传统金属封装材料及其局限性..
(完整)半导体集成电路芯片封装技术复习资料_
半导体集成电路封装技术复习大纲第一章集成电路芯片封装技术1.（P1）封装概念：狭义：集成电路芯片封装是利用（膜技术)及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺.广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备,并确保整个系统综合性能的工程。
2。
集成电路封装的目的：在于保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能.3.芯片封装所实现的功能：①传递电能，②传递电路信号，③提供散热途径,④结构保护与支持.4．在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量,可靠性和成本目标。
5.封装工程的技术的技术层次？第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送,并可与下一层次的组装进行连接的模块元件.第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。
第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。
第四层次,将数个子系统组装成为一个完整电子厂品的工艺过程。
6.封装的分类？按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类，按照密封的材料区分,可分为高分子材料和陶瓷为主的种类,按照器件与电路板互连方式，封装可区分为引脚插入型和表面贴装型两大类。
依据引脚分布形态区分，封装元器件有单边引脚，双边引脚，四边引脚,底部引脚四种。
常见的单边引脚有单列式封装与交叉引脚式封装，双边引脚元器件有双列式封装小型化封装，四边引脚有四边扁平封装，底部引脚有金属罐式与点阵列式封装。
7。
芯片封装所使用的材料有金属陶瓷玻璃高分子8.集成电路的发展主要表现在以下几个方面？1芯片尺寸变得越来越大2工作频率越来越高3发热量日趋增大4引脚越来越多对封装的要求：1小型化2适应高发热3集成度提高，同时适应大芯片要求4高密度化5适应多引脚6适应高温环境7适应高可靠性9。
几种主要的封装材料的特性
几种主要的封装材料的特性封装材料是应用于电子元器件封装中的材料，它们具有多种不同的特性。
下面将介绍几种主要的封装材料及其特性。
1.硅胶封装材料：硅胶是最常用的封装材料之一，具有以下特性：-良好的耐热性：硅胶具有较高的耐高温性能，可以在高温环境下保持良好的性能。
-优良的绝缘性能：硅胶具有良好的绝缘性能，可以有效地阻止电流泄漏，提高电子元器件的安全性。
-高效的防护能力：硅胶具有优异的防潮、防尘和耐化学品腐蚀的能力，可以有效保护封装的电子元器件免受外界环境的损害。
2.光敏胶封装材料：光敏胶是一种特殊的封装材料，其特性包括：-高分辨率：光敏胶具有高分辨率的特性，可以实现精细图案的刻蚀和印刷。
-快速固化：光敏胶可以通过紫外线照射来固化，并且固化速度很快，可以提高生产效率。
-良好的粘附性：光敏胶具有良好的粘附性能，可以牢固地粘合封装的电子元器件，提高其机械强度和稳定性。
3.导电胶封装材料：导电胶是一种具有导电性能的封装材料，其特性包括：-优良的导电性能：导电胶具有良好的导电性能，可以有效地传导电流，保证电子元器件的正常工作。
-良好的粘附性：导电胶具有良好的粘附性能，可以牢固地粘合封装的电子元器件，提高其机械强度和稳定性。
-低电阻率：导电胶的电阻率非常低，可以有效地降低电子元器件的电阻，提高其性能。
4.纳米粒子封装材料：纳米粒子封装材料是近年来发展起来的一种新型封装材料-高强度：纳米粒子封装材料具有较高的机械强度，可以有效地保护封装的电子元器件免受外部冲击和挤压的影响。
-优异的导热性：纳米粒子封装材料具有很高的导热性能，可以有效地散热，提高封装的电子元器件的散热效果。
-良好的稳定性：纳米粒子封装材料具有良好的化学稳定性和耐高温性能，可以在极端环境下保持良好的性能。
总之，不同的封装材料具有不同的特性，可以根据具体的应用需求选择合适的材料来封装电子元器件。
电子封装材料及其应用
8
退出
电密子封器材件料和集成电路的密封材料主要是陶瓷 和塑料。最早用于封装的材料是陶瓷和金属， 随着电路密度和功能的不断提高，对封装技术 提出了更多更高的要求，从过去的金属和陶瓷 封装为主转向塑料封装。至今，环氧树脂系密 封材料占整个电路基板密封材料的90％左右．
树脂密封材料的组成为环氧树脂(基料树脂 及固化剂)、填料(二氧化硅)、固化促进剂、偶 联剂(用于提高与填料间的润湿性和粘结性)、 阻燃剂、饶性赋予剂、着色剂、离子捕捉剂(腐 蚀性离子的最后固一页化)和上一脱页 模剂下一等页 。目目前录，国退外出890
2)绝缘性好、 可靠性高
3)强度高, 热稳定性好
4)低热膨胀系数, 高热导率
5)气密性好,化学性能稳定
6)耐湿性好, 不易产生微裂现象
劣势： 成本较高，适用于高级微电子器件的封装
（航空航天及军事领域）
最后一页
上一页
下一页
目录
12
退出
Al2O3陶瓷基片由于原料丰富、强度、硬度高、绝缘性、
化学稳定性、 与金属附着性良好，是目前应用最成熟的陶瓷
最后一页
上一页
下一页
目录
5
退出
封装基板主要包括三种类型:
1) 硬质 BT 树脂基板：硬质 BT 树脂基板主 要由 BT 树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂）和玻 纤布经反应性模压工艺而制成。
2)韧性 PI(聚酰亚胺) 薄膜基板：在线路微 细化、轻量化、薄型化、高散热性需求的驱动 下，主要用于便携式电子产品的高密度、多 I/O 数的 IC 封装。
最后一页
上一页
下一页
目录
14
退出
b.常用塑料基封装材料
环氧模塑料（EMC)具有优良的粘结性、优异的 电绝缘性、强度高、耐热性和耐化学腐蚀性好、吸水 率低，成型工艺性好等特点。环氧塑封料目前存在热 导率不够高，介电常数、介电损耗过高等问题急需解 决。可通过添加无机填料来改善热导和介电性质。
封装的分类
封装的分类描述Sorry, your browser does not support embedded videos.封装的分类一、根据材料分类1、金属封装金属封装始于三极管封装，后慢慢地应用于直插式扁平式封装，基本上乃是金属-玻璃组装工艺。
由于该种封装尺寸严格、精度高、金属零件便于大量生产，故其价格低、性能优良、封装工艺容易灵活，被广泛应用于晶体管和混合集成电路如振荡器、放大器、鉴频器、交直流转换器、滤颇器、继电器等等产品上，现在及将来许多微型封装及多芯片模块（MCM）也采用此金属封装。
金属封装的种类有光电器件封装包括带光窗型、带透镜型和带光纤型；分妒器件封装包括A型、B型和C型；混合电路封装包括双列直插型和扁平型；特殊器件封装包括矩正型、多层多窗型和无磁材料型。
2、陶瓷封装早期的半导体封装多以陶瓷封装为主，伴随着半导体器件的高度集成化和高速化的发展，电子设备的小型化和价格的降低，陶瓷封装部分地被塑料封装代替，但陶瓷封装的许多用途仍具有不可替代的功能，特别是集成电路组件工作频率的提高，信号传送速度的加快和芯片功耗的增加，需要选择低电阻率的布线导体材料，低介电常数，高导电率的绝缘材料等。
陶瓷封装的种类有DIP和SIP；对大规模集成电路封装包括PGA，PLCC，QFP和BGA。
3、金属一陶瓷封装它是以传统多层陶瓷工艺为基础，以金属和陶瓷材料为框架而发展起来的。
最大特征是高频特性好而噪音低而被用于微波功率器件，如微波毫米波二极管、微波低噪声三极管、微波毫米波功率三极管。
正因如此，它对封装体积大的电参数如有线电感、引线电阻、输出电容、特性阻抗等要求苛刻，故其成品率比较低；同时它必须很好地解决多层陶瓷和金属材料的不同膨胀系数问题，这样才能保证其可靠性。
金属一陶瓷封装的种类有分立器件封装包括同轴型和带线型；单片微波集成电路（MMIC）封装包括载体型、多层陶瓷型和金属框架一陶瓷绝缘型。
4、塑料封装塑料封装由于其成本低廉、工艺简单，并适于大批量生产，因而具有极强的生命力，自诞生起发展得越来越快，在封装中所占的份额越来越大。
金属封装材料的现状及发展
金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃—金属封接技术的一种电子封装形式。
它广泛用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。
金属封装形式多样、加工灵活，可以和某些部件(如混合集成的A／D或D／A转换器)融合为一体，适合于低I／O数的单芯片和多芯片的用途，也适合于射频、微波、光电、声表面波和大功率器件，可以满足小批量、高可靠性的要求。
此外，为解决封装的散热问题，各类封装也大多使用金属作为热沉和散热片。
本文主要介绍在金属封装中使用和正在开发的金属材料，这些材料不仅包括金属封装的壳体或底座、引线使用的金属材料，也包括可用于各种封装的基板、热沉和散热片的金属材料。
1 传统金属封装材料及其局限性芯片材料如Si、GaAs以及陶瓷基板材料如A12O3、BeO、AIN等的热膨胀系数(CTE)介于3×10-6-7×10-6K-1之间。
金属封装材料为实现对芯片支撑、电连接、热耗散、机械和环境的保护，应具备以下的要求：①与芯片或陶瓷基板匹配的低热膨胀系数,减少或避免热应力的产生；②非常好的导热性，提供热耗散；③非常好的导电性，减少传输延迟；④良好的EMI／RFI屏蔽能力；⑤较低的密度，足够的强度和硬度，良好的加工或成形性能；⑥可镀覆性、可焊性和耐蚀性，以实现与芯片、盖板、印制板的可靠结合、密封和环境的保护；⑦较低的成本。
传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、钢、可伐合金以及Cu／W和Cu／Mo等，它们的主要性能如表1所示。
1．1 铜、铝纯铜也称之为无氧高导铜(OFHC)，电阻率1．72μΩ·cm，仅次于银。
它的热导率为401W(m-1K-1)，从传热的角度看，作为封装壳体是非常理想的，可以使用在需要高热导和／或高电导的封装里，然而，它的CTE高达16．5×10-6K-1，可以在刚性粘接的陶瓷基板上造成很大的热应力。
相变材料封装技术分类
相变材料封装技术分类一、常见的相变材料封装技术1. 传统封装技术传统封装技术是指使用传统的封装材料（如塑料、金属等）对相变材料进行封装。
这种封装技术简单、成本低，但对相变材料的性能保护有限，无法实现高效的相变温度控制。
2. 微封装技术微封装技术是指利用微纳加工技术将相变材料封装在微小尺寸的器件中。
这种封装技术可以实现对相变材料的高度集成和微观尺度的相变控制，但制造工艺复杂，成本较高。
3. 柔性封装技术柔性封装技术是指使用柔性基底材料（如聚合物薄膜）对相变材料进行封装。
这种封装技术可以实现对相变材料的柔性应用，具有良好的可变形性能和适应性，但对相变温度控制和稳定性要求较高。
二、新兴的相变材料封装技术1. 纳米封装技术纳米封装技术是指利用纳米材料对相变材料进行封装。
这种封装技术可以实现对相变材料的纳米级封装，提高封装效果和性能稳定性，但制备工艺复杂，成本较高。
2. 多功能封装技术多功能封装技术是指在相变材料封装过程中加入其他功能材料，使封装材料具备更多的功能。
例如，加入导热材料可以提高封装材料的导热性能；加入光学材料可以实现光学调控等。
这种封装技术可以实现对相变材料的多功能应用，拓展了其应用领域。
3. 3D打印封装技术3D打印封装技术是指利用3D打印技术对相变材料进行封装。
这种封装技术可以根据具体应用需求进行定制化设计和制造，实现对相变材料的高度个性化封装。
同时，3D打印技术还可以实现对相变材料的复杂结构封装，提高封装效果和性能控制精度。
三、相变材料封装技术的发展趋势1. 封装效果和性能的提升随着科技的不断进步，相变材料封装技术将不断提升封装效果和性能稳定性，实现更精确的相变温度控制和更高的封装密度。
2. 多功能化和智能化相变材料封装技术将向多功能化和智能化方向发展。
封装材料将具备更多的功能，并能根据环境和用户需求实现智能调控，拓展相变材料的应用领域。
3. 环境友好和可持续发展相变材料封装技术将注重环境友好和可持续发展。
功率模块封装材料
功率模块封装材料功率模块是一种用于控制和转换电能的重要组件，广泛应用于电子设备和工业自动化领域。
功率模块的封装材料对其性能和可靠性有着重要影响。
本文将介绍几种常见的功率模块封装材料，包括陶瓷、塑料和金属。
1. 陶瓷封装材料陶瓷封装材料是一种常见的功率模块封装材料，具有优良的电绝缘性能和高温耐受性。
陶瓷材料通常具有较低的热膨胀系数，能够在高温下保持封装的稳定性。
此外，陶瓷材料还具有良好的抗腐蚀性能和机械强度，能够有效保护功率模块内部的电子元件。
2. 塑料封装材料塑料封装材料是功率模块常用的封装材料之一，主要由高分子化合物制成。
塑料材料通常具有较低的成本和较好的可加工性，可以通过注塑或挤出等工艺制作成各种形状的封装。
然而，塑料材料的导热性能相对较差，不适合高功率应用，容易造成温度过高而影响功率模块的性能和寿命。
3. 金属封装材料金属封装材料是功率模块的常见封装选择之一，主要由铝、铜等导热性能较好的金属制成。
金属封装材料具有良好的导热性能和机械强度，能够有效地传递和散发功率模块产生的热量。
此外，金属材料还具有良好的抗腐蚀性和电磁屏蔽性能，能够有效保护功率模块内部的电子元件。
4. 复合封装材料为了综合利用各种材料的优点，一些功率模块采用了复合封装材料。
复合封装材料通常由不同种类的材料组合而成，可以在满足导热性能的同时具有较好的电绝缘性能和机械强度。
例如，采用陶瓷基板与金属封装相结合，可以同时实现优良的导热性能和可靠的电绝缘性能。
功率模块封装材料的选择应根据具体应用需求来进行。
陶瓷材料适用于高温环境和对电绝缘性能要求较高的场合；塑料材料适用于低功率和低成本的应用；金属材料适用于高功率和较高可靠性要求的应用。
对于一些特殊需求，可以选择复合封装材料以获得更好的综合性能。
在功率模块设计和制造过程中，正确选择和使用封装材料是确保功率模块性能和可靠性的重要因素之一。
几种主要的封装材料的特性
几种主要的封装材料的特性封装材料是用于封装和保护电子元器件的材料。
不同的封装材料具有不同的特性，以下是几种主要的封装材料及其特性：1. 硅（Silicon）：硅是一种常用的封装材料，具有良好的导热性和电阻性能。
它能够有效传导热量，以保持电子元器件的温度稳定，同时也提供良好的电绝缘性能，以防止电气短路。
2. 聚合物（Polymer）：聚合物是一种轻量级和可塑性很强的封装材料。
它具有较低的成本、良好的机械强度和尺寸稳定性，可满足不同封装需求。
聚合物材料还可以被加工为不同形状和尺寸，以适应各种封装设计。
3. 陶瓷（Ceramic）：陶瓷材料是一种在高温和高电压环境下具有优异性能的封装材料。
它具有良好的耐腐蚀性和高绝缘性能，能够有效保护电子元器件免受外界环境的侵害。
陶瓷材料还具有较高的机械强度和热导率，可以有效排除产生的热量。
4. 导热胶（Thermal grease）：导热胶是一种具有较高热导率的封装材料。
它通常用于电子元器件和封装基板之间的热接触界面，以提高热量的传导效率。
导热胶具有良好的黏附性和填充性，能够填充微小的间隙并同时排出热量。
5. 玻璃（Glass）：玻璃是一种具有较高的耐热性和绝缘性能的封装材料。
它可以承受高温环境下的应力和压力，并保持电子元件的稳定性。
由于玻璃的透明性和耐腐蚀性，它还经常用于光学封装和显示器件中。
6. 金属（Metal）：金属材料常用于高功率和高电流应用的封装材料。
它具有良好的导电性和导热性，并能够有效抵抗电磁干扰。
金属材料还具有较高的机械强度，可以保护内部电子元器件免受外部冲击和振动的影响。
以上所列的封装材料仅是几种常见的材料，实际上还有其他许多封装材料，如纳米材料、聚酰亚胺等。
每种封装材料都有其独特的特性和应用领域，根据具体的封装需求和工作环境选择适合的材料非常重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传统金属封装材料——Cu／W和Cu／Mo
为了降低Cu的CTE，可以将铜与CTE数值较小的物质如 Mo、W等复合，得到Cu／W及Cu／Mo金属-金属复合材料。这 些材料具有高的导电、导热性能，同时融合W、Mo的低CTE、 高硬度特性。Cu／W及Cu／Mo的CTE可以根据组元相对含量的 变化进行调整，可以用作封装底座、热沉，还可以用作散热片。
电子制造及半导体封装
传统金属封装材料及其局限性
教学目标：
（1）了解金属封装材料的要求；
（2）了解传统金属封装材料及其局限性；（重难点）
引入课题
金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，
引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃—金属封接技术的一种电子封装形式。它广泛 用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军 事及航空航天领域得到了广泛的应用。金属封装形式多样、加工灵活，可以和某些部 件(如混合集成的A／D或D／A转换器)融合为一体，适合于低I／O数的单芯片和多芯片
7、较低的成本。
传统金属封装材料
传统金属封装材料包括 Al、Cu、Mo、W、钢、 可伐合金以及Cu／W和 Cu／Mo等，它们的主要 性能如表1所示。
传统金属封装材料——铜、铝
纯铜也称之为无氧高导铜(OFHC)，电阻率1．72μΩ ·cm， 仅次于银。它的热导率为401W(m-1K-1)，从传热的角度看，作 为封装壳体是非常理想的，可以使用在需要高热导和／或高电导 的封装里。然而，它的CTE高达16．5×10-6K-1，可以在刚性粘 接的陶瓷基板上造成很大的热应力。
本节内容介绍
（1）金属封装材料的要求； （2）传统金属封装材料；
（3）封装的发展趋势；
金属封装材料的要求
芯片材料如Si、GaAs以及陶瓷基板材料如A12O3、BeO、 AIN等的热膨胀系数(CTE)介于3×10-6-7×10-6K-1之间。金属封 装材料为实现对芯片支撑、电连接、热耗散、机械和环境的保护， 应具备以下的要求：
传统金属封装材料——钨、钼
W具有与Si和GaAs相近的热膨胀系数，且导热性很好，可 用于芯片的支撑材料，但由于加工性、可焊性差，常需要在表面 镀覆其他金属，使工艺变得复杂且可靠性差。W、Mo价格较为 昂贵，不适合大量使用。此外密度较大，不适合航空、航天用途。
传统金属封装材料——钢
10号钢热导率为49．8W(m-1K-1)，大约是可伐合金的三 倍，它的CTE为12．6×10-6K-1，与陶瓷和半导体的CTE失配， 可与软玻璃实现压缩封接。不锈钢主要使用在需要耐腐蚀的气密 封装里，不锈钢的热导率较低，如430不锈钢(Fe-18Cr，中国牌 号4J18)热导率仅为26．1W(m-1K-1)。
铝及其合金重量轻、价格低、易加工，具有很高的热导率， 在25℃时为237W(m-1K-1)，是常用的封装材料，通常可以作为 微波集成电路(MIC)的壳体。但铝的CTE更高，为23．2×10-6K1，与Si(4．1×10-6K-1)和GaAs(5.8×10-6K-1)相差很大，器件 工作日寸的热循环常会产生较大的热应力，导致失效。
传统金属封装材料——铜、铝
虽然设计者可以采用类似铜的办法解决这个问题，但铜、 铝与芯片、基板严重的热失配，给封装的热设计带来很大困难， 影响了它们的广泛使用。
传统金属封装材料——铜、铝
铝及其合金重量轻、价格低、易加工，具有很高的热导率， 在25℃时为237W(m-1K-1)，是常用的封装材料，通常可以作为 微波集成电路(MIC)的壳体。但铝的CTE更高，为23．2×10-6K1，与Si(4．1×10-6K-1)和GaAs(5.8×10-6K-1)相差很大，器件 工作日寸的热循环常会产生较大的热应力，导致失效。
传统金属封装材料——钨、钼
Mo的CTE为5．35×10-6K-1，与可伐和Al2O3非常匹配， 它的热导率相当高，为138W(m-K-1)，故常作为气密封装的底 座与可伐的侧墙焊接在一起，用在很多中、高功率密度的金属封 装中。Mo作为底座的一个主要缺点在于平面度较差，另一个缺 点是在于它重结晶后的脆性。
传统金属封装材料——可伐
可伐合金(Fe-29Ni-17Co，中国牌号4J29)的CTE与Si、 GaAs以及Al2O3、BeO、AIN的CTE较为接近，具有良好的焊接 性、加工性，能与硼硅硬玻璃匹配封接，在低功率密度的金属封 装中得到最广泛的使用。但由于其热导率低，电阻率高，密度也 较大，使其广泛应用受到了很大限制。
的用途，也适合于射频、微波、光电、声表面波和大功率器件，可以满足小批量、高
可靠性的要求。此外，为解决封装的散热问题，各类封装也大多使用金属作为热沉和 散热片。本文主要介绍在金属封装中使用和正在开发的金属材料，这些材料不仅包括 金属封装的壳体或底座、引线使用的金属材料，也包括可用于各种封装的基板、热沉 和散热片的金属材料。
传统金属封装材料——铜、铝
为了减少陶瓷基板上的应力，设计者可以用几个较小的基 板来代替单一的大基板，分开布线。退火的纯铜由于机械性能差， 很少使用。加工硬化的纯铜虽然有较高的屈服强度，但在外壳制 造或密封时不高的温度就会使它退火软化，在进行机械冲击或恒 定加速度试验时造成外壳底部永久变形。
传统金属封装材料——铜、铝
金属封装材料的要求
1、与芯片或陶瓷基板匹配的低热膨胀系数,减少或避免热应力的 产生； 2、非常好的导热性，提供热耗散；
3、非常好的导电性，减少传输延迟；
4、良好的EMI／RFI屏蔽能力；
金属封装材料的要求
5、较低的密度，足够的强度和硬度，良好的加工或成形性能； 6、可镀覆性、可焊性和耐蚀性，以实现与芯片、盖板、印制板 的可靠结合、密封和环境的保护；
传统金属封装材料——Cu／W和Cu／Mo
由于Cu-Mo和Cu-W之间不相溶或浸润性极差，况且二者 的熔点相差很大，如果制备的Cu／W及Cu／Mo致密程度不高， 则气密性得不到保证，影响封装性能。 另一个缺点是由于W的百分含量高而导致Cu／W密度太大， 增加了封装重量。