《微电子器件用塑封材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子器件用塑封材料（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微电子器件用塑封材料 徐京生 一 、 概况 为使微电子器件免受温度 、 湿度等环境 变化的影响 , 或防止因机械震动 、 冲击所造 成的损坏 , 必须将制得的器件封装起来 。 封 装形式一般有采用金属 、 陶瓷 、 玻璃的气密 性封装和采用塑料的非气密性封装 。 一般来 说 , 前者的可靠性优于后者 , 但采用后者可 大大降低生产成本和器件重量 , 缩小器件体 积 , 提高生产率 。 而且 , 随着封装塑料 、 封 装工艺和设备的不断改进 , 以及器件表面钝 化工艺和材料的不断进步 , 塑封器件的可靠 性目前已比七十年代初期至少提高了一个数 量级 , 因此目前6 0 7 0 %的分立器件和7
2、0 8 0 % 的集成电路均已采用塑料封装 。 塑封形 式现在也已扩大到超 大规模集成电路 的生产 上 。 如 1 98 3 年日本电电公社报道 , 用塑料 封装的 1 6 K 、 6 4 KD RAM(动态 随机存取存 储器 ) 经 1 2 , 00 0 小时长期试验的结果 表 明 , 塑封器件在实用条件下使用寿命可望达 到 二十年以上 , 其失效率仅为 6 OFIT(非特 , 失效率单位1 0 一 /元件 、 小时) 。 表 1 美国封装塑 料的 消费情况 类 , 其次为有机硅环氧 、 聚酞亚胺 、 酚醛 、 聚酷 、 聚丁二烯 、 聚苯硫醚等 。 1 9 8 4年全世 界各种塑封材料用量
3、达 6 7 , 20 0 吨, 其中日本 、 美国各占三分之一 以上 。 从表 1可见 , 在美 国 , 环氧类的消费量大 约占8 0 % , 有机硅类 大 约 占2 0 % 。 在日本 , 环氧类大 约占8 5 % 。 目前世界上环氧类塑封料的 主要生产厂 有美国的M or t on Ch em C a i l 、 P la skon P r- 。 du cs t和Hy sd 公司(约供应美国 国内 市 场的 8 5 % ) , 日本的日东电工 、 住友电木 、 信越化学和东丽等公司 。 有机硅类主要生产 厂有美国 的D ow C orn ing 、 G ene r a l Elee - t
4、 r c i 、 U n io n C arb id e 等公司 , 日本的信越化 学 、 住友电木 、 东丽 , 西德的拜耳等公司 。 聚酞亚 胺类主要 由 法 国 的Rh one P o u l enc n I c . 供应 。- 一 各类器件的要求不 同 , 其塑封 方法 亦不 同 。 目前主要使用传递模塑成型 、 浇注 、 灌 封 、 浸渍 、 滴落等法 。 各种方法的操作过程 、 使用材料的种类 、 用途及特点见表 2 。 在各 种塑封方法中 , 传递模塑成型 法效率高 、 质 量好 、 成本低 、 适 于大规模工业化生产 , 因 而成为 当前塑封方法 的主流 。 类 别 洲瑙 惫
5、平均年增长率 (肠) U 0 0 0 U 0 OUg砚J 丹 to口nJ 口 .护, 环氧类 有机硅类 聚酞亚胺类 合计 5 92 】 4 4 , 00 5 25 塑封材料主要采用环氧和有机硅两 大 二 、 塑封材料的种类 塑封材料按基础树脂的成份可分为环氧 有机硅 、 有机硅环氧 、 聚酞亚胺 、 酚 醛 、 DAP 、 (邻苯二甲酸二烯丙醋) 聚醋 等 ; 按 产 品 形态可分为粉状 、 液状 、 颗粒状等 , 可根据 欲封器件的种类及封装工艺选取 。 各种树脂 一 1 一 表 2 各 种塑封方法的用途与特点 封装 方 法传递模塑成型注 I 灌封 浸浸 渍渍 滴落落 封装操作过程 将粉末材
6、 料造成小 器件固定在模 器件固定在塑器件浸在液态树 将液态树脂 片状 预加热后与元制框架中 件在模具中模塑成型!液体树脂 倒入料壳内 加热体树脂 倒入液脂中树脂包复器滴落在器件上 然后加件表面后 取出进!再进行固化 或紫外固化热或紫外固化行加热或紫外固化 通压 缩空气 使 流动床 . 上的 粉 粒材料呈 . 沸腾 ” 状 , 预热后的 器件 通过 . 流动床 ” 时 , 表面复盖封装塑 料 , 取出加热固化 使用材料 粉状 环氧树脂 、 有机硅 树脂 、 聚醋等 液态 环氧树脂 、 有机硅树脂 、 聚醋等 液态 环氧树脂 、 酚醛树脂等 液态 环氧树脂等 粉粒状 环氧树脂 优点适于大批量生产
7、 , 适于多品种小批量生产 设备 质量好 , 成本低!简单 , 投资少 设备简单 , 投资 适于多品种 小批量生产 设备简单 , 投资 少 , 生产率较高 , 无溶剂 , 易操作 点 一 叭点 设备投资大工序复杂 , 可靠性差 , 封装层 厚度不匀 封装层厚度不匀 可靠性差 封装层厚度不 匀 , 可靠性较差 用途 各种分立器件 、 集 电容器 、 二极管 、 混合集成电电容器等 多用于电子 混合集成 电路 、 成电路及多种 电子元路 , 复合器件等 表集成电路封薄膜 电阻 、 电容等 件 、 组件等装 表3用于封装的各 种树脂特性比较 环 氧 树 脂 机硅 树脂有机硅环氧树脂隔 !一 | 成型
8、温度 () 成型时间 (mi。) 螺旋流动 ( in) 流动时 间 (匀 比重 抗弯强度 (kg/ cmZ ) 抗压强度(k gc /m 盆) 抗冲击强度 (k g/ e m 名) 易燃性(U I J ) 热变形温度() 热传导率( ea l/em s ) 热膨胀系数 a, (m m/m n r/) a: (m n、 /mm/) 玻璃化温度Tg () 收缩率(肠)AM P C 耐电弧 () s 绝缘强度 (kv/二m) 体积电阻(口 一c 二) 介电常数( IMH)z 介质损耗角正切值(IMH幻 16 018 0 l2 304 0 1015 1 。 7 9 l,210 2 . 74 0 94V
9、 一0 2 0 0 2 . OXIO一 3 1 7 018 0 3 3550 1525 1 。 88 600 9 50 l 。 5 94V 一0 7300 2 . 0 X10一3 1 6 018 0 1 。 52 。 0 3040 1520 1 。 85 950 2 , 20 0 1 。 8 9 4V 一0 730 0 2 . 0义10一息 2 . 5义10一 6 。 6X10一 石 162 0 . 59 0 . 54 1 3 7 l 2 1X101. 3 . 9 3 . 2X10一 3 。 2X10一 5 2 25 0 . 2 8 0 。 19 2 40 15 2X1016 3 。 9 3
10、. 1 X10一 5 6 . SX10一 16 6 049 O 。 43 183 14 2X10l e 3 . 9 一 2 的特性比较见表 3 。 由于传递模塑成型是目 前塑封工艺的主流 , 因此适于此法的模塑料 在封装塑料中所占比重最大 。 这类模塑料主 要有环氧 、 有机硅 、 有机硅环氧 。 环氧树脂 的耐湿性极优 、 价格低廉 , 主要用于各种小 功率器件及数字 、 MO S 集成电路的封装 , 用 量远远超过有机硅树脂 。 有机硅树脂的耐热 性及电气特性较好 , 各价格较高 , 主要用在 大功率器件及线性集成电路上 。 (一) 模塑料 1 . 环氧类模塑料 ( 1)环氧模塑料组成 环
11、氧模塑料的 主要成份有环氧树脂 (约 占2 0%) 、 固化剂(约占1 0 %) 、 无机填料 (约占7 0%) , 以及固化促进剂 、 脱模剂 、 偶联剂 、 颜料 、 阻燃剂等 。 为满足各种器件 的封装要求 , 各成份可选择许多不同化合物 。 各种成份的代表性化合物见表 4 。 表 4 环氧模塑料的主要 成份及 代表性化合物 典型组成 代表性化合物 羞 础树脂 固 化 剂 画化促进剂 无机缤料 偶联荆 内脱棋荆 颜料 阻嫉剂 甲盼阶醛环权树脂 、 线性酚 醛环氧树脂 , 双酚A型环氧树脂 线性酚醛树脂 、 故醉类化合物 、 芳香族胶 类化合物 胺类化合物 、 有机麟化合物 、 咪哇化合物
12、 二氧化硅 、 氧化铝粉 、 硫酸钡 、 硅酸钙等 硅烷类偶联剂 三氧化锑 、 澳化环氧树脂 、 磷类化合物 ( 2)各成份的作用 基础树脂和固化剂 环氧树脂在物理 、 化学 、 电气 、 机械及 模塑等性能方面有许多突出的优点 。 其结构 中含的经基 、 醚基具有极性 , 可使环氧树脂 分子和相邻表面之间产生引力 , 所含的环氧 基与含活泼氢的金属表面起反应形成 化学 键 , 所以粘附性很好 。 环氧树脂的成型收缩 率较小 , 加入填料后更小 (二0 . 10 . 6%) 。 它的热膨胀系数比较小 , 因而不 易受 冷 热 温度的影响 。 固化后 的塑料因含有稳定的苯 环和醚键 , 比较耐化
13、学溶剂的腐蚀 。 它 的透 水性较小 , 具有优异的 电绝缘性能和较高的 最大工作温度 。 通过树脂改性及改进配方 , 可使其具有较理想的模塑性能 。 用它生产的 模塑料也比较便宜 。 固化剂的作用是使原来为热塑性 、 线型 的高分子 交联成网状结构的巨大分子 , 成为 不可溶树脂 。 以往多用胺类和酸醉类固化剂 。 自1 972年开发出酚醛树脂类固化剂后 , 因抗 湿性提高了十倍 , 所以目前绝大部份使用酚 醛树脂固 化酚醛环氧体系 , 也有一 部份用 芳香族酸配固化双酚A环氧体系 的 , 用胺类 作固化剂的已逐渐消失 。 在酚醛树脂固化酚 醛环氧体系中 , 环氧基开环后很容易与酚醛 树脂的
14、经基反应 生成醚键 , 分子之间发生交 联使环氧树脂固化 。 因环氧与酚醛每个分子 都有几个可起化学反应 的官能团 , 固化后成 为高度交联的网状结构 , 所以这种塑封料具 有优异的机械强度和耐热性能 。 固化促进剂 添加促进剂的目的是使交联固化反应速 度加快 , 以使塑料在高温下快速固化 。 例如 , 用三级胺作固化剂使环氧树脂与酚醛树月 曹爱 生交联固化反应时 , 因为三级胺的氮原子有 未成键的孤对电子 , 它进攻环氧基上的C + 原子形成正负离子对 。 这个离子对 是一个 活 动性很大 的催化中心 , 导致环氧基与经基 进行化学反应实现交联固化 。 在离子对形成 过程中 , 通常需要在经
15、基或其他给质子 的物 质协助下进行 。 经基的作用是使环氧基上的 C 一O 键极化 , 有利 于C + 原子与三级胺形成离 子对 。 而用酚醛树脂作固化剂时 , 反 应体系 中有大量酚轻基存在 , 很易形成反应活化中 心 , 因而固化速度快 。 填料 加入填料的目的 , 一是为 了减少树脂用 量以降低成本 ; 二是为改善树脂性能 , 降低固 一 3 一 化时的收缩率和热膨胀系数 , 提高热传导率 和抗压强度 。 填料对成型 物特性影响极大 , 且 是加入量最大 的一种 添加成份 。 填料用量增 加时热 膨胀系数下 降 , 同时流动性也 下降 , 所以填料用量要选择 适当 。 偶联剂 添 加偶联
16、剂可以使基础树脂 、 填料 、 固 化剂之 间结合 得更紧密 , 从而 防止水份从 塑 料表面渗入 。 另外 , 使用合适 的偶联剂还可 以提高树脂对 引线框架的粘附性 。 内脱模剂 加 入脱模剂是为了降低成品与模具 的粘 附性 , 使成 品易脱模 。 但 脱模剂的添加 量越 多 , 模 塑料与引线框架的粘附性就越小 , 这 就会影响密封性 , 因此有 必要 正确选择脱模 剂的种类及加 入量 。 阻燃剂 阻燃剂 可提高树脂 的工作温度 , 增加 阻 燃性 , 并延长 贮存时间 。 颜料 添加 颜料是为了区别 各种不 同类型 的器 件 。 所用的颜料主要有黑 、 灰 、 红 、 黄等颜色 。 口前美 、 日等国已生产出数十种牌号的 环氧模塑料产 品 , 以满足 不 同器件的封 装要 求 。 如 M or t on 公司 的 4 1 0B 、 4 1 oC 、 4 1 5 、 5 21 、 5 2 6 , H y、 1公 司的MG系列 ,
