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关于封装材料底部填充胶(underfill)呈现快速增长态势

发布时间: 2012-08-16 08:49 作者: 浏览次数: 3142 Views 字号:

关于封装材料(UNDERFILL)呈现快速增长态势
封装技术对于封装材料的发展具有巨大的带动作用,反过来,封装材料的发展又进一步推动了封装技术的发展,因此,封装材料和封装技术有着相互促进又相互制约的关系。近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势,2003年,全球封装材料销售总额达到79亿美元,其中硬质封装基板20亿美元,韧性PI基板和TAB载带3.2亿美元,引线框架26.2亿美元,金属引线12.8亿美元,塑封料12.5亿美元,贴片胶2.4亿美元,聚酰亚胺树脂0.9亿美元,液体环氧包封料0.7亿美元,液体底填料0.4亿美元。预

计到2008年,全球封装材料销售额将达到120亿美元,年增长率达20%。本文将对集成电路封装关系最紧密、最关键同时又量大面广的几种集成电路封装材料的现状与发展趋势逐一阐述。

环氧塑封料(EMC)显示基础和支撑作用

  环氧塑封料以其成本低廉、工艺简单和适于大规模生产等优点在集成电路封装材料中独占鳌头,目前全球集成电路封装材料的97%采用EMC。随着集成电路与封装技术飞速发展,越来越显示出EMC的基础和支撑地位的作用。
  目前世界上环氧塑封料生产厂家主要集中在日本、美国、韩国等国家和我国台湾地区,包括日东电工、住友电工、日立化成、松下电工、信越化学、台湾长春、东芝、Hysol、Plaskon、Cheil等。2003年环氧塑封料全球销售额达到12.5亿美元,需求量达到12万~13万吨,预计2005年全球销售额将达到15亿~16亿美元,需求量将达到16万~17万吨。
  目前EMC的主流产品为适合于0.35μm~0.18μm特征尺寸集成电路的材料,研制水平达0.10μm~0.09μm,主要用于QFP/TQFP、PBGA以及CSP等形式的封装。
  我国EMC已进入快速发展阶段,高性能EMC质量水平有了较大进步。我国内地生产厂家(包括合资企业)共有5家:江苏中电华威、北京科化、苏州住友电木(日资)、昆山长兴(台资)、北京中新泰合等。自1997年以来国内EMC需求一直保持持续高速增长态势,产品供不应求。2003年国内EMC需求量约2.5万吨,预计2005年将达到3万吨。目前国产EMC的市场份额约占40%左右。
  国产EMC产品在封装形式上由仅能满足DIP、SOP、SOJ、QFP等简单封装形式发展到能够满足TQFP等封装形式,同时PBGA、CSP等先进封装形式用EMC的生产技术正在快速发展。但是,国产EMC产品在质量稳定性、粘附性、吸潮性、杂质含量、放射粒子量以及电性能、力学性能、耐热性能等方面还需要进一步改善,要完全满足今后高水平的
新型封装形式的要求,还存在不少差距。
  环氧塑封料的技术发展呈现下述趋势:1.为适应超大规模集成电路向着高密度、高I/O数方向的发展需求,朝着适应高密度、高I/O数的封装形式(如BGA)方向发展;2.朝着适应于微型化、薄型化、不对称化、低成本化封装形式(CSP/QFN)方向发展;3.为适应无铅焊料、绿色环保的要求,向着高耐热、无溴阻燃化方向快速发展。
  随着欧盟WEEE和ROHS法案和其他国家相关环保法案法规的实施,我国环氧塑封料的发展面临三个严峻的挑战:1.从QFP/TQFP等表面贴装形式的EMC生产技术向适于BGA、CSP等先进封装形式的EMC生产技术跃升;2.由传统的含溴/含锑EMC生产技术向无溴/无锑EMC生产技术的快速转换;3.从传统适于有铅焊料的组装工艺向适于新型无铅焊料组装工艺的转换。我们必须组织、建立一支高水平的科技攻关和产业化队伍,攻克无溴/无锑EMC及其配套原材料的制造技术难题,实现产业化。只有这样,才能尽快缩短国产化的进程,使我国环氧塑封料的技术水平与国际先进水平接轨。

液体环氧封装料今年我国需求量将达400吨

  液体环氧封装料是微电子封装技术第三次革命性变革的代表性封装形式球型阵列封装(BGA)和芯片尺寸级封装(CSP)所需关键性封装材料之一,主要包括FC/BGA/CSP用液体环氧底灌料(Underfill)和液体环氧芯片包封料两大类。Underfill主要用于填充FC/BGA/CSP中芯片与基板之间由塌陷焊球连接形成的间隙。目前,Underfill主要包括两种类型:流动型Underfill和非流动型Underfill。
  液体环氧芯片包封料主要用于FC/BGA/CSP等柔性封装和超薄型封装的芯片包覆,要求芯片包封料具有适当的流动性、固化温度低、固化速度快,树脂固化物无缺陷、无气泡、耐热性能好、热膨胀系数低、内应力小、翘曲度小。
  2003年,全球液体环氧封装料的需求量达700吨,销售额1.1亿美元,预计2005年达1500吨,2010年达8000吨~1万吨;我国2003年的市场需求量约50吨~60吨,2005年达400吨~500吨,2010年达1200吨~1400吨。
  国外主要制造厂商包括Loctite、Hitachi Chemical、Ablestick等,目前国内尚没有从事BGA/CSP用环氧底灌料的生产厂家。

导电/导热粘结剂将IC芯片粘贴于引线框架

  高性能导电/导热粘结剂主要包括导电粘结剂、导热粘结剂等,主要用于将IC芯片粘贴于引线框架或基板上。   目前市场上最常见的导电粘结剂和导热粘结剂主要以环氧树脂或聚氨酯、有机硅树脂等为基体树脂,并填充片状导电银粉(氧化铝、氮化硅等),再加固化剂、促进剂、表面活性剂、耦合剂等,以达到所需的综合性能。同时,为了满足电子产品高耐热的要求,也可以采用聚酰亚胺为基体树脂。环氧导电胶可分为各向同性导电胶和各向异性导电胶两大类,环氧导电胶分为单组份和双组份两种形式,目前以单组份为主。
  2003年,全球环氧导电胶的市场规模2.4亿美元,预计今后每年将以8%~10%的速度增长,2005年预计全球市场规模达4亿~6亿美元。

国外环氧导电胶的主要生产厂家包括Hitachi Chemical、Sumitomo Bakelite、Ablestick、Loctite等。

聚合物光敏树脂是BGA/CSP关键封装材料

  聚合物光敏树脂主要包括聚酰亚胺光敏树脂(PSPI)、BCB光敏树脂、环氧光敏树脂三种类型,主要用于BGA、CSP芯片表面焊球阵列的制球工序和多层积层(BUM)封装基板的外延信号线层间绝缘,是BGA/CSP的关键封装材料。
  聚酰亚胺光敏树脂包括正性胶和负性胶两类。目前,负性胶应用范围广,技术比较成熟;而正性胶的技术正在成熟,由于工艺步骤少,是未来的发展方向。聚酰亚胺光敏树脂不但具有聚酰亚胺材料固有的高温、耐低温、高强度、高韧性、高电绝缘、低介电常数、低介电损耗等优异的综合性能,同时具有光刻胶的光刻制图工艺性能,广泛应
用于芯片表面的一级或二级钝化层膜、多层布线的层间介电层膜、塑封电路的应力缓冲-吸收层膜等。作为有机介电/绝缘薄膜材料,它在微电子封装、光电子封装、平板显示等方面具有重要的作用。国外主要生产厂家包括Dupont、Hitachi Chemi-cal、Merck、Asahi Chemical、Siemens、Ciba Geigy等。
  BCB光敏树脂是一种对i线(365nm)敏感的负性光刻树脂。BCB树脂的典型应用于Low-k介电层间层膜、BGA/CSP多层有机基板的多层信号源的层间介电绝缘膜、MCM-D多层基板的层间介电层膜等。由于low-k材料的需求近年来不断攀升,预计BCB树脂的市场需求将增长很快。Dow Chemical是目前BCB树脂的主要供应商。
  环氧光敏树脂具有高纵横比和优良的光敏性,典型代表为化学增幅型环氧酚醛树脂类光刻胶,采用特殊的环氧酚醛树脂作为成膜树脂、溶剂显影和化学增幅。由于采用环氧酚醛树脂作成膜材料,故具有优良的粘附性能,对电子束、近紫外线及350nm-400nm紫外线敏感。经热固化后,固化膜具有良好的抗蚀性,热稳定性大于200℃,可在高温、腐蚀性工艺中使用。

高密度多层封装基板占有很高比重

  高密度多层封装基板主要在半导体芯片与常规PCB之间起电气过渡作用,同时为芯片提供保护、支撑、散热作用。封装基板在以BGA、CSP为主的先进封装器件的制造成本中占有很高的比重,如在BGA中约40%-50%,而在CSP中可高达70%-80%。
  用于BGA、CSP和MCM的高密度多层封装基板主要包括三种类型:硬质BT树脂基板、韧性PI薄膜基板和共烧陶瓷基板。据Prismark的调查统计,硬质BT树脂封装基板、韧性PI薄膜封装基板和共烧陶瓷基板在1999年的产值分别为11.79亿美元、1.73亿美元和7.92亿美元,而2004年分别达到32.22亿美元、4.92亿美元和34.62亿美元,年均增长率分别为22.3%、23.2%和34.2%。
  根据Prismark对2000年全球BGA基板市场的调查,未来具有低成本、小型化优势的硬质BT树脂基板和韧性PI薄膜基板将获得更大的发展,而陶瓷基板的发展将趋于减缓。可以看出,传统的引线框架型封装方式已无法适应高密度、小型化半导体封装的需求,未来将以有机基板型封装形式为主。
  目前,全球封装基板的生产主要集中在日本、韩国和美国,而欧洲及世界其他地区所占的比例很小。主要的生产厂家包括日本的JCI、Ibiden和韩国的三星、LG等。在韧性PI薄膜封装基板方面,日本的主要厂商包括Shindo、日立化成、Hitachi Cable等。
  近年来,我国台湾地区在封装基板方面的发展速度很快。台湾地区的封装基板业始于1998年,最初的发展主要靠引进技术,发展至今已渐成气候。目前,台湾地区共有封装基板生产厂家约15家。
  我国内地至今尚没有规模生产的封装基板厂商,目前处于发展初期。但随着我国微电子封装业的快速发展,这种情况将可能在近年内发生较大改变。
  硬质BT树脂基板:目前,BT树脂基板是BGA/CSP的主要基板之一,具有优异的耐热稳定性、力学机械性能和介电性能,是一种理想的硬质BGA/CSP的基板。随着BGA/CSP的快速发展,硬质BT树脂基板在国际上发展速度很快。2003年全球BGA/CSP基板的需求总量为12.50亿只,市场总值约20亿美元;预计到2005年将会增至43.03亿只,市场价值28亿~30亿美元,年均增长率约18%~20%。
  韧性PI薄膜基板:另一种应用范围广泛的BGA和CSP基板。在线路微细化、轻量化、薄型化、高散热性需求的驱动下,主要用于便携式电子产品的高密度、多I/O数的IC封装。2000年,韧性PI薄膜基板占高密度多层封装基板市场30%的市场份额,预计2005年将达到50%。由于柔性电路在便携式电子产品如手机、笔记本电脑等消费类产品中应
用非常广阔,因此近年来韧性PI薄膜基板的发展迅猛。目前,全球韧性PI薄膜基板的主要生产厂商集中在日本、美国、韩国等国家及我国台湾地区,包括日本Kaneka、Hitachi、Mitsui,美国Dupant、3M,韩国三星,台湾宏仁等。
  在我国内地,韧性PI薄膜基板的发展起步较晚,取得一定进展的公司包括深圳丹邦、湖北化学所等少数公司。对我国韧性PI薄膜基板发展造成严重影响的另一个因素是高性能PI薄膜,由于封装基板对PI薄膜的性能要求很高,目前内地产品的质量和性能还有待大幅度提高。
  共烧陶瓷多层基板:20世纪90年代,多芯片组件的篷勃发展推动了共烧陶瓷多层基板的迅速发展。共烧陶瓷基板包括高温共烧陶瓷基板(HTCC)和低温共烧基板(LTCC)。LTCC发展十分迅速,已经商用化。
  由于种种原因,我国共烧陶瓷多层基板发展比较缓慢,研究工作主要集中在中电集团13所、14所和43所。近几年虽引进一些先进设备,但生产的品种不多,技术水平一般,基本处于自产自用阶段,主要用于军品科研产品,产业化水平不高。

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