胺(PI)、聚苯并恶唑(PBO)、苯并环丁烯树脂(BCB)等,紧张运用于集成电路前辈封装多层金属布线间的层间绝缘。
为适应封装工艺的须要,晶圆聚合物介电材料不仅须要低介电常数,还须要具有优秀的耐热稳定性、高绝缘强度、高尺寸稳定性、低应力、低吸潮性以及与金属基材间优秀的黏附性等。

陶瓷封装材料

陶瓷封装是气密性封装的一种,具有机器强度及热导率高、耐湿性好、可靠性高、化学性能稳定等优点,多用于航空航天、军事及大型打算机领域等高端微电子器件的封装。

陶瓷封装材料紧张包括陶瓷外壳和陶瓷基板等。
陶瓷外壳是由陶瓷部件构成的气密构造腔体,并通过封装工艺将芯片装载在外壳内部,从而起到电路及机器支撑、气密保护、散热等浸染。
其作为封装互连的主要载体,在封装材料中霸占着重要的地位。

陶瓷基板是指将铜箔在高温下直接键合到氧化铝或氮化铝陶瓷基片表面上的分外工艺板,具有优秀的电绝缘性能、高导热特性、精良的软钎焊性和高的附着强度等,是大功率电子电路构造技能和互连技能的根本材料。

封装工艺类材料

封装工艺类材料指在封装工艺过程中运用,但不保留在封装体内部的材料,包括晶圆支持材料、电镀材料、黄光化学品、工艺化学品、研磨材料等。

晶圆支持材料包括晶圆减薄及切片材料、临时键合股料等。
晶圆切片材料(Dicing Tape)是指在晶圆切割过程中所利用的粘晶胶带及晶圆保护胶带,具有高黏性,在紫外线(UV)照射后粘度降落。
临时键合股料是指在前辈封装硅通孔(TSV)制造过程中,为防止超薄晶圆翘曲与起伏而帮助其与载体晶圆相结合的材料。
随着前辈封装工艺的高速发展,薄型、超薄型晶圆、柔性衬底等器件的处理都将与临时键合/解键合工艺密不可分。

电镀材料、黄光化学品、工艺化学品、研磨材料等在晶圆制造工序中涉及的材料已在本书干系章节先容,本节不再赘述。

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