封裝技術(shù)是一種將芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳互聯(lián)起來(lái),并用絕緣的材料外殼打包起來(lái)的技術(shù),用通俗的話(huà)來(lái)講,就是一種將集成電路打包的技術(shù)。用我們最常見(jiàn)的內(nèi)存條來(lái)舉例,我們直觀瞧見(jiàn)的體積和外觀并非真正內(nèi)存的大小和面貌,而是內(nèi)存芯片經(jīng)過(guò)打包(即封裝)后的產(chǎn)品。
合格的封裝能夠?qū)χ黧w產(chǎn)品進(jìn)行物理保護(hù),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化互連。電子封裝材料伴隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)小型化、高密度、高質(zhì)量組裝的要求越來(lái)越高;并且集成電路的集成度迅猛增加,芯片運(yùn)行的發(fā)熱量也急劇上升,封裝材料若不能緩解這個(gè)問(wèn)題,芯片的使用壽命下降是必然的。本文就常用的幾種電子封裝材料進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹:
合格的電子封裝材料需要擁有的性能要求有哪些?
(1)低的熱膨脹系數(shù)
(2)優(yōu)異的導(dǎo)熱性能
(3)良好的氣密性,可抵御高溫、高濕、腐蝕輻射等極端環(huán)境對(duì)電子器件的影響
(4)高強(qiáng)度和高剛度,可對(duì)內(nèi)里芯片起到支撐保護(hù)作用
(5)良好的加工成型和焊接性能,以便加工成復(fù)雜形狀
(6)在航空航天和其他便攜式電子器件的應(yīng)用中,電子封裝材料應(yīng)具有密度小的特性,以便減輕器件重量。
常見(jiàn)的幾種電子封裝材料有:
根據(jù)所用的材料來(lái)劃分半導(dǎo)體器件封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝。
(1)金屬封裝:
金屬封裝是半導(dǎo)體器件封裝的最原始形式,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、散熱性能優(yōu)良等特點(diǎn),且氣密性好,不受外界環(huán)境因素的影響;缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,外形靈活性小,不能滿(mǎn)足半導(dǎo)體器件日益快速發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的金屬封裝材料有Cu、Al、Mo、W、Kovar、Invar以及W/Cu和Mo/Cu合金。
(2)塑料封裝:
塑料封裝的散熱性、耐熱性、密封性雖然遜于陶瓷封裝和金屬封裝,但塑料封裝具有低成本、薄型化、工藝較為簡(jiǎn)單、適合自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),它的應(yīng)用范圍極廣,從一般的消費(fèi)性電子產(chǎn)品到精密的超高速電腦中隨處可見(jiàn),也是目前微電子工業(yè)使用最多的封裝方法。
塑料封裝所使用的材料主要是熱固性塑料,包括酚醛類(lèi)、聚酯類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)和有機(jī)硅類(lèi),其中環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用最為廣泛,但氣密性不好,對(duì)濕度敏感,例如潮濕環(huán)境下水汽會(huì)造成封裝器件中的內(nèi)部金屬層被腐蝕破壞,并且塑料封裝晶體管多數(shù)含鉛,毒性較大。
(3)陶瓷封裝:
陶瓷是硬脆性材料,陶瓷封裝屬于氣密性封裝,是高可靠度需求的主要封裝技術(shù),主要材料包括氧化鋁、氧化鈹和氮化鋁等。
當(dāng)今的陶瓷技術(shù)已可將燒結(jié)的尺寸變化控制在0.1%的范圍,可結(jié)合厚膜技術(shù)制成30-60層的多層連線(xiàn)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu),因此陶瓷也是作為制作多芯片組件(MCM)封裝基板主要的材料之一。
優(yōu)勢(shì):
①在各種IC元器件的封裝中,陶瓷封裝能提供IC芯片氣密性的密封保護(hù),使其具有優(yōu)良的可靠度;
②陶瓷被用作IC芯片封裝的材料,是因其在電、熱、機(jī)械特性等方面極其穩(wěn)定,耐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小和熱導(dǎo)率高;而且它的特性可通過(guò)改變其化學(xué)成分和工藝的控制調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn),不僅可作為封裝的封蓋材料,它也是各種微電子產(chǎn)品重要的承載基板。
劣勢(shì):
①與塑料封裝相比較,它的工藝溫度較高,成本較高;
②工藝自動(dòng)化與薄型化封裝的能力遜于塑料封裝;
③其具有較高的脆性,易致應(yīng)力損害;
④在需要低介電常數(shù)與高連線(xiàn)密度的封裝中,其必須與薄膜封裝技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)
隨著電子產(chǎn)品各方面性能要求的不斷提高,陶瓷封裝外殼在高可靠、大功率電子器件中有了很廣泛的應(yīng)用,芯片需要封裝外殼在確保機(jī)械保護(hù)和密封可靠以外,有很好的與外界的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力。這就要求陶瓷要能夠與和不同的金屬很好的封接,其中金屬化工藝是關(guān)鍵的一道工藝過(guò)程。金屬化是指在陶瓷上燒結(jié)或沉積一層金屬,以便陶瓷和金屬能高質(zhì)量的封接在一起。金屬化的好壞直接影響到封裝的氣密性和強(qiáng)度。
由于陶瓷封裝行業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)具有較高的技術(shù)壁壘,實(shí)用產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)比較高,因此其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋面還需考慮成本原因。