半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧模塑料面臨綠色考驗(yàn)

用(EMC/Epoxy Molding Compound，通常又叫環(huán)氧塑封料)，上世紀(jì)60年代中期起源于美國(Hysol)，后發(fā)揚(yáng)光大于日本，現(xiàn)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)工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)，同時成本較低，目前已占整個微電子封裝材料97%以上市場。我國大陸EMC產(chǎn)能已超過7萬噸，2008年能將超過8萬噸。隨著環(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(hù)方面。具體體現(xiàn)在兩個發(fā)展趨勢上：一是要化，要經(jīng)得起260℃無鉛工藝條件考驗(yàn)；二是要從非環(huán)保向綠色環(huán)保過渡，要無溴、無銻等?，F(xiàn)在世界各大EMC生產(chǎn)廠商加快綠色環(huán)保型EMC的推廣與研發(fā)改進(jìn)工作，這是一個重新洗牌的過程，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，特別是對中國內(nèi)資EMC中小生產(chǎn)企業(yè)，挑戰(zhàn)多于機(jī)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(zhàn)。

首先是來自阻燃方面的挑戰(zhàn)。目前業(yè)內(nèi)所使用的阻燃劑絕大多數(shù)是鹵素衍生物或含銻阻燃劑等，鹵系阻燃劑的存在會導(dǎo)致很多問題，例如當(dāng)其燃燒時會產(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、動脈硬化、肝臟腫瘤等病狀，動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致癌癥；另一方面處理或回收這些含鹵廢料也相當(dāng)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(shè)備廢棄物處理法第5版修正草案，對無鹵環(huán)保電子材料加以規(guī)范，明確規(guī)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(zhuǎn)變到無鹵型，這將對環(huán)氧塑封料的物理性能產(chǎn)生影響，其中包括：流動長度、膠化時間、粘度、飛邊/溢料、硬度、玻璃化溫度、熱膨脹系數(shù)、彎曲模量及彎曲強(qiáng)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。

其次是來自無鉛焊料的挑戰(zhàn)。自然界中的酸雨會把焊錫中的含鉛材質(zhì)溶解出來，經(jīng)由食物及飲水鉛會在人體內(nèi)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(yán)禁使用的品種。在符合環(huán)保需求下，無鉛焊料的開發(fā) 已成為必然趨勢。目前開發(fā)的無鉛焊料的熔點(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℃。無鉛化是電子封裝業(yè)的必然趨勢，然而要真正實(shí)現(xiàn)封裝的無鉛化，使其從研發(fā)走向工業(yè)生產(chǎn)、從小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)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(shè)計相容性、可靠性相容性(熱疲勞、機(jī)械應(yīng)力)、設(shè)備相容性及成本問題。綜合考慮各因素，處理好各方面的相容性，才能順利實(shí)現(xiàn)電子封裝向無鉛化的轉(zhuǎn)變。

最后是來自封裝工藝的挑戰(zhàn)，近年來半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)正經(jīng)歷著2次重大變革，并蘊(yùn)藏著第3次變革。第1次變革出現(xiàn)在20世紀(jì)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(zhuǎn)變；第2次變革出現(xiàn)在20世紀(jì)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(zhuǎn)變。而出現(xiàn)于21世紀(jì)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次變革過程中，封裝材料所扮演的角色將越來越重要，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(yīng)力以及低成本。同許多其它有機(jī)高分子材料一樣，環(huán)氧樹脂也易于燃燒，因此在使用過程中通常都要加入阻燃劑，傳統(tǒng)環(huán)氧塑封料很難同時滿足上述要求，因此研制開發(fā)高性能環(huán)氧塑封料已勢在必行。