《浅说半导体封装材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅说半导体封装材料（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅说半导体封装材料(无锡市罗特电子有限公司，江苏 无锡 214002) 摘要：本文阐述了半导体封装材料的进展情况，其中包括半导体封装材料市场在整个电子材料市场中所占的比例，以及半导体封装材料随半导体封装产业的发展所取得的研究成果。 关键词： 半导体封装材料；电子材料供应商；市场1 前言Managing 公司和 Prismark 公司合伙人 Shiuh-kaoChiang 博士于 2002 年在上海SEMICOM China 2002Technical Symposium会上发表了题为半导体封装材料供应链的论文( 英文)。他是一位半导体封装材料的专家，毕业于台湾 NationalTsingHua
2、 大学材料科学和工程系，曾获NotreDame 大学金属工程学硕士、 Ohio State 大学陶瓷工程学博士和 ClevelandState 大学 MBA。他在电子材料、封装和工艺领域拥有多项专利和多部(篇)学术著作和论文。半导体封装材料是电子材料的重头戏，所占份额居首位。随着半导体器件封装的小型化、片状化、薄型化和焊球阵列化，对半导体封装材料的要求越来越高，期望半导体封装材料朝多功能化、多品种化和低价格化方向发展。2 电子材料市场在过去 20 年电子工业制造业发展很快，年增长率达 6-7，2002 年全球电子工业制造业市场达1 万亿美元，包括计算机、蜂窝电话、路由器、DVD、发动机控制器和
3、起搏器等。亚洲( 除日本外)是世界电子工业制造业的中心之一，它包括中国、台湾地区和韩国等，其市场约占全球电子工业制造业市场的 20，即 200 亿美元，其年增长率超过 10，而全球其他地区的年增长率仅为 5-6。电子材料市场是随着电子工业制造业市场的发展而增长，电子材料市场约占电子工业制造业市场的7，2002 年电子材料市场将达 669 亿美元。电子材料市场中有源器件占 29，无源器件占26，互连衬底占 15，能量转换占 14，数据存储占 8，系统输入输出占 5，装配、热防护层占 3。有源器件包括半导体分立器件和 IC，其中，前道材料占电子材料市场的 22，达149 亿美元；后道材料占 7，达
4、 45 亿美元。有源器件材料中占重头的是晶圆，加工晶圆的相关晶圆的相关材料和半导体封装材料。前道材料包括 Si 晶圆、玻璃光掩模坯、光致抗蚀剂、湿化学试剂、其他晶圆、抗蚀剂辅助材料、化学机械抛光(CMP)材料、淀积靶、镀覆和电解质等。其中CMP 和化合物半导体晶圆发展最快，年增长率超过 117。后道材料，即半导体封装材料，包括模塑化合物、芯片粘接、填充料、键合线和灌封料等。上述电子材料中不包括 CRT 玻璃壳、光学透镜、铜缆、光缆、连接和开关用聚合物、铅酸电池材料、薄板金属和包装箱等。电子材料指主要涉及发展电子工业的工程材料。3 电子材料供应商电子材料供应商主要由日本和美国公司所霸占。欧洲只有
5、少数的几家公司，成功的只有一家，如DELO 公司。亚洲半导体封装材料供应商(除日本外)开始步人封装材料市场的大门，如 Chang Chun、Eternal 公司等已成为该行业的著名公司，将来有望成为重要的封装材料供应商。表 1 给出了全球 20 大电子材料供应商名单，它包括名次、销售额和所提供的电子材料。封装材料供应商常常是电子材料公司业务中的一个产品集团。表 1 所统计的数据是基于财政年度最终结日的兑换率，日本公司财政年度终结日为 2001，3，31，其他大多数公司财政年度终结日为 2000，12，31 ，外汇兑换率为：1 美元=12633 日元 106202 欧元。从表 1 可知，半导体封
6、装材料供应商也是由少数几家公司处统治地位，如 Ablestik 公司是NationalStarch 公司的一部分，它占芯片粘接市场的 53。SumitomoBakelite 和 NittoDenko 两家公司占模塑化合物市场的 60以上。LoctiteDexter、Sumitomo 和 EmersonCuming(Nationa lstarch 公司的一部分) 三家公司占灌封材料市场的 60以上。填充料由Locfite、 Shiu-Etsu 和 Namics 公司处领先地位。CooksonAlpha 和 SenjuMetals 公司在焊料球市场占主导。4 半导体封装材料市场半导体封装材料市场约
7、占电子材料市场的 67，或约占有原器件材料市场的 23，即 45 亿美元。半导体封装材料比前道材料复杂，其多种多样性正在增加。若以每种模塑化合物的重量来考虑，2002 年半导体封装材料市场分配如下：模塑化合物 328，引线框架 276，键合线15 6，壳体或盒 51，芯片粘接 41，薄膜和带 31，焊料 20，内涂层19，液灌封 15 ，LOC 带 13 ，清洗焊剂 12，散热器 10，其他材料28。封装中使用的衬底如模块衬底、CSP 、BGA 衬底均包含在电子材料市场中的互连衬底之中，从技术上讲，它们应属于半导体封装材料中，2001 年全球半导体应用所消耗的衬底材料约为24 亿美元，实际上薄
8、板材料和辅助材料每年只消耗 2 亿美元。5 半导体封装业市场半导体封装材料取决于半导体封装产业的发展。虽然半导体封装材料供应商由日本和美国公司霸占，但半导体封装产业都在亚洲(除日本外)，这是因为美国、日本和欧洲半导体器件制造商将半导体封装转移到发展中的国家，如亚洲各国。表 2 给出全球半导体封装产业市场，2001 年为 218 亿美元，2006 年将为 480 亿美元，几乎翻了一番多。亚洲各国占半导体封装产业市场的 70左右，目前主要是马来西亚、台湾、菲律宾、韩国和新加坡，2006 年将增加中国。半导体封装产业的发展动向是：增长率 1213，每个封装有更多引出脚，每个引出脚需更少的材料，封装材
9、料更复杂、更多样性。6 半导体封装材料的进展半导体封装材料的进展之一是封装材料功能的多种多样，并正在增加，这可从一个简单的引线框架封装与倒装芯片球陈列封装比较中看出。前者除 si 以外由如下 4 种材料组成：引线框架、芯片粘接、键合线和模塑化合物。相反，后者要求有两倍以上的封装材料品种，如衬底、焊接掩模、焊球、填充料、再分布介质、高引出突起、热分流器和热界面材料等。这样一来就使半导体封装材料供应链变得复杂化。2002 年，陈列封装只占所有材料的 62，2006 年将上升至 159 。目前有两大因素对半导体封装材料供应链有冲击，一是封装体积的不断缩小，二是封装材料复杂性的不断增加。28 引出脚器
10、件采用通用的 28 个引出脚，目前，全部 IC 封装的 23处于 17-28 引出脚。但是，28 引出脚封装的体积与外形也在变化，表 3 给出 28 引出脚器件， 28 引出脚器件正在从 DIP向 PLCC、SO 和 TSSOP 过渡，如 TSSOP 使用的模塑化合物降低至 DIP 所需重量的 2，也就是说，每个封装器件所需要的模塑化合物将越来越少，这无疑对封装材料供应商是一个致命的打击。但是，有三个因素支撑着封装材料的发展，一是封装材料的附加复杂性，在某个时期内可提高销售价格，二是封装产业每年有 12的基本增长，三是每种封装的引出脚不断增长。20 年前，28 引出脚是半导体器件的前沿主流，今
11、日它将被 256 引出脚器件所替代。目前，256 引出脚器件只占全部IC 的 4。在最密集结构中，256 引出脚封装所消耗的封装材料要比较小的 28 引出脚 TSSOP 还要多。表 4 给出 256 引出脚器件。引出脚边缘低的器件 (28 引出脚 TSSOP)和引出脚边缘高的器件(256 引出脚 0 8mmBGA)的每个引出脚都使用同样材料的总量，恰好是小于 2 毫克的模塑化合物。DIP 和通过空穴封装是 IC 产业最老的封装工艺，它采用较低性能的模塑化合物，目前 DIP 仅限于低端应用之中。环氧树脂、甲氧甲酚、线性酚醛清漆(ECN)是最基本、最基础的树脂。ECN 是价格最低的树脂，每公斤平均
12、价格为 45 美元。石英玻璃(含一种非晶结构的角粒子)是最基本的填充料，每公斤平均价格为 2 美元。所以，DIP 模塑化合物每公斤最终销售价为 79 美元。PLCC、QFP 等表面安装 IC 封装采用 EMC 树脂，EMC 树脂采用先进的 ECNOCN 树脂或双环戊二烯树脂(DCPD) ，它与 ECN 树脂相比具有较好的湿电阻和较低的应力。EMC 树脂每公斤价格接近 6-8 美元，比 DCPD 价格略高些。球状硅石也是一种填充料，它是可熔化的，它与石英玻璃相反，是含球粒子，所以它可与石英玻璃混合作为填充料使用。球状硅石在基本树脂中允许紧密封装，所以每单位体积能添加更多的填充料，并具有较好的湿电
13、阻。球状硅石的价格随所采用的比例和等级而变化。其每公斤典型价格为 23 美元。所以表面安装封装的模塑化合物最终销售价每公斤为 812 美元。薄型表面安装封装和陈列封装采用的模塑化合物是最先进的树脂，它是基于联苯和多功能环氧树脂，每公斤价格为 1214 美元。混合的球状硅石填充料每公斤平均价格为 3-4 美元。所以 BGA 封装所用的模塑化合物每公斤平均价格为 1820 美元，它是最贵的一种模塑化合物。 由于半导体器件封装的小型化、片状化、薄型化和球陈列化，每个器件所用的封装材料越来越少，使封装材料供应商陷入困境，迫使封装材料供应商采用更先进的技术生产先进的封装材料，期望这种先进的封装材料价格比低技术的封装材料有一个好的价格，领导封装材料的许多大公司已经开始这样做了，或许明天会给他们带来赢利
