高端封裝對環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氧塑封料的發展方向及LED反射杯用白色環氧塑封料的興起。重點對QFN、BGA等單面封裝、MIS基板、MUF、Compress Molding及LED反射杯等對環氧塑封料的要求及解決方案進行了闡述。

環氧塑封料、翹曲、MIS、MUF、LED反射杯

環氧塑封料，又稱環氧模塑料、EMC（Epoxy Molding Compound），是集成電路后道封裝的主要原材料之一，它的發展是緊跟集成電路與封裝技術的發展而發展。隨著集成電路與封裝技術的飛速發展越來越顯示出其基礎地位、支撐地位的作用。環氧塑封料作為一種微電子封裝材料，主要應用于半導體器件、集成電路芯片的封裝。目前，國際上傳統的TO、DIP封裝類型的市場份額已經低于20%，先進的SO、PLCC、QEP、TAB等封裝類型已經占據主導地位，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，預計到2020年將成為主流封裝形式。

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

1 封裝技術的發展動向

1.1 集成電路用環氧塑封料的發展方向

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

MIS的全稱為預包封互聯系統（Molded Interconnect System），是將電子封裝中的低成本包封技術與高密度基板制造技術結合起來，首次在引線框技術上導入高密度互聯布線設計，提高引線框的互聯能力和封裝設計靈活性。這一技術實現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氧塑封料的發展方向

目前LED行業已經從原有技術含量高、新技術和新產品不斷出現，重視技術，提升產品性價比的階段走向一個依靠降低成本、擴大市場份額的階段。使用EMC來生產LED支架也正是在這個大環境下產生的。由于使用EMC的LED支架具有原有PPA引線框架結構的典型特點以及能達到迅速降低光使用成本的兩個特點，使之成為2013年封裝產業的一大焦點，EMC支架由過去用于1～2 W LED快速發展至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支架已經量產并獲得了大量應用，由于LED燈具的高功率應用，白色的EMC材料將向著更高反射率，更高的耐熱性能發展。

2 幾個重點封裝形式對環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，基本無法使用同一種塑封料來滿足不同的封裝設計，封裝廠也需要使用各種各樣的后續工藝，如在高溫下加壓后固化等來強制將翹曲平整化，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計要有更好的適應性。

翹曲產生的根本原因在于塑封料的化學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收縮，使塑封料在后固化階段化學收縮小一些，同時還需要盡量降低整個體系的應力水平。只有這樣才能使環氧塑封料的翹曲具有較大的普適性。

2.2 MIS封裝

做為新興的預包封內互聯系統基板（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設計。由于其基板設計上塑封料與鍍銅相間且非常復雜，翹曲和塑封料與鍍銅所占體積的比例大小有很大關系，翹曲控制方法與QFN、BGA等單面封裝設計完全不同，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氧塑封料顆粒，在生產中會產生氣孔及粉末抓取質量均一等問題，所以這兩種封裝方式要求環氧塑封料顆粒的粒度分布適中，不能有太細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良的熱固性環氧樹脂與酸酐，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，從而進一步增強了其耐高溫老化、耐UV老化等性能；相比較PCT和PPA來說，由于環氧樹脂具有更多極性基團，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，翹曲也是挑戰之一，這一點與QFN等單面封裝類似，需要控制其化學收縮和物理收縮。

3 江蘇華海誠科新材料有限公司及其產品介紹

江蘇華海誠科新材料有限公司，是國家高新技術企業、江蘇省民營科技企業、江蘇省科技型企業、江蘇省兩化融合試點企業，擁有江蘇省企業研究生工作站、市級技術研究中心。是一家專業從事半導體封裝材料——環氧模塑料的研發、生產、銷售和技術服務的高新技術企業，產品覆蓋半導體器件、大規模/超大規模/特大規模集成電路、特種電機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、節能電機、LED支架封裝。

公司建有具有國際先進水平的環氧塑封料中試生產線1條及大生產線2條，現有生產能力10 000噸/年，并建有新型電子封裝材料研究中心，擁有雄厚的研發實力和完善的測試手段。公司產品覆蓋半導體器件封裝材料、大規模/超大規模/極大規模集成電路材料、特種電機封裝材料、LED封裝材料等，并擁有集產品測試、應用、考核和技術服務于一身的一條龍配套服務能力。

公司堅持科技創新發展戰略，以人才為依托，以技術開發為基礎，以成果轉化和產品開發為重點，并緊密追蹤先進技術發展方向，在半導體封裝與組裝材料等領域開展前瞻性研究開發，提高成果轉化率。近兩年，公司憑借強大的研發團隊和雄厚的技術力量，開發完成新產品20多項，掌握了具有自主知識產權核心技術，擁有專利17項。研發成功的MIS封裝用塑封料、QFN的塑封料、LED支架用白色環氧塑封料 (目前國內民營企業中只有該公司一家進行該產品的研發)等新產品，技術水平達到國際先進，居國內領先。公司在注重新產品新技術開發的同時，積極推進成果轉化，加大市場開拓。公司推出的新產品通過了國內國際知名公司用戶的認證，并迅速占領了市場。公司發展目標：在未來3～5年內發展成為國內微電子材料第一品牌，躋身世界一流微電子材料供應商。

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1004-4507(2015)03-0040-03

2015-03-05