半導體封裝用環(huán)氧模塑料面臨綠色考驗

  　　用(EMC/Epoxy Molding Compound，通常又叫環(huán)氧塑封料)，上世紀60年代中期起源于美國(Hysol)，后發(fā)揚光大于日本，現在中國是快速崛起的世界EMC制造大國。環(huán)氧塑封料不僅可靠性高，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、適合大規模生產(chǎn)，同時(shí)成本較低，目前已占整個(gè)微電子封裝材料97%以上市場(chǎng)。我國大陸EMC產(chǎn)能已超過(guò)7萬(wàn)噸，2008年能將超過(guò)8萬(wàn)噸。隨著(zhù)環(huán)氧塑封行業(yè)的快速發(fā)展，對環(huán)氧塑封材料提出了更高的要求，除了提高性能、控制成本等要求外，主要集中在環(huán)境保護方面。具體體現在兩個(gè)發(fā)展趨勢上：一是要化，要經(jīng)得起260℃無(wú)鉛工藝條件考驗；二是要從非環(huán)保向綠色環(huán)保過(guò)渡，要無(wú)溴、無(wú)銻等?，F在世界各大EMC生產(chǎn)廠(chǎng)商加快綠色環(huán)保型EMC的推廣與研發(fā)改進(jìn)工作，這是一個(gè)重新洗牌的過(guò)程，機遇與挑戰并存，特別是對中國內資EMC中小生產(chǎn)企業(yè)，挑戰多于機遇。先進(jìn)封裝技術(shù)的快速發(fā)展，為環(huán)氧塑封料發(fā)展提供巨大空間，也給環(huán)氧塑封料的發(fā)展提出了很大的挑戰。

　　首先是來(lái)自阻燃方面的挑戰。目前業(yè)內所使用的阻燃劑絕大多數是鹵素衍生物或含銻阻燃劑等，鹵系阻燃劑的存在會(huì )導致很多問(wèn)題，例如當其燃燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生對人體和環(huán)境危害的有毒氣體，如二嗯英(dioxin)、苯并呋喃(benzofuran)等，這些有毒氣體可能引起人體新陳代謝失常，從而造成緊張、失眠、頭痛、眼疾、動(dòng)脈硬化、肝臟腫瘤等病狀，動(dòng)物實(shí)驗發(fā)現會(huì )導致癌癥；另一方面處理或回收這些含鹵廢料也相當困難。因此含鹵阻燃劑的使用受到了很大限制。歐盟早在2000年6月就已完成了電氣及電子設備廢棄物處理法第5版修正草案，對無(wú)鹵環(huán)保電子材料加以規范，明確規定多溴聯(lián)苯(PBB)以及多溴聯(lián)苯醚(PBDE)等化學(xué)物質(zhì)2008年1月1日禁止使用。燃劑從含鹵型轉變到無(wú)鹵型，這將對環(huán)氧塑封料的物理性能產(chǎn)生影響，其中包括：流動(dòng)長(cháng)度、膠化時(shí)間、粘度、飛邊/溢料、硬度、玻璃化溫度、熱膨脹系數、彎曲模量及彎曲強度。目前用在綠色環(huán)氧塑封料主要有磷型阻燃劑、金屬氫氧化物型阻燃劑、多芳烴環(huán)氧/固化體系阻燃劑。

　　其次是來(lái)自無(wú)鉛焊料的挑戰。自然界中的酸雨會(huì )把焊錫中的含鉛材質(zhì)溶解出來(lái)，經(jīng)由食物及飲水鉛會(huì )在人體內積累，引起重金屬污染、進(jìn)而危害到人體健康。因此含鉛助劑也成為歐盟WEEE嚴禁使用的品種。在符合環(huán)保需求下，無(wú)鉛焊料的開(kāi)發(fā) 已成為必然趨勢。目前開(kāi)發(fā)的無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)相對較高，因此再流焊峰值溫度也從目前含鉛焊料的230～245℃升高到250～265℃。無(wú)鉛化是電子封裝業(yè)的必然趨勢，然而要真正實(shí)現封裝的無(wú)鉛化，使其從研發(fā)走向工業(yè)生產(chǎn)、從小批量生產(chǎn)轉向大批量生產(chǎn)，在電子工業(yè)領(lǐng)域徹底取代錫鉛焊接，需要考慮各方面的相容性問(wèn)題，這主要包括：材料相容性(焊料及其他輔助材料)、工藝相容性(回流、檢測、返修工藝)、設計相容性、可靠性相容性(熱疲勞、機械應力)、設備相容性及成本問(wèn)題。綜合考慮各因素，處理好各方面的相容性，才能順利實(shí)現電子封裝向無(wú)鉛化的轉變。

　　最后是來(lái)自封裝工藝的挑戰，近年來(lái)半導體封裝技術(shù)領(lǐng)域內正經(jīng)歷著(zhù)2次重大變革，并蘊藏著(zhù)第3次變革。第1次變革出現在20世紀70年代初期，其典型特征在于封裝形式從插入式(如DIP)向表面貼裝式(如QFP)轉變；第2次變革出現在20世紀90年代中期，其典型特征在于從四邊引腳型表面貼裝(如QFP)，向平面 陣列型表面貼裝(如BGA)的轉變。而出現于21世紀初期的第3次變革已初露端倪，其以芯片尺寸封裝(CSP)、三維疊層封裝以及全硅圓片型封裝為典型特征。

　　在這3次變革過(guò)程中，封裝材料所扮演的角色將越來(lái)越重要，其已被視為挖掘集成電路極限(最優(yōu))性能的決定性因素。新型封裝技術(shù)的發(fā)展對于環(huán)氧塑封料提出了如下基本性能要求：高耐熱性、低吸潮性、低應力以及低成本。同許多其它有機高分子材料一樣，環(huán)氧樹(shù)脂也易于燃燒，因此在使用過(guò)程中通常都要加入阻燃劑，傳統環(huán)氧塑封料很難同時(shí)滿(mǎn)足上述要求，因此研制開(kāi)發(fā)高性能環(huán)氧塑封料已勢在必行。