陶瓷在封装材料中处于一个什么样的地位?

封装技术是一种将芯片的焊区与封装的外引脚互联起来,并用绝缘的材料外壳打包起来的技术,用通俗的话来讲,就是一种将集成电路打包的技术。用我们最常见的内存条来举例,我们直观瞧见的体积和外观并非真正内存的大小和面貌,而是内存芯片经过打包(即封装)后的产品。

合格的封装能够对主体产品进行物理保护,标准规格化互连。电子封装材料伴随着电子技术的飞速发展,对小型化、高密度、高质量组装的要求越来越高;并且集成电路的集成度迅猛增加,芯片运行的发热量也急剧上升,封装材料若不能缓解这个问题,芯片的使用寿命下降是必然的。本文就常用的几种电子封装材料进行简要介绍:

合格的电子封装材料需要拥有的性能要求有哪些?

(1)低的热膨胀系数

(2)优异的导热性能

(3)良好的气密性,可抵御高温、高湿、腐蚀辐射等极端环境对电子器件的影响

(4)高强度和高刚度,可对内里芯片起到支撑保护作用

(5)良好的加工成型和焊接性能,以便加工成复杂形状

(6)在航空航天和其他便携式电子器件的应用中,电子封装材料应具有密度小的特性,以便减轻器件重量。

常见的几种电子封装材料有:

根据所用的材料来划分半导体器件封装形式有金属封装、陶瓷封装和塑料封装。

(1)金属封装:

金属封装是半导体器件封装的最原始形式,具有较高的机械强度、散热性能优良等特点,且气密性好,不受外界环境因素的影响;缺点是价格昂贵,外形灵活性小,不能满足半导体器件日益快速发展的需要。传统的金属封装材料有Cu、Al、Mo、W、Kovar、Invar以及W/Cu和Mo/Cu合金。

(2)塑料封装:

塑料封装的散热性、耐热性、密封性虽然逊于陶瓷封装和金属封装,但塑料封装具有低成本、薄型化、工艺较为简单、适合自动化生产等优点,它的应用范围极广,从一般的消费性电子产品到精密的超高速电脑中随处可见,也是目前微电子工业使用最多的封装方法

塑料封装所使用的材料主要是热固性塑料,包括酚醛类、聚酯类、环氧类和有机硅类,其中环氧树脂应用最为广泛,但气密性不好,对湿度敏感,例如潮湿环境下水汽会造成封装器件中的内部金属层被腐蚀破坏,并且塑料封装晶体管多数含铅,毒性较大。

(3)陶瓷封装:

陶瓷是硬脆性材料,陶瓷封装属于气密性封装,是高可靠度需求的主要封装技术,主要材料包括氧化铝、氧化铍和氮化铝等。

当今的陶瓷技术已可将烧结的尺寸变化控制在0.1%的范围,可结合厚膜技术制成30-60层的多层连线传导结构,因此陶瓷也是作为制作多芯片组件(MCM)封装基板主要的材料之一

优势:

①在各种IC元器件的封装中,陶瓷封装能提供IC芯片气密性的密封保护,使其具有优良的可靠度;

②陶瓷被用作IC芯片封装的材料,是因其在电、热、机械特性等方面极其稳定,耐蚀性好、机械强度高、热膨胀系数小和热导率高;而且它的特性可通过改变其化学成分和工艺的控制调整来实现,不仅可作为封装的封盖材料,它也是各种微电子产品重要的承载基板。

劣势:

①与塑料封装相比较,它的工艺温度较高,成本较高;

②工艺自动化与薄型化封装的能力逊于塑料封装;

③其具有较高的脆性,易致应力损害;

④在需要低介电常数与高连线密度的封装中,其必须与薄膜封装技术竞争

随着电子产品各方面性能要求的不断提高,陶瓷封装外壳在高可靠、大功率电子器件中有了很广泛的应用,芯片需要封装外壳在确保机械保护和密封可靠以外,有很好的与外界的导电、导热能力。这就要求陶瓷要能够与和不同的金属很好的封接,其中金属化工艺是关键的一道工艺过程。金属化是指在陶瓷上烧结或沉积一层金属,以便陶瓷和金属能高质量的封接在一起。金属化的好坏直接影响到封装的气密性和强度。

由于陶瓷封装行业的研发和生产具有较高的技术壁垒,实用产品价格相对比较高,因此其实际应用领域覆盖面还需考虑成本原因。

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