一、概述
1.電子封裝的功能及類型
半導體微電子技術為現代科技、軍事、國民經濟和人們的日常工作與生活開創了前所未有的發展基礎和條件，一直保持著良好的發展勢頭，半導體工業的年產值一般均以10%以上的速度逐年遞增。電子封裝伴隨著電路、器件和元件的產生而產生，伴隨其發展而發展，最終發展成當今的封裝行業。在電子技術日新月異的變化潮流下，集成電路正向著超大規模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能的方向迅速發展，因而，對集成電路的封裝也提出了愈來愈高的要求。而集成電路封裝技術的進步又極大地促進了集成電路水平的提高，深刻地影響著集成電路前進的步伐。
半導體芯片只是一個相對獨立的個體，為完成它的電路功能，必須與其他芯片、外引線連接起來。由于現代電子技術的發展，集成度迅猛增加，一個芯片上引出線高達千條以上，信號傳輸時間、信號完整性成為十分重要的問題。集成度的增加，使芯片上能量急劇增加，每個芯片上每秒產生的熱量高達10J以上，因而如何及時散熱使電路在正常溫度下工作，成為一個重要問題。有些電路在惡劣的環境（水汽、化學介質、輻射、振動）下工作，這就需要對電路進行特殊的保護。由此可見，要充分發揮半導體芯片的功能，對半導體集成電路和器件的封裝是必不可少的。電子封裝的四大功能為：①為半導體芯片提供信號的輸入和輸出通路；②提供熱通路，散逸半導體芯片產生的熱量；③接通半導體芯片的電流通路；④提供機械支撐和環境保護。
可以說，電子封裝直接影響著集成電路和器件的電、熱、光和力學性能，還影響其可靠性和成本。同時，電子封裝對系統的小型化常起到關鍵作用。因此，集成電路和器件要求電子封裝具有優良的電性能、熱性能、力學性能和光性能，同時還必須具有高的可靠性和低的成本?？梢哉f，無論在軍用電子元器件中，還是在民用消費類電路中，電子封裝都有著舉足輕重的地位，概括起來即基礎地位、先行地位和制約地位。
集成電路越發展越顯示出電子封裝的重要作用。一般說來，有一代整機，便有一代電路和一代電子封裝。要發展微電子技術，要發展大規模集成電路，必須解決好三個關鍵問題：芯片設計、芯片制造加工工藝和封裝，三者缺一不可，必須協調發展。
根據封裝材料的不同，電子封裝可分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝三種。其中后兩種為氣密性封裝，主要用于航天、航空及軍事領域，而塑料封裝則廣泛使用于民用領域。由于塑料封裝半導體芯片的材料成本低，又適合于大規模自動化生產，近年來無論晶體管或集成電路都已越來越多地采用塑料封裝，陶瓷和金屬封裝正在迅速減少。隨著低應力、低雜質含量，高粘接強度塑封料的出現，部分塑料封裝的產品已可滿足許多在不太惡劣環境中工作的軍用系統的要求，這將使過去完全由陶瓷和金屬封裝一統天下的軍品微電子封裝也開始發生變化?，F在，整個半導體器件90%以上都采用塑料封裝，而塑料封裝材料中90%以上是環氧塑封料，這說明環氧塑封料已成為半導體工業發展的重要支柱之一。
電子材料是發展微電子工業的基礎，作為生產集成電路的主要結構材料———環氧塑封料隨著芯片技術的發展也正在飛速發展，并且塑封料技術的發展將大大促進微電子工業的發展。目前集成電路正向高集成化、布線細微化、芯片大型化及表面安裝技術發展，與此相適應的塑封料研究開發趨勢是使材料具有高純度、低應力、低膨脹、低!射線、高耐熱等性能特征。
用于塑料封裝的樹脂的選擇原則是：
（1）在寬的溫度、頻率范圍內，具有優良的介電性能。
（2）具有較好的耐熱性、耐寒性、耐濕性、耐大氣性、耐輻射性以及散熱性。
（3）具有與金屬、非金屬材料基本相匹配的熱膨脹系數，粘接性好。
（4）固化過程中收縮率要小，尺寸要穩定。
（5）不能污染半導體器件表面及具有較好的加工性能。
環氧塑封料是由環氧樹脂及其固化劑酚醛樹脂等組分組成的模塑粉，它在熱的作用下交聯固化成為熱固性塑料，在注塑成形過程中將半導體芯片包埋在其中，并賦予它一定結構外形，成為塑料封裝的半導體器件。它是國外在20世紀70年代初研究開發的新產品。用塑料封裝方法生產晶體管、集成電路（IC）、大規模集成電路（LIC）、超大規模集成電路（VLIC）等在國內外已廣泛使用并成為主流。據資料統計，當今世界每年用于封裝用的環氧塑封料大約15～17萬t，其中日本產量最多，居世界第一。
2.集成電路的封裝對環氧塑封料性能的要求
半導體工業從器件的可靠性，成形性出發，對環氧塑封料性能提出越來越高的要求。主要是高耐潮、低應力、低α射線，耐浸焊和回流焊，塑封工藝性能好。
（1）高耐潮 塑料封裝從本質上說是一種非氣密性封裝。樹脂是高分子材料，其分子間距為50～200nm，這種間距大得足以讓水分子滲透過去。水分進人半導體器件的途徑有兩條：①從樹脂本身滲透過去到達芯片；②從樹脂和引線框架的界面處浸入而到達芯片。在水存在的情況下，塑封料中若含有離子性雜質如Na+、Cl-等，則會由于電化學反應而腐蝕芯片上的鋁布線。這些雜質主要來自原材料，生產使用過程也會混入。因為鋁為兩性金屬，酸性和堿性環境下都可以導致其腐蝕。目前使用較多的環氧塑封料的pH值多小于7，鋁的腐蝕多為氯離子所致。降低氯離子的方法主要是，從環氧樹脂的生產工藝人手控制可水解氯含量，提純原材料并最大限度地降低塑封料中的水分。近些年來最新的方法是加入離子捕捉劑和鋁保護劑等。另外，環氧塑封料中填充料二氧化硅微粉的含量約占總量的70%～85%，因此硅微粉的純度是影響塑封料純度的重要因素。硅微粉中的Na+、Cl-含量要求小于2×10-6，Fe3+含量小于10×10-6。
目前，除降低雜質離子含量外，提高耐濕性主要依靠加入經過表面處理的填料，使水分滲透到芯片的距離盡可能延長。加人偶聯劑可提高塑封料與引線框架的粘接力，使水分不易從塑封料與框架的界面處滲透到芯片。
（2）低應力構成半導體集成電路器件的材料很多，如硅芯片、表面鈍化膜、引線框架等，它們與環氧塑封料的熱膨脹系數相差很大。加熱固化時，因熱膨脹系數的差異而使器件內部產生熱應力。應力的存在會導致：①塑封料開裂；②表面鈍化膜開裂，鋁布線滑動，電性能變壞；③界面處形成裂縫，耐濕性變差；④封裝器件翹曲。影響熱應力大小的因素和降低應力的方法請看8.4.5之5.低應力型一節。
（3）低α射線1978年Intel公司的T.C.May等人發現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貯的信息破壞，集成電路不能正常工作，產生軟誤差。解決方法見8.4.5節第6款低α射線型一節。
（4）耐浸焊和回流焊性在表面安裝（SMT）過程中，焊接時封裝外殼溫度高達215～260℃，如果封裝產品處于吸濕狀態，當水分氣化產生的蒸汽壓力大于封裝材料的破壞強度時，會導致封裝產品內部剝離或封裝件開裂。由此可見，提高樹脂的耐濕性；提高封裝材料在200℃以上時的強度和其與芯片、引線框架的粘附力；降低塑封料的熱膨脹系數和彈性模量是提高環氧塑封料耐浸焊性和回流焊性的關鍵。主要方法有：
1）增加填料含量。因為填料不吸濕、透濕，但會出現流動性下降的問題。
2）降低樹脂本身的吸濕、透濕性，如引入烷基、氟基等憎水基。為了解決因官能團的距離和立體障礙引起的反應性下降問題需選擇合適的固化劑和促進劑。
3）正確選擇固化促進劑，使基體樹脂與固化劑反應交聯更緊密。
4）引入耐熱性優異的多官能團環氧樹脂，從而提高其高溫強度。但要防止耐濕性下降。
（5）成型性好通過對環氧模塑料成型性能的不斷改進，模塑料的脫模性和耐溢料性能得到了很大提高，成型時間縮短到20～30s，還出現了不需后固化的產品。
3.電子級環氧模塑料發展歷程電子級環氧塑料的開發過程見表5-5。
 早期曾用環氧-酸酐模塑料及硅酮樹脂模塑料和聚丁二烯樹脂模塑料，但因Tg較低，腐蝕鋁布線或因收縮率大，粘接性能及耐濕性較差而未得到應用。
1972年美國Morton化學公司報導了鄰甲酚醛環氧一酚醛樹脂體系模塑料被人們廣泛重視，此后人們一直沿著這個方向不斷研究改進提高。不斷出現新產品。1975年出現了阻燃型環氧模塑料，1977年出現了低水解氯的環氧一酚醛模塑料，1982年出現了低應力環氧模塑料，1985年出現了有機硅改性低應力環氧模塑料，1995年前后出現了低膨脹、超低膨脹環氧模塑料、低翹曲的環氧模型料等等。隨著環氧模塑料性能不斷提高、新品種不斷出現，產量逐年增加，目前全世界年產量在15萬t以上，我國年產量5000t左右。由于塑料封裝半導體器件價格低，又適合大規模自動化生產，所以越來越多地采用塑料封裝生產，目前在全世界范圍內塑封半導體器件產品占市場總量的93%～95%。而陶瓷和金屬封裝正在迅速減少。由于塑封半導體器件可靠性大幅度提高，在許多不太惡劣環境下也可以滿足軍用系統的要求。塑料封裝生產的半導體器件有二極管、三極管，集成電路（IC）、大規模集成電路（LSI），超大特大規模集成電路（VLSI、UL.SI）等。
1976年中科院化學所在國內率先開拓環氧塑封料研究領域，于1983年研制成功KH407型鄰甲酚醛環氧模塑料并通過部級技術鑒定，此后又連續承擔了國家“七五”、“八五“、“九五”重點科技攻關項目：5μm技術用環氧塑封料的研制與中試；LSI用環氧塑封料制造技術研究； 0.5μm技術用環氧塑封料的研制與中試；0.35μm技術用環氧塑封料的研制，這些研究項目均通過部級技術鑒定與驗收。研制成功KH407、KH850、KH950系列產品，有普通型、快速固化型、高熱導型、低應力型、低膨脹型、低翹曲型等多種類型環氧模塑料。這些產品廣泛用于塑封半導體分立器件、集成電路，大規模超大規模集成電路。不久前首鋼日電電子有限公司給化學所做了一次塑封超大規模集成電路的考核試驗，用KH950—2、KH950—3在自動塑封模上塑封線寬為0.35μM的芯片1200片，生產集成電路1200塊，綜合成品率97.6%。并按NEC考核標準進行全面的可靠性考核，其結果是所有考核項目全部合格，經超聲掃描檢查未發現有剝離現象?？己私Y果見表5-6。
中科院化學所在研究模塑料的同時還開展了制造工藝技術研究，掌握該材料的制備技術工藝條件，并建成了規模為1500t/a中試生產線。為了推進我國環氧模塑料工業生產的發展，1984年化學所將環氧模塑料制備技術轉讓給現在的連云港華威電子集團公司，1996年轉讓給長興電子材料（昆山）有限公司，如今他們都已建成了生產規模為千噸級現代化工廠。
 4.電子級環氧模塑料的分類、型號及用途 電子行業標準SJ/P11197—1999規定見表5-7。
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