化工前沿论文--方传杰.doc

化工学科前沿论文题目: 电子封装基片材料研究进展院（部）： 化学工程学院 专业班级： 化工09-4班 学 号： 2009301803 学生姓名： 瞿 新 川 指导教师： 斯 志 怀 2012年 11月 20日电子封装基片材料研究进展现代科学技术的发展对材料的要求日益提高.在电子封装领域，随着电子器件和电子装置中元器件的复杂性和密集性日益提高，开发性能优异，可满足各种要求的电子元器件封装基片已成为当务之急.电子封装基片材料是一种底座电子元件，用于承载电子元器件及其相互联线，并具有良好电绝缘性的基体.因此封装基片必须和置于其上的元器件在电学性质、物理性质、化学性质方面保持良好的匹配.通常，封装基片应具备如下性质(1)导热性能良好.导热性是电子封装基片材料的主要性能指标之一如果封装基片不能及时散热将影响电子设备的寿命和运行状况. 另外，温度分布不均匀也会导致电子器件噪声大大增加;(2)线膨胀系数匹配(主要与Si和GaAs).若二者热膨胀系数相差较大，电子器件工作时的快速热循环易引入热应力而导致失效;(3)高频特性良好，即低的介电常数和低的介质损耗.因为在高速传输信号的布线电路上，信号延迟时间与基片材料介电常数平方根成正比.为满足用作高速传输速度器件的要求，要求封装基片材料介电常数低.另外，电子封装基片还应具有机械性能高、电绝缘性能好、化学性质稳定(对电镀处理液、布线用金属材料的腐蚀而言)、易于加工等特点.当然，在实际应用和大规模工业生产中，价格因素也是不可忽视的一个方面.电子封装基片材料研究现状: 电子封装基片材料的种类很多，常用材料包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料和环氧树脂等.有些材料已经在电子封装上取得了较为成熟的应用.但就前面提到的各种性能要求而言，多数材料都不能满足上述所有要求.因此，木文将对各种常用封装基片材料的特陈和研究状况做简要叙述.陶瓷材料是电子封装中常用的一种基片材料，其主要优点在于：高的绝缘性能和优异的高频特性，具有和元器件相近的线膨胀率，很高的化学稳定性和较好的热导率，此外，陶瓷材料还具有良好的综合性能，广泛用于混合集成电路. (HIC)和多芯片模件(MCM).陶瓷封装常为多层陶瓷基片(MLC ).这种技术开始于1961年J L Park发明的流延工艺专利，而陶瓷封装的创始人被认为是Bernard Schwartz,因他领导的研究室开发并拥有许多有关MLC的封装技术专利.从60年代至今，美、日等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片及封装材料和工艺，陶瓷基片已是当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一,目前，已用于实际生产和开发应用的高导热陶瓷基片材料主要包括Al2O3、AIN、 SiC、和BeO等.当采用引脚封装，特别是塑料封装时，环氧玻璃是价格最便宜的一种.这种材料常用于单层、双层或多层印刷板，是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.其基础材料提供结构上的稳定性，树脂则为基片提供可塑性.环氧玻璃基片综合了其各个组成部分的可取特性.例如，玻璃纤维坚硬，但是在弯曲时易折断.然而，当脆的玻璃纤维与坚韧的树脂形成复合物时，就获得了较好的塑性，因为弯曲时，玻璃纤维吸收了大部分的应力.环氧玻璃的导热性较差，电性能和线膨胀系数匹配一般，但由于其价格低廉，因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用.最常用的环氧玻璃基片是FR-X系列层压板，这些层压板的特点是带有灭火剂(因此标定为FR)一旦着火，层压板可以自动灭火.其中，FR-4以玻璃纤维为基础，加有环氧树脂;FR-5与FR一4相似，强度较高，高温下电气特性较好.这些材料都广泛应用于工业界多层电路板的制作中. 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的最优异的性质，如高的热导率(2000 W/mK,25)、低介电常数(5.5)、高电阻率和毛穿场强.从木世纪60年代起，微电子界开始利用金刚石作为半导体器件封装基片白努力，并将金刚石作为散热材料，用在微波雪崩二极管、Ge IMPATF和激光器上，成功地改进了它们的输出功率.但是，天然金刚石或高温高压下合万金刚石高昂的价格和尺寸的限制，使这种技术;法大规模推广. 近年来，低温低压下化学气相沉积(LPCVD )金刚石薄膜技术迅速发展，它不仅具有设备成本低和沉积面积大的优点，而且能直接沉积在高导热系数的金属、复合材料或单晶硅衬底上，甚至可以制成无支承物的金刚石薄膜片，然后粘结到所需的基片上(金属或陶瓷)，这为金刚石作为普及应用的商品化封装材料展示了美好的应用前景.但是，CVD金刚石薄膜要实现商品化还必须克服一些问题，例如，解决CVD金刚石薄膜与各种衬底间的线膨胀系数失配的问题、建立一套完整的反应生长动力学理论以指导薄膜的生长、进一步降低薄膜中的结晶和结构缺陷等.随着这些问题的解决，微电子器件的封装将是CVD金刚石薄膜的最大应用领域.绝缘金属基片早己开发成功并用于电子封装中，因其热导率和机械强度高、加工性能好，至今仍是人们继续开发、提高和推广的主要材料之一. 为了解决单一金属作为电子封装基片材料的缺点，人们研究和开发了低膨胀、高导热金属基复合材料.它与其它电子封装材料相比，主要有以下优点:(1)通过改变增强体的种类、体积分数、排列方式，或改变基体的合金成分，或改变热处理工艺等可以实现材料的热物理性能设计;(2)可直接成形，避免了昂贵的加工费用和随之带来的材料损耗;(3)材料制造灵活，生产费用不高，价格正在不断降低. 用于封装基片的金属基复合材料主要为Cu基和Al基复合材料.环氧树脂封装材料是由环氧树脂、固化剂、固化促进剂、无机填料、脱模剂、着色剂等十几种组份配制而成，其中环氧树脂是主要组份，可选用酚醛环氧树脂或双酚A 型环氧树脂。在热和促进剂的作用下，环氧树脂与固化剂发生交联固化反应，固化后成为热固性塑料。按其用途可分为塑封料、包封料和灌封料，其中对塑封料的要求最高。环氧树脂之所以广泛用作电子器件和集成电路的封装材料，是因为它具有以下特性:(1)由于环氧树脂与固化剂反应属于加成聚合，一般来讲收缩率较小，没有副产物；(2)环氧树脂固化后的产物具有优良的耐热性、电绝缘性能、密着性和介电性能，能满足电子、电气的要求;(3)配方中选择不同的固化剂和固化促进剂，可制备各种性能的封装材料，以满足器件和集成电路的不同要求。电子封装材料用环氧树脂要求具有快速固化、耐热、低应力、低吸湿性和低成本，此外还要求树脂品质高，其主要表现在:(1)色泽浅，液体树脂无色透明，固体树脂纯白色;(2)环氧当量变化幅度小:(3)树脂中几乎没有离子性杂质，尤其是钠离子和氯离子;(4)相当低的水解性氯(有机氯端基不纯物);(5)挥发组份、杂质含量低.电子技术的进步对电子封装基片材料提出了苛刻的性能要求:同时，材料的发展对电子产品的性能也起了很大的推动作用.随着电子工业的大力发展，特别是大功率电子元件的广泛应用，电子封装基片材料必将成为材料科学研究领域的热点之一.参考文献1 NMAB .Materials for high-density electronic packaging and inter-connection J.Materia