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一文了解半導(dǎo)體環(huán)氧塑封料

發(fā)布人:旺材芯片 時(shí)間:2023-04-08 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章

來(lái)源:艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)


環(huán)氧塑封料(Epoxy Molding Compound,簡(jiǎn)稱(chēng) EMC)全稱(chēng)為環(huán)氧樹(shù)脂模塑料,是用于半導(dǎo)體封裝的一種熱固性化學(xué)材料,是由環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂,以高性能酚醛樹(shù)脂為固化劑,加入硅微粉等填料,以及添加多種助劑加工而成,主要功能為保護(hù)半導(dǎo)體芯片不受外界環(huán)境(水汽、溫度、污染等)的影響,并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱、絕緣、耐濕、耐壓、支撐等復(fù)合功能。


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環(huán)氧塑封料可應(yīng)用于集成電路、分立器件等半導(dǎo)體的封裝,90%以上的集成電路均采用環(huán)氧塑封料作為包封材料,因此,環(huán)氧塑封料已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐產(chǎn)業(yè)。


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環(huán)氧塑封料與半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān),是保證芯片功能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵材料,極大地影響了半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。由于半導(dǎo)體封裝特殊工藝需要,其對(duì)封裝材料性能要求極高。經(jīng)過(guò)封裝后的半導(dǎo)體器件需要在高溫高濕處理后仍能夠耐受260℃的無(wú)鉛回流焊,并要求封裝材料在該過(guò)程中不會(huì)由于應(yīng)力過(guò)高而出現(xiàn)與芯片、基島、導(dǎo)電膠或者框架分層或開(kāi)裂、離子含量過(guò)高而使得芯片電性能失效等情況,因此,封裝材料需要通過(guò)多種理化性能指標(biāo)(如流動(dòng)長(zhǎng)度、熱膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、粘度、吸水率、介電常數(shù)等)之間的平衡,以實(shí)現(xiàn)日益提升的工藝性能以及應(yīng)用性能要求。


 歷代封裝技術(shù)對(duì)環(huán)氧塑封料的主要性能

封裝技術(shù)發(fā)展階段

對(duì)應(yīng)封裝形式

環(huán)氧塑封料性能要求

第一階段

TO、DIP 等

重點(diǎn)考察環(huán)氧塑封料的熱性能與電性能,要求在配方設(shè)計(jì)中關(guān)注固化時(shí)間、Tg、CTE、導(dǎo)熱系數(shù)、離子含量、氣孔率等因素

第二階段

SOT、SOP 等

重點(diǎn)考察環(huán)氧塑封料的可靠性、連續(xù)模塑性等性能,要求在配方設(shè)計(jì)中關(guān)注沖絲率、固化時(shí)間、流動(dòng)性、離子含量、吸水率、粘接力、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量等因素

第三階段

QFN、BGA 等

重點(diǎn)考察環(huán)氧塑封料的翹曲、可靠性、氣孔等性能,要求在配方設(shè)計(jì)中關(guān)注流動(dòng)性、粘度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、Tg、CTE、應(yīng)力、吸水率、粘接力等因素

第四、第五階段

SiP、FOWLP 等

對(duì)環(huán)氧塑封料的翹曲、可靠性、氣孔提出了更高的要求,部分產(chǎn)品以顆粒狀或液態(tài)形式呈現(xiàn),要求在配方設(shè)計(jì)中關(guān)注粘度、粘接力、吸水率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、Tg、CTE、離子含量、顆粒狀材料的大小等因素


環(huán)氧塑封料應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝工藝中的塑封環(huán)節(jié),屬于技術(shù)含量高、工藝難度大、知識(shí)密集型的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。在塑封過(guò)程中,封裝廠商主要采用傳遞成型法將環(huán)氧塑封料擠壓入模腔并將其中的半導(dǎo)體芯片包埋,在模腔內(nèi)交聯(lián)固化成型后成為具有一定結(jié)構(gòu)外型的半導(dǎo)體器件。
圖片圖  環(huán)氧塑封料模塑成型的簡(jiǎn)要工藝流程圖         
環(huán)氧塑封料生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)包括預(yù)處理、配料、高攪、磁選、擠出、粉碎、后混合、打餅等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)。環(huán)氧塑封料的技術(shù)難度主要體現(xiàn)在:         
(1)配方體系復(fù)雜         

環(huán)氧塑封料的配方體系較為復(fù)雜。在配方開(kāi)發(fā)過(guò)程中,需在眾多化合物中篩選出數(shù)十種原材料(包括主料及添加劑)進(jìn)行復(fù)配,確定合適的添加比例,并充分考慮成本等因素以滿(mǎn)足量產(chǎn)的需求。由于配方中任一原材料的種類(lèi)或比例變動(dòng)都可能導(dǎo)致在優(yōu)化某一性能指標(biāo)時(shí),對(duì)其它性能指標(biāo)產(chǎn)生不利影響(例如,通過(guò)添加填料提升填充性的同時(shí)會(huì)使流動(dòng)性下降),因此,產(chǎn)品配方需要充分考慮各原材料由于種類(lèi)或比例不同對(duì)各項(xiàng)性能造成的相互影響,并在多項(xiàng)性能需求間實(shí)現(xiàn)有效平衡,以保證產(chǎn)品的可靠性。

         
(2)定制化需求         
由于不同客戶(hù)或同一客戶(hù)不同產(chǎn)品的封裝形式、生產(chǎn)設(shè)備選型、工藝控制、前道材料選用、可靠性考核要求及終端應(yīng)用場(chǎng)景等方面存在差異,對(duì)環(huán)氧塑封料的各項(xiàng)性能指標(biāo)都有獨(dú)特的要求,下游封裝廠商對(duì)環(huán)氧塑封料的需求呈現(xiàn)定制化特征。         
(3)匹配封裝技術(shù)         
由于歷代封裝技術(shù)及不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Νh(huán)氧塑封料的性能要求均存在差異,環(huán)氧塑封料廠商需以下游技術(shù)的發(fā)展為導(dǎo)向,持續(xù)開(kāi)發(fā)在理化性能、工藝性能以及應(yīng)用性能等方面與歷代封裝技術(shù)相匹配的新產(chǎn)品,故而業(yè)內(nèi)呈現(xiàn)出“一代封裝,一代材料”的特點(diǎn)。         
封裝技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)對(duì)環(huán)氧塑封料提出了更多、更嚴(yán)苛的性能要求。其中,先進(jìn)封裝中的QFN/BGA、FOWLP/FOPLP等因其不對(duì)稱(chēng)封裝形式而增加了對(duì)環(huán)氧塑封料的翹曲控制要求,同時(shí)要求環(huán)氧塑封料在經(jīng)過(guò)更嚴(yán)苛的可靠性考核后仍不出現(xiàn)任何分層且保持芯片的電性能良好。

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