电子封装用环氧树脂的研究进展

规 模 小 ； 生 产 工 艺 技 术 和 设 备 落 ２００５ 年 我 国 电 子 电 器 领 域 对 环 氧 应 力 、 低 线 胀 系 数 等 特 性 的 环 氧 树
后 ， 不 仅 生 产 效 率 低 ， 而 且 产 品 树 脂 的 需 求 量 预 计 将 达 到 ７０ｋ ｔ 。 脂 ［２， ９， １１］。
２００５ 年 全 国 集 成 电 路 的 销 售 额 占 全 球的份额将从目前 的不 足 １％上 升到 ２％～３％。据信息 产 业 部和 国 际 权威 机构对我国各类整机用集成电路的
国际循环的格局， 今后的发展走向 是不断地扩大封装规模， 随着本地 区电子产品加工技术档次的提高， 内需 会 逐 渐增 强［８］。
级规模的工厂仅有几家， 中、小型环 氧树脂生产企业占相当大的比例。这 其中， 除岳阳石化引进的 ３０００ｔ／ ａ 装
需 求 量 预 测 ， 到 ２０１０ 年 中 国 将 成 为世界上最大的集成电路市场之 一。而环氧树脂作为集成电路的支
３ 现代电子封装对环氧 树脂的要求
置 可 生 产 ＣＹＤ 系 列 １７ 个 牌 号 的产品、无锡树 脂厂引进的装置 可生产 ７ 个牌号 的产品外， 其他 环氧树脂厂现行 生产工艺大多都 是间歇釜式的， 因而我国可商品 化的产品品种
封装。
３．３ 耐湿性
芯片尺寸封装 （ ＣＳＰ） 、多芯片组件 （ ＭＣＭ） 及单极集成组件（ Ｓ ＬＩＭ） 等的 不断涌现， 进一步增大了系统单位
线框架、芯片、粘接剂、环氧树脂
随 着 环 氧 树 脂 封 装 集 成 电 路 在 体 积 的发 热 率［１６］。
模塑料） 之间 的 热 膨胀 系 数 （ ＣＴＥ） 不 众 多 领 域 中 的 广 泛 应 用 ， 封 装 的 质
一 个 数 量 级 ， 同 时 热 应 力 可 以 用 下 可 达 ８５％～９０％ 左 右 ； 此 外 ， 提 高 的 挑 战 ， 采 用 无 铅 封 装 材 料 是 电 子
式来表示：
树脂内部交联反应的紧密度， 也可 封装业中焊接材料和工艺发展的大
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以起到类Baidu Nhomakorabea效果。
势 所 趋 。 ［１８，１９］ 目 前 开 发 的 无 铅 焊 料 的
①与固化剂反应属于加成聚
类型的环氧树脂具有不同的特性， 合， 一般来讲收缩率较小， 没有副
如邻甲酚型环氧树脂具有较高的热 产物； ②具有优良的耐热性， 能满
稳定性和化学稳定性； 双酚 Ａ 型环 足 一 般 电 子 、 电 器 绝 缘 材 料 的 要
氧树脂具有低收缩性和低挥发成份； 求； ③具有优良的密着性、电绝缘
从该公式中可以看出 降 低 树脂 自 １９５８ 年 第 一 块 半 导 体 集 成 电 路 列可靠性问题， 如环氧塑封料与硅
的 弹 性 模 量 和 Ｔｇ， 以 及 降 低 树 脂 的 线膨胀系数是减小热应力的有效途
问 世 以 后 ， 到 目 前 为 止 ， ＩＣ 芯 片 集 成度的发展仍基本遵循着著名的
程中的应力变化、封装过程中对元 封装也不断向小型化、轻量化和高
３．２ 低收缩性
件的电感、电偶等性能的影响， 因 而更适合于制作各种大面积的绝缘
性能的方向发展。二十世纪九十年 代以来， 各种高密度封装技术， 如
随着电子产品轻量化、小型化 的 要 求 ， ＩＣ 封 装 也 趋 于 薄 型 化 、 小 型化。此时塑封 ＩＣ 因 封装 材 料 （ 引
物由于具有收缩率低、粘结性好、 粘度、高填充性等特点； 萘型环氧
耐腐蚀性好、电性能优异及较低的 成本等突出的优点， 占塑料封装材
树 脂 具 有 高 Ｔｇ、 高 耐 热 性 能 ； 改 性环 氧 树 脂具 有 良 好柔 韧 性 等［３］。
料 的 ９０％以 上［２］。
在热或促进剂的作用下， 环氧
塑 料 封 装 中 所 采 用 的 环 氧 树 脂 树脂与固化剂 （ 胺类或 有 机 酸酐 类）
电子封装用环氧树脂 的研究进展
摘 要： 介绍了国内环氧树脂的生产现状及其在电子封装业中的发展前景， 并概述了现代电子封装对环氧树 脂性能的新要求及电子封装无铅化对环氧树脂提出的挑战。
关键词： 环氧树脂； 电子封装； 无铅
■ 李林楷
１ 前言
在 电 子 工 业 中 ， 集 成 电 路（ ＩＣ） 的封装、设计和制造构成 ＩＣ 产业的 三 大 支 柱 ［１］。 ＩＣ 封 装 就 是 将 封 装 材 料和半导体芯片结合在一起， 形成 一个以半导体为基础的电子功能块 器件， 就封装材料而言， 主要有金 属基封装材料、陶瓷封装材料和塑 料封装材料。陶瓷和金属基封装为 气密性封装， 可靠性能高， 但由于 价格昂贵而主要用于航天、航空及 军事领域； 塑料封装则以其在成本 和密度方面的优势广泛应用于民用 领 域 。 至 今 ， 整 个 半 导 体 器 件 ９０％ 都采用塑料封装， 而环氧树脂固化
为满足上 述 ＩＣ 和 封 装 技术 的 迅
匹配更易产生局部应力， 而使封装 产 生 表 面 翘 曲 。 ［１３，１４］ 过 度 翘 曲 不 仅
量和可靠性水平越来越受到广大用 户 的 关 注 ［１５］。 由 于 对 封 装 要 求 的 提
速发展， 一方面要求对封装的结构进 行合理的设计； 同时， 为从根本上改
我国的 ＩＣ 产业经过十几年的高 档 位 的 市 场 。 国 内 以 邵 惠 集 团 较 早 有腐蚀作用， 尤其是在树脂可水解氯
速发展， 现已形成设计、制造、封 生产环氧树脂封装料， 近年来涌现 离子遇水和湿气会生成盐酸的情况
４２ Ｗｏｒｌｄ Ｐ ｌａ ｓ ｔｉｃｓ － ２００５ Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．９
２．１ 我 国 环 氧 树 脂 生 产 现 状 ［５－ ７］
装比较完整的产业链， 其增长的速 度也已成为众所瞩目的焦点。从产 业链的角度考虑， 封装是半导体产 业 链 中 一 环 ， ＩＣ 封 装 业 以 其 投 资 相对少、见效快的优势， 在国内取 得 取了 很 快 的发 展［８］。我 国 半 导 体 集 成电路的市场规模不断扩大， 预计
片大型化、封装的薄壳化， 对环氧 且它本身具有吸湿和透湿两重性质，
树脂的低收缩特性就提出更高的要 所以封装的优劣将导致成品对水气 ４ 电子封装无铅化对环
求 ［１１］。
敏 感 或 不敏 感 ， 以 致 直 接 影 响 和 降 氧树脂提出挑战
内部应力发生的原因如下： 模 低成品的抗潮性能。
塑料热收缩与硅片热收缩有差异，
使 塑封 后 续 制程 如 切 筋 ／ 成 型 等 难 高， 必然需要相应的封装设备、封 进产品的性能， 全力研究和开发具有
度 加 大 ， 在 成 品 塑 封 ＩＣ Ｓ ＭＴ 组 装 装 材 料 和 受 控 的 封 装 工 艺 生 产 线 来 高热导及良好综合性能的新型封装材
时制程不良增多， 并易产生芯片及 加以保证， 尤其对塑料封装的抗潮 料显得尤为重要。环氧树脂高性能化
品种少， 质量差， 中低档产品居 多， 尤其是特种和功能性产品较 少， 不能满足国内需求， 为此每 年不得不花大量外汇进口高档树 脂（ ２００４ 年 我 国 环 氧 树 脂 净 进 口 量 达 １８２． ９ｋｔ） 。
据 专 家 测 算 ， 在 未 来 ５～１０ 年 ， 国 内 在 封 装 行 业 的 投 资 将 达 到 ６００ 亿 人民币， 国外在中国用于电子封装 业 的 投 资 达 到 ７５ 亿 美 元 ， 发 展 前 景 十 分 广阔［９］。
材料称为环氧模塑料， 主要由环氧 发生交联固化反应， 固化后成为热
树脂、固化剂、固化促进剂、无机 固性塑料。环氧树脂广泛用作电子
填料、脱模剂、着色剂等多种组分 器件和集成电路的封装材料， 并具
配 制 而 成 ， 其 中 环 氧 树 脂 是 主 要 组 有以下特性［４］：
分。从基材的综合特性来看， 不同
片 ／ 框架 ／ 基底之间的爆米花现象、 应力过大造成的塑封料或硅片的裂
径 。 因 降 低 玻 璃 化 温 度 会 使 树 脂 高 Ｍｏｏｒｅ 定 律 。 芯 片 集 成 度 的 提 高 必 缝 等 。 因 此 ， 要 实 现 无 铅 化 封 装 ，
封装裂纹等， 导致器件严重失效。 性能将会提出更高的要求。因为封 的主要途径是将环氧树脂低分子量
在目前超大规模集成电路产业化的 装的模塑料是改性环氧塑料 ， 它属 化、多官能团化， 以及在柔性链段中
时 代 ， 随 着 铝 配 线 图 的 细 微 化 、 硅 于 热 固 性 、 线 型 的 高 分 子 树 脂 ， 并 引入刚性基团等［１７］。
增加环氧树脂中填料的含量是
随着环境污染影响人类健康的
即二者线膨胀系数不同， 一般模塑 降低其吸水率的一个较佳的方法， 问题成为全球关注的焦点， 电子封
料 比 硅 片 、 引 线 的 线 膨 胀 系 数 要 大 一 般 表 面 封 装 用 环 氧 树 脂 的 填 料 量 装 业 面 临 着 向 “绿 色 ” 无 铅 化 转 变
目前我国电子封装用环氧树脂
３．１ 高纯度
由于 ＩＣ 封装时模塑料直 接 和 蚀 刻得十分精细的硅芯片及铝引线相接 触， 因此就对作为原材料的环氧树脂 的纯 度 有 一 定 的 要 求 。ＩＣ 的 集 成 度
２．２ 国内电子封装用环氧树 脂发展前景
大 概 有 ５０％的 市 场 依 赖 于 进 口 ， 主 越高， 对树脂的纯度要求就越高， 因 要是高档次的市场。象海索、川裕、 为 树 脂 中 残 留 的 Ｎａ ＋ 、 Ｋ ＋ 以 及 力 上 、 ＥＰＦＩＮＥ 等 基 本 上 占 据 了 高 Ｈ ＣＯＯ－ 、ＣＨ ３ＣＯＯ－ 对芯片及引线都
多官能团型环氧树脂具有优良的热 性能； ④基于配方中固化剂和促进
稳定性、快速固化性和高的 Ｔｇ 等 特点； 联萘型环氧树脂具有较低的
剂的选择， 可以制备各种性能要求 的封装材料。
４１ ２００５ 年 ２３ 卷 第 ９ 期－ 国外 塑 料
综述·专论
ＲＥＶＩＥＷ＆ＦＥＡＴＵＲＥ
材料
２ 我国电子封装用环氧 树脂生产现状与发展 前景
氯 离 子 （ Ｃｌ－） 以 外 的 其 它 阴 离 子 （ 有 来改变环氧模塑料的弹性模量， 同时
机的、无机的） 含量极低； ③有相当 还可以起到降低热膨胀系数的作用。
低的水解性氯； ④低吸水率、低透
超低的固化收缩率能有效地保
水率； ⑤高密着性； ⑥分子结构中 证制品的尺寸精度， 以减小固化过
较低的二聚体、三聚体含量。
了象顺德 ＡＣＲ、长沙蓝星、江阴天 星等生产企业， 但是国内企业基本 上维持在较低档次封装料的生产， 产量也较小， 高档要求的产品仍任 重 道 远 ［１０］。 而 在 珠 江 三 角 洲 地 区 ， 产业链尚不完整， 其特殊的地理位 置和运输条件使其封装产业形成了
我国的环氧 树 脂 产业 在 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 以 前 发 展 缓 慢 ， 改 革 开 放 以 后才得到巨大的发展。目前我国环氧 树脂生产厂有 １７０ 多家， 但具有万吨
式 中 ： &－ 热 应 力 ； ｋ－ 常 数 （ 固 定值） ； ’－ 弹性模量； ()－ 模塑料 Ｔｇ 和室温的差； *－ 热膨胀系数。
３．４ 高热导
熔点相对较高， 因此再流焊峰值温 度 也 从 含 铅 焊 料 的 ２３０ ～２４５°Ｃ 升
半 导 体 技 术 的 发 展 日 新 月 异 。 高到 ２５０～２６５°Ｃ ， 从而会引起一系
传统环氧树 脂存在性脆、冲 击强度低、容易 产生应力开裂、 耐热耐湿性差、 固化物收缩等 不足， 因而随 着集成电路的 集成度越来越 高、布线日益
少， 且大多为
精细化、芯片
中、低档产品。
尺寸小型化及
与国外先
封装速度的提
进水平相比，
高， 科研人员
我国环氧树脂
应着力开发具
工业差距主要体现在生产厂家多、 撑 材 料 ， 有 着 极 大 的 市 场 容 量 ， 有优良的耐热耐湿性、高纯度、低
下 ， 它 的 腐 蚀 作 用 很 大 ［１１］。 概 括 起 的 主 要 方 法 是 增 加 无 机 填 料 用 量 或
来， 这些要求可归纳为［１２］：
更换填料种类， 常考虑添加球形硅
①几乎不含离子性杂质， 尤其 微粉； 降低树脂的弹性模量方面，
是 钠 离 子 （ Ｎａ ＋ ） 和 氯 离 子 （ Ｃｌ－） ； ② 一 般 通 过 添 加 硅 油 或 硅 橡 胶 类 物 质