微电子材料与制程：第十一章 导电、屏蔽、导热、塑封材料

1、2018年深圳大学材料学院本科生课程微电子材料与制程第十一章 导电、屏蔽、导热、塑封材料2电池主板芯片内互连芯片间互连500 nm5-50m导电互连实现电能输送与信号传递，是器件能够工作的根本集成电路芯片与载板间互连10-500m电路板纵向互连电路板平面互连电路板50-1000m元器件与电路板间互连透明导电膜11.1 导电材料离子导体电子导体Cu AgAl Au Ni Fe Sn合金布线材料导电材料锡焊膏导电胶导电浆键合丝凸点电极材料界面材料ICTSVRDLPCBLFTABRDLDIEBump混合导体材料AgCuAlSnAuNiPd石墨石墨烯(10-8m)1.651.752.8311.32.4

2、6.8410.8800-13000.8-1.0价格(元/Kg)40003213129285K80152K1-5活性物质集流体导电剂11.1 导电材料3导电胶的原理产生导电性原理被粘接体溶剂导电银粉加熱硬化（或室温硬化）11.1 导电胶4关于导电胶粉体片状导电粉面接触 导电性好 球状导电粉面接触 导电性不好 11.1 导电胶5决定导电性的三个要素1.导电性粉体（添料）：导电胶中对导电性影响最大的素材2.粘合剂： 缩短填料之间的间距确保导电性3.被粘接体： 导电粘接剂和被粘接体之间存在接触电阻，即使导电胶的导电性好，但和被粘接体的相性不好，回路电阻也会变高。11.1 导电胶6A层保护膜B层胶材（接

3、合剂）/导电粒子C层离型膜 11.1 导电胶胶材导电粒子B层7异方性导电膜（ Anisotropic Conductive Film，ACF） 在Z轴电气导通方向（上下方向）与XY轴绝缘平面（左右方向）的电阻特性具有明显的差异性，利用此特性，使IC晶片与基板两者之间的电极导通，同时又能避免相临两电极之间导通短路，达成只在Z轴方向导通的目的。ACF的材料类型:（B层）导电粒子接合剂碳粒金属颗粒塑胶金属颗粒（主要）塑胶金属塑胶颗粒（主要）构成材料热固性高分子（主要）热塑性高分子热固性热塑性混合物热塑性高分子：具有低温接着，组装快速极容易重工之优点，但亦具有高热膨胀性和高吸湿性缺点，使其处于高温下易

4、劣化，无法符合可靠性、信赖性之需求。热固性高分子：如环氧树脂，具有高温安定性且热膨胀性和吸湿性低等优点，但加工温度高且不易重工为其缺点，但其可靠性高的优点仍为目前采用最广泛之材料。 11.1 导电胶8导电粒子作用： 将IC芯片与基板导通，维持稳定的导通性。 电子显微镜下的导电粒子接合剂作用： 树脂接合剂功能除了防湿气，接着，耐热及绝缘功能外主要为固定IC芯片与基板间电极相对位置，并提供一压迫力量维持电极与导电粒子间的接触面积。 11.1 导电胶9Hitachi（日立）Sony（索尼）ACF的结构特点： ACF厚度 = （B层厚度）= 15m 18m 20m 25m 30m 11.1 导电胶10

5、 Paticel大小（导电粒子直径） =3m 5m 7m 9m 10mHitachi（日立）Sony（索尼）PINiAuPIPINiAu导电粒子的结构特点：11.1 导电胶1111.1 导电胶1211.1 导电胶13ACF发展方向导电粒子1、高密度：随着IC集成化的加强，IC-BUMP间距越来越小，这就同时要求ACF的导电粒子密度更高以适应连接件间的导通性。2、小直径：在采取提高粒子密度同时，减小粒子直径也是ACF后续发展的主要方向。接合剂 随压接工艺的成熟发展，接合剂由原来的热固性向热塑性发展，以便于压接操作的快速完成及重工。11.1 导电胶14 屏蔽是一种直接而有效地控制辐射发射的方法，它

6、是用良导体将干扰源或敏感器包围起来，以隔离被包围部分与外界电的、磁的或电磁的相互干扰。 屏蔽体的总体屏蔽效能是由屏蔽体中最薄弱的环节决定的。要使屏蔽体的屏蔽效能达到某一个值，屏蔽体上所有部位都要达到这个值,即各部位屏蔽效能的匹配是十分重要的。屏蔽体中最薄弱的环节是各种缝隙和孔洞。的总体屏蔽效能是由屏蔽体中最薄弱的环节决定的.要使屏蔽体的屏蔽效能达到某一个值,屏蔽体上所有部位都要达到这个值,即各部位屏蔽效能的匹配是十分重要的 11.2 电磁屏蔽材料 151. 编织丝网导电衬垫11.2 电磁屏蔽材料2. 导电泡棉布衬垫3. 导电橡胶条6. 导电橡胶板5. 定向金属丝4. 铍铜簧片屏蔽衬垫种类161

7、1.2 电磁屏蔽材料7. 编织丝网屏蔽缠带8. 导电胶带实物9. 通风波导窗 硅脂、环氧导电胶是利用硅脂的高粘性和金属颗粒的高导电巧妙结合成的，具有银、铜镀银、铝镀银或玻璃镀银填料颗粒，是一种室温固化的导电胶，固化后形成一个易弯曲且有弹性的导电连接头或密封垫，有单组份和双组份之分。10. 导电涂料、导电胶1711.2 电磁屏蔽材料1811.2 电磁屏蔽材料19多功能、低成本轻、薄、短、小上世纪60年代计算机目前智能手机半导体线宽已进入10nm以下时代！电子产品失效超过50%因过热造成，超温每10度，失效率增一数量级11.3 导热散热材料20石墨散热片物质空气环氧树脂AgCuAlSnNiAl2O

8、3石墨金刚石石墨烯热导率(W/mK)0.020.2左右43240120067903620-1000900-20005300散热外壳界面材料导热散热材料导热塑料导热基板均热片/盖散热器/片导热膏导热垫导热焊料导热胶导热泥相变材料TIM1TIM2Q11.3 导热散热材料2122类型构造成分使用工艺优点缺点图示导热脂导热胶导热垫导热双面胶带复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如硅油）由胶粘剂与导热颗粒组成玻璃纤维或其他载体导热填料的胶液涂于基材上，形成双面胶带状的界面导热材料导热颗粒通常采用氧化锌、氧化铝、氮化硼、氧化银、银粉、铜粉等环氧树脂系丙烯酸系有机硅系硅橡胶和导热颗粒亚敏胶粘剂、基材、底层

9、处理剂、背面处理剂和隔离纸印刷、点涂涂覆粘贴粘贴维修方便、价格便宜。热阻很小，适合大功率器件的散热。固化条件简单、固化速度快等优点。适合有较大间隙需要填充，操作方便。可根据界面形状灵活制备各种形状，操作方便简单操作费时，工艺控制要求较高，难度大只适合用于小功率器件的散热；对散热器表面状态敏感。导热系数一般较低，多用于小功率器件2211.3 导热散热材料11.3 导热散热材料2310.4 塑封料2411.4 塑封料25塑封树脂塑封树脂的主要成分环氧树脂（约20%）固化剂（约10%）固化促进剂（小于1%）固体颗粒（约70%）脱膜剂（小于1%）改性剂（小于5%）其他（小于2%）11.4 塑封料26塑

10、封树脂各成分的作用 微粉 对成形时的收缩率，热膨胀系数，导热性，导电性，机械强度等有调节作用 脱模剂 脱模性，结合强度，印刷性进行调整 固化促进剂 固话性，保存时的稳定性进行调整 固化剂 与环氧树脂发生固化反应 环氧树脂 主成分，决定了成形性，机械特性，电特性，吸水性，耐热性等基本特性其他添加剂着色剂难燃剂其它 改性剂 降低应力，调节弹性10.4 塑封料27环氧树脂10.4 塑封料28为什么树脂会固化 环氧树脂 固化剂在高温及固化催化剂的条件下，环氧树脂与固化剂发生反应 生成立体网状结构10.4 塑封料29固体微粒量与树脂特性的关系10.4 塑封料30其他成分10.4 塑封料3110.4 塑封料32树脂塑封原理 先将树脂块传送到压缸下的位置，用射频加热等方法预热。再加热到熔化温度（170-180）。然后在液压缸的挤压下，熔融状树脂通过通道灌入塑封膜腔中，大约几十秒后，树脂失去流动性而凝固。10.4 塑封料3334树脂基体电子胶水填 料种类含量形貌大小表面