為了適應半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，環(huán)氧模塑料也不斷地進行改進與提高。為了滿足提高勞動生產率的要求，出現(xiàn)了快速固化型環(huán)氧模塑料及不后固化模塑料，最快成型時間達到20s；后固化時間從2h縮減到不后固化；為了滿足大功率器件對散熱的要求，產生了高熱導型模塑料；為了滿足大規(guī)模集成電路的封裝要求，產生了低應力及低α射線型模塑料；為了滿足表面安裝技術（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)了高玻璃化轉變溫度（Tg）、低翹曲率、高粘接強度模塑料。顯然，模塑料今后也必將隨著集成電路及半導體工業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展。各種電子級環(huán)氧模塑料固化物的性能和應用如下：

    1.普通型

    美國莫頓（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。由于各模塑料生產廠家及研究機構不斷研究提高，模塑料的性能已經有很大改進，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晶二氧化硅微粉時。其性能特點是熱導較高，線膨脹系數較大，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。其典型產品如：中科院化學所的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，其性能特點是線膨脹系數小。熱導率較低，成本相對較高。主要用于大規(guī)模集成電路及大尺寸分立器件。其典型產品如：中科院化學所的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，提高勞動生產率，特別是出現(xiàn)了多柱頭自動模具（AUTO—MOLD）封裝之后，要求一個封裝周期為30～50s，有的甚至要求縮短至20s左右。為了適應這種要求，研制生產出了快速固化型環(huán)氧模塑料。其性能特點為快速固化，凝膠化時間為13～18s。可以減少操作時間，還能保證產品的可靠性要求。

    3.無后固化型

    為了提高勞動生產率，提高競爭力，要求不進行后固化，仍保證材料的耐濕性和耐熱沖擊性。為了適應這種要求，通過采用特殊的固化促進劑，研制生產出無后固化型環(huán)氧模塑料。其性能特點見圖5-10。

 

 

    4.高熱導型

    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熱導的較高的要求，研制出了高熱導型環(huán)氧模塑料。主要采用結晶型二氧化硅、氧化鋁、碳化硅、氮化硅等高熱導填料，應用高填充技術而制備的。其典型產品如：中科院化學所的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.低應力型

    構成半導體器件的材料很多，如硅晶片、表面鈍化膜、引線框架等，它們的熱膨脹系數較小，與環(huán)氧塑封料的熱膨脹系數相差很大。加熱固化時，因熱膨脹系數的不匹配使器件內部產生應力。模塑料產生的應力主要有兩種：模塑料固化時產生的收縮應力及溫度變化時產生的熱應力。據研究，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、鋁布線微細化、封裝薄型化方向發(fā)展，熱應力問題逐漸變得愈來愈尖銳。熱應力的存在會導致：塑封料開裂；表面鈍化膜開裂，鋁布線滑動，電性能變壞；界面處形成縫隙，耐濕性惡化。熱收縮產生的內應力可以用Dannenberg公式表示：

 

 

    式中，K為常數；E為塑封料的彈性模量；Tg為塑封料的玻璃化轉變溫度；α₁為塑封料的熱膨脹系數；α₂為插人物的熱膨脹系數。因為半導體芯片及引線框架等的線膨脹系數遠小于塑封料的線膨脹系數，由上式可知，要降低內應力，必須降低封裝材料的彈性模量E、線膨脹系數α和玻璃化轉變溫度Tg。減小彈性模量及塑封料與插入物的熱膨脹系數之差，或降低Tg都可以降低熱應力，但降低Tg是不可取的，因為Tg降低會使塑封料在高溫下機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α，常用的方法是增加填充料的含量和加入低應力改性劑。

    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，填料含量可達到75%～80%。同時，球形粉末還可緩和填料尖端處所造成的應力集中；減少封裝材料在模具內的磨損等。試驗表明，若以角形硅粉為1，則球形的集中應力比為0.6以下。模具磨損比為0.1以下。

    添加低應力改性劑可同時降低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，屬于機械分散式的海島結構。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，形成微細均勻的分散。所用改性劑多為有機硅。兩種方法相比，后面的方法在E相同的情況下，模塑料的彎曲強度較高，從而提高了耐熱沖擊性能。

    綜合國外的專利文獻，制備有機硅改性劑的基本路線主要有三種：

    （1）預制法即預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。此法的缺點在于目前還難于合成粒度≤1μm的硅橡膠粉末和難以達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，將硅橡膠細粉分敞在基體樹脂中，可形成具有海島結構的穩(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，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的聚硅氧烷與基體樹脂進行化學反應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。如此形成的有機硅微區(qū)的尺寸較?。ā?.5μm），其改性效果可能會更好。本法的難點在于硅氧烷上官能團的引進和共聚反應的控制，難度與工作量都較大。

    低應力產品已經成為封裝大規(guī)模集成電路的主要產品，其典型產品為日本住友的EME—6300系列、中科院化學所的KH850、KH930系列產品。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，會使集成電路中存儲的信息破壞，集成電路不能正常工作，產生軟誤差。塑封16M以上存儲器時，由于放射a射線使器件產生軟誤差的問題會變得十分尖銳。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。目前國外已有化學合成法制備的球形硅粉，產品鈾含量在0.2×10^-9以下，但價格較高。國外大規(guī)模生產的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，對材料的性能要求也不盡相同。對環(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，必須對環(huán)氧塑封料的配方進行重新設計，降低塑封料的線膨脹系數、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），其共同特點是熔融黏度很低，可以填充大量填料，而黏度不會有大幅提高。填充料采用熔融球形二氧化硅微粉，采用高填充技術，填充量可以達到85%以上，甚至達到90%以上，線膨脹系數可以降到（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，模塑料的耐潮性及耐熱性都有很大提高。其典型產品如：中科院化學所的KH—950系列、日本住友的EME—7351系列產品，其典型性能見表5-24。

    8.低翹曲型

    伴隨著半導體產品的高度集成化、高密度貼裝的要求，各類集成電路的精密化程度越來越高，并且引腳數也在不斷增加。在以往的四邊扁平封裝（QFP）裝配時，由于引腳數增多，引腳間距變得越來越小，使得焊接變得非常困難，表面貼裝時經常會發(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Motorola公司在20世紀70年代開發(fā)出了新型的球柵陣列封裝（BallGridArray），簡稱BGA。這種封裝概念源于美國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到器件焊點有最短的互連長度；其焊料球與PCB板的接點面積更大，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，都顯示出較強的優(yōu)勢。

    根據JEDEC標準，BGA引腳節(jié)距有三種規(guī)格：1.5mm、1.27mm和1.00mm，引腳數可超過1000。從圖5-12可以看出，當引腳數超過150pin時，BGA與QFP相比顯示出了明顯的優(yōu)勢。

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

 

 

    塑料封裝球柵陣列（PBGA）是一種出現(xiàn)時間很短，但發(fā)展非常迅速，有很大應用前景的集成電路封裝形式。這種新型的封裝形式，對所用的環(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稱性，容易產生翹曲。所以要求塑封料具有低翹曲度，高粘接性能。多采用多官能團環(huán)氧樹脂作為基體樹脂，酚醛樹脂為固化劑，叔胺為促進劑，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。其性能特點是低膨脹、高Tg、高粘接強度、低翹曲率，國外很多廠家都已經研制出來，并且已經規(guī)模生產。其典型產品如：日本住友的EME—7720、中科院化學所KH960系列等，典型性能見表5-24。