高端封装对环氧塑封料的要求及解决方案

谭 伟，刘红杰，李兰侠，陈 畅，成兴明，韩江龙

(江苏华海诚科新材料有限公司，江苏 连云港 2220047)

高端封装对环氧塑封料的要求及解决方案

谭 伟，刘红杰，李兰侠，陈 畅，成兴明，韩江龙

(江苏华海诚科新材料有限公司，江苏 连云港 2220047)

介绍了集成电路用环氧塑封料的发展方向及LED反射杯用白色环氧塑封料的兴起。重点对QFN、BGA等单面封装、MIS基板、MUF、Compress Molding及LED反射杯等对环氧塑封料的要求及解决方案进行了阐述。

环氧塑封料、翘曲、MIS、MUF、LED反射杯

环氧塑封料，又称环氧模塑料、EMC（Epoxy Molding Compound），是集成电路后道封装的主要原材料之一，它的发展是紧跟集成电路与封装技术的发展而发展。随着集成电路与封装技术的飞速发展越来越显示出其基础地位、支撑地位的作用。环氧塑封料作为一种微电子封装材料，主要应用于半导体器件、集成电路芯片的封装。目前，国际上传统的TO、DIP封装类型的市场份额已经低于20%，先进的SO、PLCC、QEP、TAB等封装类型已经占据主导地位，市场份额超过60%；而BGA、CSP、MCM、SIP等新兴封装类型正在逐步增长，预计到2020年将成为主流封装形式。

目前世界上环氧塑封料生产厂家主要集中在日本、韩国、中国等国家地区，主要销售到中国内地和中国台湾地区、美国、日本、韩国等。

1 封装技术的发展动向

1.1 集成电路用环氧塑封料的发展方向

集成电路封装正在由传统的引线框架封装转向基板封装，使得封装行业发生了根本的变化，而封装互连技术方面正在朝向芯片倒装互连的方向发展。新的封装形式正在不断涌现，BGA、CSP、3D TSV、SIP成为发展的重点。出于成本及集成度考虑，最近在长电科技发展起来的MIS基板技术是新兴起的一种技术。

MIS的全称为预包封互联系统（Molded Interconnect System），是将电子封装中的低成本包封技术与高密度基板制造技术结合起来，首次在引线框技术上导入高密度互联布线设计，提高引线框的互联能力和封装设计灵活性。这一技术实现了芯片封装的微型化、高密度、高性能、多功能和低成本的突破。

1.2 LED反射杯支架用白色环氧塑封料的发展方向

目前LED行业已经从原有技术含量高、新技术和新产品不断出现，重视技术，提升产品性价比的阶段走向一个依靠降低成本、扩大市场份额的阶段。使用EMC来生产LED支架也正是在这个大环境下产生的。由于使用EMC的LED支架具有原有PPA引线框架结构的典型特点以及能达到迅速降低光使用成本的两个特点，使之成为2013年封装产业的一大焦点，EMC支架由过去用于1～2 W LED快速发展至2～3 W LED，加上价格加速下滑，同步威胁过去用于小功率的PPA支架以及大功率的陶瓷基板市场。

目前EMC LED支架已经量产并获得了大量应用，由于LED灯具的高功率应用，白色的EMC材料将向着更高反射率，更高的耐热性能发展。

2 几个重点封装形式对环氧塑封料的要求及解决方案

2.1 QFN，BGA，TF卡等单面封装

对于QFN、BGA、TF卡等单面不对称封装形式，加上不同厂家设计不同，芯片大小和其占封装体的体积也不同，因此翘曲是其最大的挑战，基本无法使用同一种塑封料来满足不同的封装设计，封装厂也需要使用各种各样的后续工艺，如在高温下加压后固化等来强制将翘曲平整化，但是这种工艺对芯片等存在潜在的伤害。因此要求塑封料对不同的设计要有更好的适应性。

翘曲产生的根本原因在于塑封料的化学收缩和物理收缩与铜引线框架及硅芯片的物理收缩不一致，而从塑封料的设计来说，一方面要选择合适的填料含量来控制物理收缩，另一方面，要选择合适的树脂体系和催化剂体系来控制化学收缩，使塑封料在后固化阶段化学收缩小一些，同时还需要尽量降低整个体系的应力水平。只有这样才能使环氧塑封料的翘曲具有较大的普适性。

2.2 MIS封装

做为新兴的预包封内互联系统基板（MIS）封装，对塑封料来说，基板的翘曲是首先要面临的问题之一，尤其是one block设计。由于其基板设计上塑封料与镀铜相间且非常复杂，翘曲和塑封料与镀铜所占体积的比例大小有很大关系，翘曲控制方法与QFN、BGA等单面封装设计完全不同，另一方面由于基板中的塑封料还要承受后道的贴片、打线工艺中的局部高温和再次175°烘烤，存在再次整体翘曲或者局部翘曲的可能性。因此一般采用高Tg的环氧塑封料来解决此问题。

2.3 MUF及Compress molding封装方式

MUF和Compress Molding一般用于高端高密度的BGA封装以解决冲丝及可靠性的问题。但是由于这两种方式使用的是环氧塑封料颗粒，在生产中会产生气孔及粉末抓取质量均一等问题，所以这两种封装方式要求环氧塑封料颗粒的粒度分布适中，不能有太细的粉末和太粗的粉末。另一方面，如果将颗粒做成圆柱状粉末将更有效地解决气孔问题。

2.4 LED支架用白色环氧塑封料

由于Led支架要求反射杯要具有高的反射率，高耐黄变性能、高耐UV性能，因此EMC采用必须使用耐热性优良的热固性环氧树脂与酸酐，配合高填充的反光材料、抗氧剂及抗UV剂等制造而成，同时由于环氧树脂具有其良好的流动性，因此可以比PCT和PPA添加更多的钛白粉，从而进一步增强了其耐高温老化、耐UV老化等性能；相比较PCT和PPA来说，由于环氧树脂具有更多极性基团，其与银框架的粘接力得以很大的提升，从而EMC支架的气密性得到更好的保证；另一方面，由于EMC中加入了更多的填料，使得其导热率也有所提高，对LED灯珠的整体散热效果也有所帮助。

另一方面，对于SMD型LED支架基板封装，翘曲也是挑战之一，这一点与QFN等单面封装类似，需要控制其化学收缩和物理收缩。

3 江苏华海诚科新材料有限公司及其产品介绍

江苏华海诚科新材料有限公司，是国家高新技术企业、江苏省民营科技企业、江苏省科技型企业、江苏省两化融合试点企业，拥有江苏省企业研究生工作站、市级技术研究中心。是一家专业从事半导体封装材料——环氧模塑料的研发、生产、销售和技术服务的高新技术企业，产品覆盖半导体器件、大规模/超大规模/特大规模集成电路、特种电机以及特种器件等封装材料，分别用于二极管、功率器件、桥块、DPARK、DIP、SOT、SSOP/SOP、QFP/TQFP/LQFP、QFN、BGA、节能电机、LED支架封装。

公司建有具有国际先进水平的环氧塑封料中试生产线1条及大生产线2条，现有生产能力10 000吨/年，并建有新型电子封装材料研究中心，拥有雄厚的研发实力和完善的测试手段。公司产品覆盖半导体器件封装材料、大规模/超大规模/极大规模集成电路材料、特种电机封装材料、LED封装材料等，并拥有集产品测试、应用、考核和技术服务于一身的一条龙配套服务能力。

公司坚持科技创新发展战略，以人才为依托，以技术开发为基础，以成果转化和产品开发为重点，并紧密追踪先进技术发展方向，在半导体封装与组装材料等领域开展前瞻性研究开发，提高成果转化率。近两年，公司凭借强大的研发团队和雄厚的技术力量，开发完成新产品20多项，掌握了具有自主知识产权核心技术，拥有专利17项。研发成功的MIS封装用塑封料、QFN的塑封料、LED支架用白色环氧塑封料 (目前国内民营企业中只有该公司一家进行该产品的研发)等新产品，技术水平达到国际先进，居国内领先。公司在注重新产品新技术开发的同时，积极推进成果转化，加大市场开拓。公司推出的新产品通过了国内国际知名公司用户的认证，并迅速占领了市场。公司发展目标：在未来3～5年内发展成为国内微电子材料第一品牌，跻身世界一流微电子材料供应商。

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1004-4507(2015)03-0040-03

2015-03-05