為了適應(yīng)半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，環(huán)氧模塑料也不斷地進(jìn)行改進(jìn)與提高。為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求，出現(xiàn)了快速固化型環(huán)氧模塑料及不后固化模塑料，最快成型時(shí)間達(dá)到20s；后固化時(shí)間從2h縮減到不后固化；為了滿足大功率器件對(duì)散熱的要求，產(chǎn)生了高熱導(dǎo)型模塑料；為了滿足大規(guī)模集成電路的封裝要求，產(chǎn)生了低應(yīng)力及低α射線型模塑料；為了滿足表面安裝技術(shù)（SMT）的要求，又出現(xiàn)了低膨脹型、低吸水、高耐熱型模塑料；為了滿足球柵陣列封裝（PBGA）的要求，出現(xiàn)了高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、低翹曲率、高粘接強(qiáng)度模塑料。顯然，模塑料今后也必將隨著集成電路及半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展。各種電子級(jí)環(huán)氧模塑料固化物的性能和應(yīng)用如下：

    1.普通型

    美國(guó)莫頓（Morton）公司首先推出鄰甲酚醛環(huán)氧模塑料Polyset410B，屬于普通型環(huán)氧模塑料。由于各模塑料生產(chǎn)廠家及研究機(jī)構(gòu)不斷研究提高，模塑料的性能已經(jīng)有很大改進(jìn)，尤其是可靠性及工藝成型性方面有很大提高。普通型環(huán)氧模塑料所用填料主要有兩類：結(jié)晶型二氧化硅粉和熔融型二氧化硅粉。環(huán)氧模塑料的填料全部采用結(jié)晶二氧化硅微粉時(shí)。其性能特點(diǎn)是熱導(dǎo)較高，線膨脹系數(shù)較大，成本較低。主要用來封裝分立器件如三極管、二極管和中小規(guī)模集成電路。其典型產(chǎn)品如：中科院化學(xué)所的KH407—3、日本住友的EME—1200系列、日.東的MP—3500等。其主要典型性能見表5-21。

    環(huán)氧模塑料的填料采用熔融二氧化硅微粉時(shí)，其性能特點(diǎn)是線膨脹系數(shù)小。熱導(dǎo)率較低，成本相對(duì)較高。主要用于大規(guī)模集成電路及大尺寸分立器件。其典型產(chǎn)品如：中科院化學(xué)所的KH407—1、日本住友的EME—1100、日東的HC—10—Ⅱ型。典型性能見表5-23。

 

 

    2.快速固化型

    近年來，為了降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，特別是出現(xiàn)了多柱頭自動(dòng)模具（AUTO—MOLD）封裝之后，要求一個(gè)封裝周期為30～50s，有的甚至要求縮短至20s左右。為了適應(yīng)這種要求，研制生產(chǎn)出了快速固化型環(huán)氧模塑料。其性能特點(diǎn)為快速固化，凝膠化時(shí)間為13～18s?？梢詼p少操作時(shí)間，還能保證產(chǎn)品的可靠性要求。

    3.無后固化型

    為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高競(jìng)爭(zhēng)力，要求不進(jìn)行后固化，仍保證材料的耐濕性和耐熱沖擊性。為了適應(yīng)這種要求，通過采用特殊的固化促進(jìn)劑，研制生產(chǎn)出無后固化型環(huán)氧模塑料。其性能特點(diǎn)見圖5-10。

 

 

    4.高熱導(dǎo)型

    為了滿足大功率分立器件、高熱量器件、特別是全包封分立器件對(duì)熱導(dǎo)的較高的要求，研制出了高熱導(dǎo)型環(huán)氧模塑料。主要采用結(jié)晶型二氧化硅、氧化鋁、碳化硅、氮化硅等高熱導(dǎo)填料，應(yīng)用高填充技術(shù)而制備的。其典型產(chǎn)品如：中科院化學(xué)所的KH407—5系列、日本住友的EME—5900HA、日東的MP—4000系列等。典型性能見表5-23。

    5.低應(yīng)力型

    構(gòu)成半導(dǎo)體器件的材料很多，如硅晶片、表面鈍化膜、引線框架等，它們的熱膨脹系數(shù)較小，與環(huán)氧塑封料的熱膨脹系數(shù)相差很大。加熱固化時(shí)，因熱膨脹系數(shù)的不匹配使器件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。模塑料產(chǎn)生的應(yīng)力主要有兩種：模塑料固化時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力及溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力。據(jù)研究，后者是占支配地位的。隨著集成度的增加，集成電路逐漸向芯片大型化、鋁布線微細(xì)化、封裝薄型化方向發(fā)展，熱應(yīng)力問題逐漸變得愈來愈尖銳。熱應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致：塑封料開裂；表面鈍化膜開裂，鋁布線滑動(dòng)，電性能變壞；界面處形成縫隙，耐濕性惡化。熱收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力可以用Dannenberg公式表示：

 

 

    式中，K為常數(shù)；E為塑封料的彈性模量；Tg為塑封料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；α₁為塑封料的熱膨脹系數(shù)；α₂為插人物的熱膨脹系數(shù)。因?yàn)榘雽?dǎo)體芯片及引線框架等的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于塑封料的線膨脹系數(shù)，由上式可知，要降低內(nèi)應(yīng)力，必須降低封裝材料的彈性模量E、線膨脹系數(shù)α和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。減小彈性模量及塑封料與插入物的熱膨脹系數(shù)之差，或降低Tg都可以降低熱應(yīng)力，但降低Tg是不可取的，因?yàn)門g降低會(huì)使塑封料在高溫下機(jī)械性能和電性能下降。為了在不降低Tg的情況下降低彈性模量E和線膨脹系數(shù)α，常用的方法是增加填充料的含量和加入低應(yīng)力改性劑。

    增加填料的含量可有效地降低封裝材料的α值，使用球形熔融硅粉，其填充量可大量增加，填料含量可達(dá)到75%～80%。同時(shí)，球形粉末還可緩和填料尖端處所造成的應(yīng)力集中；減少封裝材料在模具內(nèi)的磨損等。試驗(yàn)表明，若以角形硅粉為1，則球形的集中應(yīng)力比為0.6以下。模具磨損比為0.1以下。

    添加低應(yīng)力改性劑可同時(shí)降低E，α又不影響Tg。開始使用的是與樹脂不相容的硅橡膠、硅油等，屬于機(jī)械分散式的海島結(jié)構(gòu)。該法改性劑易滲出，使封裝器件出現(xiàn)斑痕并污染模具。最近則采用改性劑與樹脂直接反應(yīng)，形成微細(xì)均勻的分散。所用改性劑多為有機(jī)硅。兩種方法相比，后面的方法在E相同的情況下，模塑料的彎曲強(qiáng)度較高，從而提高了耐熱沖擊性能。

    綜合國(guó)外的專利文獻(xiàn)，制備有機(jī)硅改性劑的基本路線主要有三種：

    （1）預(yù)制法即預(yù)先用乳液聚合法或其它方法制成硅橡膠粉末，然后將硅橡膠粉末均勻地分散在基體樹脂中。此法的缺點(diǎn)在于目前還難于合成粒度≤1μm的硅橡膠粉末和難以達(dá)到塑封料的高純度要求。

    （2）共混法此法是采用高分子分散劑和特定的加工工藝，將硅橡膠細(xì)粉分敞在基體樹脂中，可形成具有海島結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定二相體系。若高分子分散劑、加工方法和工藝條件選擇適當(dāng)，硅橡膠微區(qū)尺寸可≤1μm甚至更小。

    （3）嵌段或接枝共聚法通過帶活性基團(tuán)的聚硅氧烷與基體樹脂進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成嵌段或接枝共聚物，這些共聚物與基體樹脂形成微相分離的高分子合金。如此形成的有機(jī)硅微區(qū)的尺寸較?。ā?.5μm），其改性效果可能會(huì)更好。本法的難點(diǎn)在于硅氧烷上官能團(tuán)的引進(jìn)和共聚反應(yīng)的控制，難度與工作量都較大。

    低應(yīng)力產(chǎn)品已經(jīng)成為封裝大規(guī)模集成電路的主要產(chǎn)品，其典型產(chǎn)品為日本住友的EME—6300系列、中科院化學(xué)所的KH850、KH930系列產(chǎn)品。其典型性能見表5-24。

    6.低α射線型

    1978年Intel公司T.C.May等人發(fā)現(xiàn)封裝材料中的放射性元素放出的α射線，會(huì)使集成電路中存儲(chǔ)的信息破壞，集成電路不能正常工作，產(chǎn)生軟誤差。塑封16M以上存儲(chǔ)器時(shí)，由于放射a射線使器件產(chǎn)生軟誤差的問題會(huì)變得十分尖銳。放射性元素主要來自填充料SiO₂。解決的方法一是尋找低鈾礦石，另一種方法是合成硅粉。目前國(guó)外已有化學(xué)合成法制備的球形硅粉，產(chǎn)品鈾含量在0.2×10^-9以下，但價(jià)格較高。國(guó)外大規(guī)模生產(chǎn)的4M DRAM芯片封裝材料的填料是用低鈾礦石制備的熔融球形SiO₂，也有采用聚酰亞胺表面鈍化膜防止α射線影響芯片。

 

 

    7.低膨脹型

    由于集成電路向超大規(guī)模和特大規(guī)模集成電路的方向發(fā)展，集成度迅速增加，鋁布線寬度越來越窄，芯片面積越來越大，外形向小型化、薄形化方向發(fā)展。安裝方式由雙列直插向表面安裝（SMT）方向發(fā)展，封裝形式從DIP向SOP（SOJ）、SSOP、QFP、TQFP方向發(fā)展，由于封裝形式不同，對(duì)材料的性能要求也不盡相同。對(duì)環(huán)氧塑封料提出了更高的要求。若用傳統(tǒng)的塑封料封裝超大、特大規(guī)模集成電路，會(huì)明顯影響塑封集成電路的可靠性。所以，為了滿足超大、特大規(guī)模集成電路的封裝要求，必須對(duì)環(huán)氧塑封料的配方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，降低塑封料的線膨脹系數(shù)、降低熔融黏度、提高耐熱性、提高耐潮性。目前，低膨脹型模塑料廣泛采用新型樹脂體系，環(huán)氧樹脂大部分采用聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂（Biphenyl）及聚雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂（DCPD），其共同特點(diǎn)是熔融黏度很低，可以填充大量填料，而黏度不會(huì)有大幅提高。填充料采用熔融球形二氧化硅微粉，采用高填充技術(shù)，填充量可以達(dá)到85%以上，甚至達(dá)到90%以上，線膨脹系數(shù)可以降到（8～9）×10^-6℃左右。由于廣泛采用了新型的二氧化硅微粉界面處理技術(shù)，模塑料的耐潮性及耐熱性都有很大提高。其典型產(chǎn)品如：中科院化學(xué)所的KH—950系列、日本住友的EME—7351系列產(chǎn)品，其典型性能見表5-24。

    8.低翹曲型

    伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的高度集成化、高密度貼裝的要求，各類集成電路的精密化程度越來越高，并且引腳數(shù)也在不斷增加。在以往的四邊扁平封裝（QFP）裝配時(shí)，由于引腳數(shù)增多，引腳間距變得越來越小，使得焊接變得非常困難，表面貼裝時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，如散熱問題、焊接連橋等，這些都是現(xiàn)行四邊引腳封裝所不易克服的缺陷。為了解決裝配中的這些問題，美國(guó)Motorola公司在20世紀(jì)70年代開發(fā)出了新型的球柵陣列封裝（BallGridArray），簡(jiǎn)稱BGA。這種封裝概念源于美國(guó)Motorola公司OMPAC（Over-MoldedPadArray Carrier），如圖5-11所示。

    與PGA不同的是，BGA是用焊料球代替引腳，因而適合于表面安裝。由于在封裝外殼上焊料球呈陣列分布，與PLCC、QFP等封裝的周邊排列方式相比，BGA具有更高的輸入和輸出（I/O）密度。其突出優(yōu)勢(shì)是引腳更短，從印制電路板（PCB）到封裝以及從外部I/O到器件焊點(diǎn)有最短的互連長(zhǎng)度；其焊料球與PCB板的接點(diǎn)面積更大，引線間電容、引線電感特性良好，使電氣性能得到提高。

    BGA無論是從組裝的難易度以及組裝面積的縮小還是到組裝速度的高速化，都顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

    根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，BGA引腳節(jié)距有三種規(guī)格：1.5mm、1.27mm和1.00mm，引腳數(shù)可超過1000。從圖5-12可以看出，當(dāng)引腳數(shù)超過150pin時(shí)，BGA與QFP相比顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

    表5-25、表5-26列出了BGA與QFP的比較和它自身的優(yōu)缺點(diǎn)。

 

 

    塑料封裝球柵陣列（PBGA）是一種出現(xiàn)時(shí)間很短，但發(fā)展非常迅速，有很大應(yīng)用前景的集成電路封裝形式。這種新型的封裝形式，對(duì)所用的環(huán)氧模塑料提出了新的、更高的性能要求。由于這種封裝的不對(duì)稱性，容易產(chǎn)生翹曲。所以要求塑封料具有低翹曲度，高粘接性能。多采用多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂作為基體樹脂，酚醛樹脂為固化劑，叔胺為促進(jìn)劑，熔融球形二氧化硅為填料，還有改性劑、阻燃劑、脫模劑、著色劑等組份組成。其性能特點(diǎn)是低膨脹、高Tg、高粘接強(qiáng)度、低翹曲率，國(guó)外很多廠家都已經(jīng)研制出來，并且已經(jīng)規(guī)模生產(chǎn)。其典型產(chǎn)品如：日本住友的EME—7720、中科院化學(xué)所KH960系列等，典型性能見表5-24。