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传统封装材料
一、金属封装材料

金属封装材料是最早发展起来的封装材料,其具有较高的热导率和力学强度,加工性能较好,并且对电磁有一定的屏蔽作用。传统的金属封装材料主要包括 Cu、Al、W、Mo以及 Kovar合金(Fe-Co-Ni合金)、Invar合金(Fe-Ni合金)。Cu和 Al有较高的热导率,散热性能优良,但其热膨胀系数较高,较难与硅片匹配,芯片在工作时产生的热循环将造成较大的应力,并且 Cu的密度较高。Kovar合金和Invar合金的热膨胀系数与硅片能够较好匹配,但热导率较低,在高度集成的封装器件中,其较低的散热性能将严重影响芯片的工作性能,并且与 Al相比材料的密度相比 Al较高,刚度较差。W、Mo的导热性能相比 Kovar合金与Invar合金有较大的提高,且热膨胀系数较低,但其与硅片的润湿性差,在实际使用过程中需在其表面涂覆 Ag或 Ni,增加了工艺的复杂性与成本,并且 W、Mo的密度较大,因此在航天航空领域的使用受到限制。
二、陶瓷封装材料
陶瓷封装材料主要用于电子封装基片材料,其介电常数较低,高频性能较好;强度较高,化学稳定性较好;热导率较高且热膨胀系数较低;气密性能优良,耐湿性好。目前使用较为广泛的陶瓷封装材料是 Al2O3,占整个陶瓷封装材料的90%,其余陶瓷封装材料主要包括 AlN、BeO、BN、SiC等。Al2O3 陶瓷基片材料的加工技术较为成熟,应用也最为广泛,有着较好的综合性能且价格低廉。但 Al2O3 陶瓷基片材料的热导率相对较低,且热膨胀系数与硅片存在一定的差异,因此在大型集成电路中的使用受到限制。在实际制备过程中,需尽可能提高 Al2O3 的含量,提高粉体的烧结致密度,以使综合性能得到提升,但这也会导致烧结温度升高,增加了成本。AlN 陶瓷基片材料有着较好的综合性能,同时相比Al2O3 有着较高的热导率,热膨胀系数能够与硅片较好匹配,因此成为国内外研究的重点,但 AlN 陶瓷基片材料对纯度和烧结致密度的要求较高,材料的制备工艺难度和成本都较高,批量化生产难度较大。BeO 陶瓷有着与金属材料相近的热导率,适用于高功率集成电路基片材料,但其烧结温度较高,使得材料的制备成本大大提高,同时 BeO 存在一定的毒性,因此大规模的使用受到限制。综上所述,陶瓷基片材料在综合性能上较为优异,可用于高可靠、高频、耐高温、强气密性的封装领域,但同时也存在一定的缺陷,整体成本较高,目前一般用于航空航天领域。
三、塑料封装材料
塑料封装材料是封装材料中的后起之秀,具有成本低,工艺简单,绝缘性好,易于实现电子产品小型化、轻量化等优点,目前已占到整个封装材料领域的90%。塑料封装材料主要是热固性聚合物材料,包括环氧类、酚醛类、聚酯类以及有机硅类聚合物材料,其中环氧树脂的应用最为广泛。但是塑料封装材料存在气密性较差、对湿度较为敏感等缺陷,因此采用塑料封装的芯片在存放方面需要特别注意,在回流焊接前还需对其进行较长时间的烘烤,若材料吸水后直接进行回流焊接,则塑封料吸收的水分受热膨胀,容易引起芯片的爆裂;同时水气还会影响材料的热力学性能,在高温下降低材料的弹性模量与强度;此外水气还会导致封装内部金属层的腐蚀破坏,大大降低封装的可靠性。因此塑料封装材料无法适应恶劣的环境,只能用于对可靠性要求不高的民用领域。
 
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此文关键词:金属封装材料、陶瓷封装材料、塑料封装材料
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