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積體電路用電子材料的研究現狀及發展

積體電路用電子材料的研究現狀及發展

由於積體電路的整合度迅猛增加,導致晶片發熱量急劇上升,使得晶片壽命下降。據報道,溫度每升高 10℃,因GaAs或 Si 半導體晶片壽命的縮短而產生的失效就為原來的3倍。其原因是因為在微電子積體電路以及大功率整流器件中,材料之間散熱效能不佳而導致的熱疲勞以及熱膨脹係數不匹配而引起的熱應力造成的。解決該問題的關鍵是進行合理的封裝。電子封裝材料主要包括基板、佈線、框架、層間介質和密封材料,最早用於封裝的材料是陶瓷和金屬,隨著電路密度和功能的不斷提高,對封裝技術提出了更多更高的要求,同時也促進了封裝材料的發展。

1、電子封裝材料的主要效能要求

封裝材料起支撐和保護半導體晶片和電子電路的作用,以及輔助散失電路工作中產生的熱量。作為理想的電子封裝材料必須滿足以下幾個基本要求:①低的'熱膨脹係數;②導熱效能好;③氣密性好,能抵禦高溫、高溼、腐蝕和輻射等有害環境對電子器件的影響;④強度和剛度高,對晶片起到支撐和保護的作用;⑤良好的加工成型和焊接效能,以便於加工成各種複雜的形狀;⑥對於應用於航空航天領域及其他行動式電子器件中的電子封裝材料的密度要求儘可能的小,以減輕器件的質量。

2、常用電子封裝材料

能及焊接效能,同時它們的密度也很低(如鋁和鎂)。增強體應具有較低的 CTE、高的導熱係數、良好的化學穩定性、較低的成本,同時增強體應該與金屬基體有較好的潤溼性。金屬基電子封裝複合材料具有高的熱物理效能、良好的封裝效能,它具有以下特點:①改變增強體的種類、體積分數和排列方式或者透過改變複合材料的熱處理工藝,可製備出不同 CTE 匹配的封裝材料;②複合材料的 CTE 較低,可以與電子器件材料的 CTE 相匹配,同時具有高的導熱效能,較低的密度;③材料的製備工藝成熟,淨成型工藝的出現,減少了複合材料的後續加工,使生產成本不斷降低。

3、電子材料的未來發展趨勢

現在的積體電路向小型化、高密度組裝化、低成本、高效能和高可靠性發展,這就對基板、佈線材料、密封材料、層間介質材料提出了更高的要求,需要效能好,低成本的電子封裝材料的出現。這對金屬基電子封裝符合材料的發展提供了巨大的空間。透過改變金屬基複合材料中增強體的形狀、大小、體積分數,尋找一種不僅與基板的熱效能相匹配,又具有良好力學效能,而且製造方法還經濟適用的電子封裝材料,是研究金屬基電子封裝複合材料的發展方向。