封装树脂与PKG分层的关系探讨

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:1171

（江苏中电华威电子有限公司，江苏连云港 222004）

摘要：pkg内部分层是电子封装中很普通的一种现象，也是必须要解决的一种主要缺陷，它会严重影响电子封装的可靠性。造成和影响pkc分层的原因很多，对封装树脂与pkc分层的关系进行了深讨。经研究表明，降低封装树脂的应力、改善封装树脂的吸湿性和提高封装树脂的粘接力是改善pkg内部分层现象的有效方法。

关键词：封装，可靠性，材料，树脂封装，pkc分层

中图分类号：tn104.2 文献标识码：a 文章编号：1004-4507（2005）08-0022-04

电子封装不仅要求封装材料具有优良的电性能、热性能以及机械性能外，还要求具有很高的可靠性和低成本，这也是封装树脂成为现代电子封装主流材料的主要原因，约占整个封装材料市场的95%以上。但是由于树脂封装是非气密性封装，对外界环境的耐受能力不是很强，特别是对湿气的侵入，所以在电子封装中往往会出现一些可靠性问题，特别是分层现象。下面就封装树脂、pkc分层以及封装树脂与pkc分层的关系进行分析和探讨。

1 封装树脂的组成及其应用

封装树脂是一种多组分的高分子复合材料，其中包括多种有机成分和多种无机成分。封装树脂的基本组分以各组分的作用见表1。

2 分层的定义和机理

2.1 分层的定义

在电子封装中，分层是可靠性评价的一个主要方面。分层是pkg内部各界面之间发生了微小的剥离或裂缝，一般在l～2 μm以上。主要发生的区域包括：封装树脂与芯片界面之间、封装树脂与载片界面之间、封装树脂与引线框架界面之间、芯片与银浆界面之间、银浆与引线框架界面之间。

2.2 分层的机理

导致分层的因素很多，从封装树脂的角度来说，一般认为主要是由于内部应力变化和内部水分造成的。当封装体在环境温度变化时，内部应力的压力和水分的蒸汽压力大于封装树脂与芯片、载片以及框架表面之间的粘接力，以致于使它们的界面之间出现剥离现象，严重时还会导致封装树脂或芯片出现裂纹，见图2。

3 封装树脂与pkg分层分析

在pkg内部分层产生的原因中，一般认为封装树脂的特性是导致pkg内部分层的主要原因。研究表明，封装树脂的应力、吸湿性和粘接性是封装树脂对pkg分层影响的三大因素。

3.1 降低封装树脂的应力

由于构成集成电路的材料很多，包括芯片、引线框架、金丝、载片、导电胶等，它们与封装树脂的热膨胀系数相差很大，在环境温度变化时，因它们热膨胀系数的差异而使pkg内部产生应力。应力的产生会引起pkg分层、pkg翘曲、表面钝化膜开裂、铝布线滑动等不良现象。

封装树脂的应力计算公式：

σ=kl∫a1edt+k2∫2edt

其中：k1、k2是常数，a1、a2 是封装树脂的热膨胀系数，e是封装树脂的弹性模量，dt是温度变化。从公式可以看出，影响封装树脂的应力因素有：热膨胀系数、弹性模量和玻璃化温度。但是降低玻璃化温度会降低材料的机械性能，所以降低热膨胀系数和弹性模量是降低封装树脂应力的有效方法。

(1)加大封装树脂填充材料的含量，可以降低热膨胀系数。填料不仅能够起增加导热、支撑和降低成本作用，而且还能降低封装树脂的热膨胀系数。目前所使用的填充材料主要是二氧化硅，其热膨胀系数为6×10-7／℃，而环氧树脂的热膨胀系数大约是6×10-5／℃，两者相差100倍。所以要降低封装树脂的热膨胀系数，必须加大填充材料的含量(见表2)。虽然增加填料含量能够降低热膨胀系数和提高强度，但是同时也会降低封装树脂的流动性和增加封装树脂的模量，所以在加大填充材料含量时要综合考虑。结晶型二氧化硅具有高导热高膨胀特性，而熔融型／球型二氧化硅具有低导热低膨胀特性，所以使用熔融型／球型二氧化硅能够得到更低热膨胀系数的封装树脂。同时球形填料比角形填料有更高的填充性，所以使用球形填料能够得到更高填充含量的封装树脂，并且球形填料因形状比较规则还可以缓和角形填料尖端所造成的应力集中，减小封装树脂对模具的磨损等。