高端封裝對環(huán)氧塑封料的要求及解決方案

譚 偉，劉紅杰，李蘭俠，陳 暢，成興明，韓江龍

(江蘇華海誠科新材料有限公司，江蘇 連云港 2220047)

高端封裝對環(huán)氧塑封料的要求及解決方案

譚 偉，劉紅杰，李蘭俠，陳 暢，成興明，韓江龍

(江蘇華海誠科新材料有限公司，江蘇 連云港 2220047)

介紹了集成電路用環(huán)氧塑封料的發(fā)展方向及LED反射杯用白色環(huán)氧塑封料的興起。重點(diǎn)對QFN、BGA等單面封裝、MIS基板、MUF、Compress Molding及LED反射杯等對環(huán)氧塑封料的要求及解決方案進(jìn)行了闡述。

環(huán)氧塑封料、翹曲、MIS、MUF、LED反射杯

環(huán)氧塑封料，又稱環(huán)氧模塑料、EMC（Epoxy Molding Compound），是集成電路后道封裝的主要原材料之一，它的發(fā)展是緊跟集成電路與封裝技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。隨著集成電路與封裝技術(shù)的飛速發(fā)展越來越顯示出其基礎(chǔ)地位、支撐地位的作用。環(huán)氧塑封料作為一種微電子封裝材料，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體器件、集成電路芯片的封裝。目前，國際上傳統(tǒng)的TO、DIP封裝類型的市場份額已經(jīng)低于20%，先進(jìn)的SO、PLCC、QEP、TAB等封裝類型已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，市場份額超過60%；而BGA、CSP、MCM、SIP等新興封裝類型正在逐步增長，預(yù)計到2020年將成為主流封裝形式。

目前世界上環(huán)氧塑封料生產(chǎn)廠家主要集中在日本、韓國、中國等國家地區(qū)，主要銷售到中國內(nèi)地和中國臺灣地區(qū)、美國、日本、韓國等。

1 封裝技術(shù)的發(fā)展動向

1.1 集成電路用環(huán)氧塑封料的發(fā)展方向

集成電路封裝正在由傳統(tǒng)的引線框架封裝轉(zhuǎn)向基板封裝，使得封裝行業(yè)發(fā)生了根本的變化，而封裝互連技術(shù)方面正在朝向芯片倒裝互連的方向發(fā)展。新的封裝形式正在不斷涌現(xiàn)，BGA、CSP、3D TSV、SIP成為發(fā)展的重點(diǎn)。出于成本及集成度考慮，最近在長電科技發(fā)展起來的MIS基板技術(shù)是新興起的一種技術(shù)。

MIS的全稱為預(yù)包封互聯(lián)系統(tǒng)（Molded Interconnect System），是將電子封裝中的低成本包封技術(shù)與高密度基板制造技術(shù)結(jié)合起來，首次在引線框技術(shù)上導(dǎo)入高密度互聯(lián)布線設(shè)計，提高引線框的互聯(lián)能力和封裝設(shè)計靈活性。這一技術(shù)實現(xiàn)了芯片封裝的微型化、高密度、高性能、多功能和低成本的突破。

1.2 LED反射杯支架用白色環(huán)氧塑封料的發(fā)展方向

目前LED行業(yè)已經(jīng)從原有技術(shù)含量高、新技術(shù)和新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，重視技術(shù)，提升產(chǎn)品性價比的階段走向一個依靠降低成本、擴(kuò)大市場份額的階段。使用EMC來生產(chǎn)LED支架也正是在這個大環(huán)境下產(chǎn)生的。由于使用EMC的LED支架具有原有PPA引線框架結(jié)構(gòu)的典型特點(diǎn)以及能達(dá)到迅速降低光使用成本的兩個特點(diǎn)，使之成為2013年封裝產(chǎn)業(yè)的一大焦點(diǎn)，EMC支架由過去用于1～2 W LED快速發(fā)展至2～3 W LED，加上價格加速下滑，同步威脅過去用于小功率的PPA支架以及大功率的陶瓷基板市場。

目前EMC LED支架已經(jīng)量產(chǎn)并獲得了大量應(yīng)用，由于LED燈具的高功率應(yīng)用，白色的EMC材料將向著更高反射率，更高的耐熱性能發(fā)展。

2 幾個重點(diǎn)封裝形式對環(huán)氧塑封料的要求及解決方案

2.1 QFN，BGA，TF卡等單面封裝

對于QFN、BGA、TF卡等單面不對稱封裝形式，加上不同廠家設(shè)計不同，芯片大小和其占封裝體的體積也不同，因此翹曲是其最大的挑戰(zhàn)，基本無法使用同一種塑封料來滿足不同的封裝設(shè)計，封裝廠也需要使用各種各樣的后續(xù)工藝，如在高溫下加壓后固化等來強(qiáng)制將翹曲平整化，但是這種工藝對芯片等存在潛在的傷害。因此要求塑封料對不同的設(shè)計要有更好的適應(yīng)性。

翹曲產(chǎn)生的根本原因在于塑封料的化學(xué)收縮和物理收縮與銅引線框架及硅芯片的物理收縮不一致，而從塑封料的設(shè)計來說，一方面要選擇合適的填料含量來控制物理收縮，另一方面，要選擇合適的樹脂體系和催化劑體系來控制化學(xué)收縮，使塑封料在后固化階段化學(xué)收縮小一些，同時還需要盡量降低整個體系的應(yīng)力水平。只有這樣才能使環(huán)氧塑封料的翹曲具有較大的普適性。

2.2 MIS封裝

做為新興的預(yù)包封內(nèi)互聯(lián)系統(tǒng)基板（MIS）封裝，對塑封料來說，基板的翹曲是首先要面臨的問題之一，尤其是one block設(shè)計。由于其基板設(shè)計上塑封料與鍍銅相間且非常復(fù)雜，翹曲和塑封料與鍍銅所占體積的比例大小有很大關(guān)系，翹曲控制方法與QFN、BGA等單面封裝設(shè)計完全不同，另一方面由于基板中的塑封料還要承受后道的貼片、打線工藝中的局部高溫和再次175°烘烤，存在再次整體翹曲或者局部翹曲的可能性。因此一般采用高Tg的環(huán)氧塑封料來解決此問題。

2.3 MUF及Compress molding封裝方式

MUF和Compress Molding一般用于高端高密度的BGA封裝以解決沖絲及可靠性的問題。但是由于這兩種方式使用的是環(huán)氧塑封料顆粒，在生產(chǎn)中會產(chǎn)生氣孔及粉末抓取質(zhì)量均一等問題，所以這兩種封裝方式要求環(huán)氧塑封料顆粒的粒度分布適中，不能有太細(xì)的粉末和太粗的粉末。另一方面，如果將顆粒做成圓柱狀粉末將更有效地解決氣孔問題。

2.4 LED支架用白色環(huán)氧塑封料

由于Led支架要求反射杯要具有高的反射率，高耐黃變性能、高耐UV性能，因此EMC采用必須使用耐熱性優(yōu)良的熱固性環(huán)氧樹脂與酸酐，配合高填充的反光材料、抗氧劑及抗UV劑等制造而成，同時由于環(huán)氧樹脂具有其良好的流動性，因此可以比PCT和PPA添加更多的鈦白粉，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了其耐高溫老化、耐UV老化等性能；相比較PCT和PPA來說，由于環(huán)氧樹脂具有更多極性基團(tuán)，其與銀框架的粘接力得以很大的提升，從而EMC支架的氣密性得到更好的保證；另一方面，由于EMC中加入了更多的填料，使得其導(dǎo)熱率也有所提高，對LED燈珠的整體散熱效果也有所幫助。

另一方面，對于SMD型LED支架基板封裝，翹曲也是挑戰(zhàn)之一，這一點(diǎn)與QFN等單面封裝類似，需要控制其化學(xué)收縮和物理收縮。

3 江蘇華海誠科新材料有限公司及其產(chǎn)品介紹

江蘇華海誠科新材料有限公司，是國家高新技術(shù)企業(yè)、江蘇省民營科技企業(yè)、江蘇省科技型企業(yè)、江蘇省兩化融合試點(diǎn)企業(yè)，擁有江蘇省企業(yè)研究生工作站、市級技術(shù)研究中心。是一家專業(yè)從事半導(dǎo)體封裝材料——環(huán)氧模塑料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn)品覆蓋半導(dǎo)體器件、大規(guī)模/超大規(guī)模/特大規(guī)模集成電路、特種電機(jī)以及特種器件等封裝材料，分別用于二極管、功率器件、橋塊、DPARK、DIP、SOT、SSOP/SOP、QFP/TQFP/LQFP、QFN、BGA、節(jié)能電機(jī)、LED支架封裝。

公司建有具有國際先進(jìn)水平的環(huán)氧塑封料中試生產(chǎn)線1條及大生產(chǎn)線2條，現(xiàn)有生產(chǎn)能力10 000噸/年，并建有新型電子封裝材料研究中心，擁有雄厚的研發(fā)實力和完善的測試手段。公司產(chǎn)品覆蓋半導(dǎo)體器件封裝材料、大規(guī)模/超大規(guī)模/極大規(guī)模集成電路材料、特種電機(jī)封裝材料、LED封裝材料等，并擁有集產(chǎn)品測試、應(yīng)用、考核和技術(shù)服務(wù)于一身的一條龍配套服務(wù)能力。

公司堅持科技創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，以人才為依托，以技術(shù)開發(fā)為基礎(chǔ)，以成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品開發(fā)為重點(diǎn)，并緊密追蹤先進(jìn)技術(shù)發(fā)展方向，在半導(dǎo)體封裝與組裝材料等領(lǐng)域開展前瞻性研究開發(fā)，提高成果轉(zhuǎn)化率。近兩年，公司憑借強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊和雄厚的技術(shù)力量，開發(fā)完成新產(chǎn)品20多項，掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)，擁有專利17項。研發(fā)成功的MIS封裝用塑封料、QFN的塑封料、LED支架用白色環(huán)氧塑封料 (目前國內(nèi)民營企業(yè)中只有該公司一家進(jìn)行該產(chǎn)品的研發(fā))等新產(chǎn)品，技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)，居國內(nèi)領(lǐng)先。公司在注重新產(chǎn)品新技術(shù)開發(fā)的同時，積極推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，加大市場開拓。公司推出的新產(chǎn)品通過了國內(nèi)國際知名公司用戶的認(rèn)證，并迅速占領(lǐng)了市場。公司發(fā)展目標(biāo)：在未來3～5年內(nèi)發(fā)展成為國內(nèi)微電子材料第一品牌，躋身世界一流微電子材料供應(yīng)商。

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1004-4507(2015)03-0040-03

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