電子封裝材料的案例
SiCp/Cu電子封裝材料的主要制備方法
現代集成電路集成度和運行速度的不斷提高，導致電路功耗越來越大，發熱量不斷增加，器件因溫升而造成失效的可能性不斷加大，對電子封裝材料的要求也越來越苛刻。以碳化硅為代表的第三代半導體器件的發展對電子封裝材料的性能提出了更高的要求，如高導熱、低膨脹、優異的耐溫性能等。碳化硅顆粒增強銅基復合材料（SiCp/Cu）具有更高的熱導率、更低的熱膨脹系數、更好的耐溫性能和更優異的焊接性能等優點，在電子封裝領域具有很大的應用潛力。
目前，SiCp/Cu電子封裝材料的制備方法主要有粉末冶金法、放電等離子燒結法、無壓浸滲法、壓力浸滲法和反應熔滲法等。
粉末冶金法
粉末冶金法是最早用來制備金屬基復合材料的方法。粉末冶金法制備SiCp/Cu的工藝流程是先將SiC粉和Cu粉混合均勻，然后將混合粉末冷壓成型，冷壓成型后的生坯再經過特定工藝燒結完成復合制得SiCp/Cu電子封裝材料。粉末冶金法還可以采用將混合粉末直接進行熱壓燒結的工藝制備SiCp/Cu電子封裝材料。用粉末冶金法制備SiCp/Cu電子封裝材料，當SiC增強相含量較高時容易發生團聚，很難避免SiC顆粒間的直接接觸，導致材料孔隙度增大，難以獲得高致密度的復合材料。但是，采用粉末包覆和熱壓燒結的工藝可以提高粉末冶金法制得SiCp/Cu的致密度和綜合性能。
放電等離子燒結法
放電等離子燒結（SPS）法是近年發展起來的一種新型材料制備方法。
展開 中科院合肥分院在電磁屏蔽且導熱的先進電子封裝材料研究方面取得新進展
近期，中科院合肥分院應用所先進材料中心田興友研究員和張獻副研究員團隊在同步實現導熱絕緣及電磁屏蔽性能的先進電子封裝材料制備方面取得了新的研究進展，相關成果發表在Composites Part A 117 (2019) 56–64復合材料領域的TOP期刊上。
近年來，隨著電子器件逐漸向大功率、小型化及高集成度方向發展，散熱問題逐漸成為制約下一代高功率密度電子器件發展的瓶頸問題；同時，電子元件分布密度過高或高頻電路造成的電磁干擾問題愈加嚴重，尤其是隨著高頻高速5G時代的到來，對電磁屏蔽材料提出了更高的要求。因此，如何同步實現電子封裝材料的高導熱絕緣與抗電磁干擾性能成為目前急需解決的關鍵技術問題。
復合材料隔離雙網絡結構的制備示意圖及導熱性能
電子封裝材料在某些場合下具有電絕緣特性的要求，而目前碳系復合材料在改善導熱性能的同時，通常會引起導電性能的提升，從而影響了封裝材料的實際應用。本課題組以聚偏氟乙烯(PVDF)為研究對象，構筑了多壁碳納米管(MWCNT)與氮化硼(BN)的隔離雙網絡結構，滿足材料導熱與抗干擾性能的同時，兼顧了電子封裝材料的電絕緣性能。首先原位制備了PVDF@MWCNT復合微球，在微球內部形成了導電網絡又提高了PVDF的導熱性能；然后在微球外部，采用絕緣BN導熱填料構建了完整的導熱網絡通路，并通過整體包覆降低了復合微球的導電性能，從而使得復合材料在實現導熱和電磁屏蔽性能同步提升的基礎上，兼具有良好的電絕緣性能。
復合材料的電絕緣與抗電磁干擾性能
本方法工藝簡單、成本低廉，易于規模化，且獲得的復合材料具有良好的導熱絕緣及抗電磁干擾性能，有望在大功率集成電路、5G通訊、高功率雷達、太赫茲通信設備等領域廣泛應用，滿足新一代裝備對電磁兼容與散熱的迫切需求，具有廣泛的應用前景。
展開 干貨 | 這些電子封裝材料，你了解么？
封裝測試是位于芯片生產的后段工序，起著將芯片與外電路連接的重要作用，同時為芯片的正常工作提供支撐、散熱和保護。電子封裝材料一般要具備與芯片相匹配的熱膨脹系數，同時具有很好的散熱性能。狹義的電子封裝材料指包裹芯片和引線框架的封裝外殼，也就是通常所說的塑料封裝、陶瓷封裝、金屬封裝。而廣義的電子封裝材料指除芯片以外，封裝體中剩下的所有部分，包括封裝外殼、基板、鍵合線、粘結材料、引線框架、封裝體底部焊點、散熱片。
圖1 芯片封裝體示意圖
今天筆者來對各種封裝材料進行詳細的介紹：
1.封裝外殼
封裝外殼主要對芯片和引線框架起到密封和保護的作用，通常需要具有與芯片相匹配的熱膨脹系數，散熱性較好且與內部器件的黏結性較好。常見的封裝外殼材料有塑料、金屬、陶瓷。塑料封裝外殼主要以環氧樹脂為主，但由于環氧樹脂熱膨脹系數較高且導熱性較差，常采用二氧化硅作為填充料，以降低其熱膨脹系數并改善熱導率。目前而言，塑料封裝依然是主要的封裝形式，但在導熱和可靠性要求較高的場合，會采用陶瓷封裝，在一些特殊領域也會采用金屬封裝。比如一些軍用模塊會使用陶瓷封裝，紅外探測器芯片會采用金屬封裝。
2.基板
基板主要對芯片起到固定、支撐、散熱以及連接下層電路板的作用，在很多封裝形式當中可能不涉及基板，而是芯片直接貼裝在引線框架上。
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</div><div contenteditable="false" width="100%">參展范圍</div><div contenteditable="false" width="100%">一、電子金屬封裝、電子陶瓷封裝、電子塑料封裝、電子環氧樹脂材料封裝、封裝材料與工藝、電子封裝設備及先進制造技術、電子封裝測試技術設備、電子燒結相關產品與技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">二、先進封裝與系統集成: 球柵陣列封裝、芯片級封裝、倒裝芯片、晶圓級封裝、三維集成及其它各種先進的封裝和系統集成技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">三、封裝材料與工藝: 鍵和絲、焊球、焊膏、導電膠等互連材料;芯片下填料、粘結劑、薄膜材料、介電材料、基板材料、框架材料、導熱材料、綠色電子材料以及其他能夠高封裝性能和降低成本的新型材料;</div><div contenteditable="false" width="100%">以及各種各樣的封裝與組裝工藝等；</div><div contenteditable="false" width="100%">四、封裝設計與模擬: 各種新的封裝/組裝設計；電子封裝的電、熱、光和機械特性建模、模擬和驗證方法;多尺度和多物理量建模等;</div><div contenteditable="false" width="100%">五、新興領域封裝: 傳感器、執行器、微機電系統、納機電系統、微光機電系統的封裝技術;光電子封裝，CMOS圖像傳感器封裝;封裝及集成技術在液晶顯示，無源元件，射頻、功率和高壓器件，及納米器件等新興領域的應用等；</div><div contenteditable="false" width="100%"
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</div><div contenteditable="false" width="100%">參展范圍</div><div contenteditable="false" width="100%">一、電子金屬封裝、電子陶瓷封裝、電子塑料封裝、電子環氧樹脂材料封裝、封裝材料與工藝、電子封裝設備及先進制造技術、電子封裝測試技術設備、電子燒結相關產品與技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">二、先進封裝與系統集成: 球柵陣列封裝、芯片級封裝、倒裝芯片、晶圓級封裝、三維集成及其它各種先進的封裝和系統集成技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">三、封裝材料與工藝: 鍵和絲、焊球、焊膏、導電膠等互連材料;芯片下填料、粘結劑、薄膜材料、介電材料、基板材料、框架材料、導熱材料、綠色電子材料以及其他能夠高封裝性能和降低成本的新型材料;</div><div contenteditable="false" width="100%">以及各種各樣的封裝與組裝工藝等；</div><div contenteditable="false" width="100%">四、封裝設計與模擬: 各種新的封裝/組裝設計；電子封裝的電、熱、光和機械特性建模、模擬和驗證方法;多尺度和多物理量建模等;</div><div contenteditable="false" width="100%">五、新興領域封裝: 傳感器、執行器、微機電系統、納機電系統、微光機電系統的封裝技術;光電子封裝，CMOS圖像傳感器封裝;封裝及集成技術在液晶顯示，無源元件，射頻、功率和高壓器件，及納米器件等新興領域的應用等；</div><div contenteditable="false" width="100%"
展開 無鉛電子封裝材料及其焊點可靠性研究進展
無鉛電子封裝材料及其焊點可靠性研究進展
摘要：隨著2006年7月1日ROHS法令實施的最后期限的來臨，無鉛焊料的研究與應用又掀起了新一輪的熱潮。由于封裝材料與封裝工藝的改變，給焊點可靠性帶來了一系列相關問題。就近年來國內外開發的無鉛焊料，焊點的失效模式，焊點可靠性評價方法和焊點的主要缺陷進行了綜述。對今后該領域的研究前景及方向進行了展望。
隨著社會的進步，保護環境，減少污染，已越來越受到人們的關注。由于鉛對環境和人體的負作用，世界各國如歐盟、美國和日本等紛紛立法禁止或限制鉛的工作應用。隨著2006年7月1日歐盟將正式對電子產品實施RoHS（Restriction of Hazardous Substances）法令，無鉛計術的研究與應用對電子封裝業的原時設備制造商和電子代工生產商已成為當務之急。另外，電子封裝向著高集成、高密度方向發展，焊點越來越小而所承載的力學、熱學和電學負荷越來越高，傳統的Sn37Pb已不能滿足工藝要求。在向無鉛化過渡的進程中，封裝材料與封裝工藝的改變所帶來的最突出的部題之一就是無鉛焊點可靠性問題。
1． 無鉛焊料的研究現狀
國際上對無鉛焊料的定義為：以Sn為基，添加Ag、Cu、Zn、Bi等元素構成的二元、三元甚至四元的共晶合金代替Sn37Pb焊料，其中w(Pb)應小于0.01%。目前，國際上一致公認的首選代鉛錫焊料主要集中在Sn-Ab-Cu系。
無鉛焊接工藝
按焊點連接方式來分，電子焊接工藝主要有二種：波峰焊（Wave Soldering）和回流焊（Reflow Soldering）。波峰焊是基于傳統的焊錫-通孔（THT，Pin Through Hole）工藝發展起來的，而回流焊是基于新型的表面貼裝技術（SMT，Surface Mount Technology）發展起來的。
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</div><div contenteditable="false" width="100%">參展范圍</div><div contenteditable="false" width="100%">一、電子金屬封裝、電子陶瓷封裝、電子塑料封裝、電子環氧樹脂材料封裝、封裝材料與工藝、電子封裝設備及先進制造技術、電子封裝測試技術設備、電子燒結相關產品與技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">二、先進封裝與系統集成: 球柵陣列封裝、芯片級封裝、倒裝芯片、晶圓級封裝、三維集成及其它各種先進的封裝和系統集成技術等;</div><div contenteditable="false" width="100%">三、封裝材料與工藝: 鍵和絲、焊球、焊膏、導電膠等互連材料;芯片下填料、粘結劑、薄膜材料、介電材料、基板材料、框架材料、導熱材料、綠色電子材料以及其他能夠高封裝性能和降低成本的新型材料;</div><div contenteditable="false" width="100%">以及各種各樣的封裝與組裝工藝等；</div><div contenteditable="false" width="100%">四、封裝設計與模擬: 各種新的封裝/組裝設計；電子封裝的電、熱、光和機械特性建模、模擬和驗證方法;多尺度和多物理量建模等;</div><div contenteditable="false" width="100%">五、新興領域封裝: 傳感器、執行器、微機電系統、納機電系統、微光機電系統的封裝技術;光電子封裝，CMOS圖像傳感器封裝;封裝及集成技術在液晶顯示，無源元件，射頻、功率和高壓器件，及納米器件等新興領域的應用等；</div><div contenteditable="false" width="100%"
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參展范圍
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一、電子金屬封裝、電子陶瓷封裝、電子塑料封裝、電子環氧樹脂材料封裝、封裝材料與工藝、電子封裝設備及先進制造技術、電子封裝測試技術設備、電子燒結相關產品與技術等;
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二、先進封裝與系統集成: 球柵陣列封裝、芯片級封裝、倒裝芯片、晶圓級封裝、三維集成及其它各種先進的封裝和系統集成技術等;
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三、封裝材料與工藝: 鍵和絲、焊球、焊膏、導電膠等互連材料;芯片下填料、粘結劑、薄膜材料、介電材料、基板材料、框架材料、導熱材料、綠色電子材料以及其他能夠高封裝性能和降低成本的新型材料;
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以及各種各樣的封裝與組裝工藝等；
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四、封裝設計與模擬: 各種新的封裝/組裝設計；電子封裝的電、熱、光和機械特性建模、模擬和驗證方法;多尺度和多物理量建模等;
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五、新興領域封裝: 傳感器、執行器、微機電系統、納機電系統、微光機電系統的封裝技術;光電子封裝，CMOS圖像傳感器封裝;封裝及集成技術在液晶顯示，無源元件，射頻、功率和高壓器件，及納米器件等新興領域的應用等；
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展開 西工大顏紅俠教授團隊CEJ：在超支化聚硅氧烷應用研究中的新發現
HSiEP的合成路線圖
研究發現，6HSiEP/BADCy樹脂的表觀活化能從16.5 kJ/mol降低至4.1 kJ/mol，峰值固化溫度顯著降低93.5 °C，表明HSiEP能夠極大地改善氰酸酯樹脂的固化工藝，為其在電子封裝材料的應用中提供有利的成型加工條件。
圖2. HSiEP/BADCy的固化性能分析
并且，固化后的HSiEP/BADCy樹脂展現出優異的機械性能，特別是，6HSiEP/BADCy的沖擊強度提高了105.3%。
圖3. HSiEP/BADCy的力學性能
透射電子顯微鏡研究發現，適量的HSiEP在氰酸酯樹脂中可以形成尺寸不同的聚集域（500-1200 nm）。聚集的原因在于HSiEP分子結構中大量醚鍵和羥基的存在，有利于其形成動態非共價氫鍵作用而發生聚集。這種不同的聚集域在外力作用下能夠吸收沖擊能以增韌樹脂基體。
圖4. 不同HSiEP/BADCy的TEM圖及6HSiEP/BADCy的EDX mapping圖
這種以Si-O-C鍵為骨架結構的超支化聚硅氧烷，不僅能夠增強增韌氰酸酯樹脂，還可在降低樹脂的固化溫度，在保持樹脂體系優良加工性和耐熱性的同時，降低其介電常數和介電損耗。這項工作為開發高性能電子封裝材料提供了新的策略和理論指導。
展開 電子封裝用陶瓷基板材料及其制備工藝
陶瓷基板由于其良好的導熱性、耐熱性、絕緣性、低熱膨脹系數和成本的不斷降低，在電子封裝特別是功率電子器件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、LD（激光二極管）、大功率LED（發光二極管）、CPV（聚焦型光伏）封裝中的應用越來越廣泛。
陶瓷基片主要包括氧化鈹（BeO）、氧化鋁（Al2O3）和氮化鋁（AlN）、氮化硅（Si3N4）。與其他陶瓷材料相比，Si3N4陶瓷基片具有很高的電絕緣性能和化學穩定性，熱穩定性好，機械強度大，可用于制造高集成度大規模集成電路板。
幾種陶瓷基片材料性能比較
從結構與制造工藝而言，陶瓷基板又可分為HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等。
高溫共燒多層陶瓷基板（HTCC）
HTCC，又稱高溫共燒多層陶瓷基板。制備過程中先將陶瓷粉（Al2O3或AlN）加入有機黏結劑，混合均勻后成為膏狀漿料，接著利用刮刀將漿料刮成片狀，再通過干燥工藝使片狀漿料形成生坯；然后依據各層的設計鉆導通孔，采用絲網印刷金屬漿料進行布線和填孔，最后將各生坯層疊加，置于高溫爐（1600℃）中燒結而成。此制備過程因為燒結溫度較高，導致金屬導體材料的選擇受限（主要為熔點較高但導電性較差的鎢、鉬、錳等金屬），制作成本高，熱導率一般在20~200W/（m·℃）。
低溫共燒陶瓷基板（LTCC）
LTCC，又稱低溫共燒陶瓷基板，其制備工藝與HTCC類似，只是在Al2O3粉中混入質量分數30%~50%的低熔點玻璃料，使燒結溫度降低至850~900℃，因此可以采用導電率較好的金、銀作為電極材料和布線材料。因為LTCC采用絲網印刷技術制作金屬線路，有可能因張網問題造成對位誤差；而且多層陶瓷疊壓燒結時還存在收縮比例差異問題，影響成品率。
展開 微電子封裝技術(SMT)發展現有形式
當前MCM已發展到疊裝的三維電子封裝(3D)，即在二維X、Y平面電子封裝(2D)MCM基礎上，向Z方向，即空間發展的高密度電子封裝技術，實現3D，不但使電子產品密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更快，性能更好，可靠性更好，而電子系統相對成本卻更低。
對MCM發展影響最大的莫過于IC芯片。
因為MCM高成品率要求各類IC芯片都是良好的芯片(KGD)，而裸芯片無論是生產廠家還是使用者都難以全面測試老化篩選，給組裝MCM帶來了不確定因素。
CSP的出現解決了KGD問題，CSP不但具有裸芯片的優點，還可像普通芯片一樣進行測試老化篩選，使MCM的成品率才有保證，大大促進了MCM的發展和推廣應用。
目前MCM已經成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中，今后將用于工作站、個人計算機、醫用電子設備和汽車電子設備等領域。
裸芯片技術主要形式
裸芯片技術有兩種主要形式：一種是COB技術，另一種是倒裝片技術(Flip chip)。
COB技術：
用COB技術封裝的裸芯片是芯片主體和I/O端子在晶體上方，在焊接時將此裸芯片用導電/導熱膠粘接在PCB上，凝固后，用Bonder機將金屬絲(Al或Au)在超聲、熱壓的作用下，分別連接在芯片的I/O端子焊區和PCB相對應的焊盤上，測試合格后，再封上樹脂膠。
與其它封裝技術相比，COB技術有以下優點：價格低廉；節約空間；工藝成熟。COB技術也存在不足，即需要另配焊接機及封裝機，有時速度跟不上；PCB貼片對環境要求更為嚴格；無法維修等。
展開 
下午直播 | 關鍵性Icepak電子封裝散熱技術
Ansys Icepak軟件基于CFD理論可對各類電子產品進行熱仿真。數十年來普遍應用于各行業中，如航天航空、電子電力、醫療器械、汽車電子、手機終端、攜帶式計算器、變頻器、交流器、LED、IC芯片封裝等各類電子產品中。隨著Ansys全力投入開發軟件，今日Ansys Icepak已大幅強化各方面功能，并開發兼容于電子桌面軟件如HFSS/Q3D/Mechanical等直接耦合平臺，縮短用戶花費在探索軟件的時間。
基于PERA SIM 的電子封裝翹曲仿真分析
摘要：本文基于國產自主仿真軟件PERA SIM Mechanical建立了某疊層封裝翹曲的仿真過程，從導入幾何模型開始，到劃分網格、賦予材料參數、施加邊界條件和加載載荷，以及設置分析參數、進行分析得到仿真分析結果，實現了芯片翹曲全過程三維仿真。分析得到翹曲位移結果和應力結果，對預測和分析電子封裝潛在可靠性問題，優化芯片的結構和布局并提高芯片的整體性能提供依據。
關鍵詞：芯片翹曲；電子封裝；仿真
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1.引言
電子產品中需要使用大量封裝器件,封裝中使用了各種不同的材料，如芯片、基板、塑封等，這些材料具有不同的熱膨脹系數（CTE，Coefficient of Thermal Expansion）。當整個封裝經歷溫度變化時，例如從封裝過程時的高溫降到室溫，由于各種材料的熱膨脹系數不同，伸縮不一致，進而導致封裝產生翹曲。隨著電子產品集成度及電性能要求的進一步提高，封裝技術向超薄化發展，當封裝變薄后，剛性顯著降低，更容易變形，使得翹曲顯著加大。
封裝翹曲問題可能會導致電子產品性能下降、信號完整性問題或產生不良的互連。一方面，通過在設計階段進行仿真，工程師只需要在計算機對不同封裝模型進行建模模擬，不僅可以節省實驗原料成本，還可以快速識別關鍵問題所在；另一方面，工程師可以結合DOE分析，通過考慮多組參數對翹曲的實際影響，優化芯片的結構和布局，獲取最佳設計。
展開 電子封裝中的回流焊仿真分析
封裝結構中不同材料之間存在熱膨脹系數差異，電子封裝在回流焊溫變過程中會產生翹曲變形。結構的翹曲會影響封裝結構的共面度，引發芯片斷裂、界面分層和焊點裝聯缺陷等質量和可靠性問題。因而，掌握回流焊仿真分析技術，對提高產品封裝質量、優化電子封裝中回流焊的溫度設置具有相當重要的意義。
回流焊仿真技術路線
回流焊是一個熱加載過程，在進行回流焊仿真分析時，目前主要有以下幾種仿真技術路線：
基于CFD軟件的瞬態溫度場分析
采用此種方式，可以精確的考慮回流爐內的結構，考慮熱風及熱空氣在回流爐內的流動狀況，計算出來的溫度場比較準確。但是由于需要對流場域精確建模，并且還要計算長時間的瞬態和考慮結構的運動過程，計算量通常比較大。而且，采用CFD軟件，只能計算得到溫度場數據，無法直接得到PCB板的翹曲變形和焊點的失效。
基于結構分析軟件的溫度場+結構場耦合分析
此種方式直接利用了結構分析軟件中的熱分析功能和結構分析功能，可以同時計算出溫度場分布和應力應變場分布，這也是目前比較常用的方法。采用此種方法進行回流焊仿真分析時，主要問題在于溫度場的分析精度不高，從而會影響到結構應力和PCB板翹曲的計算。因為采用結構分析軟件進行溫度場模擬時，難以精確考慮空氣散熱的影響，通常只是施加了由經驗獲得的對流換熱系數。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電子封裝熱分析
1.摘要：本文基于PERA SIM Fluid仿真軟件分析電子封裝流動換熱問題，涵蓋了從幾何導入、網格劃分、求解設置到結果后處理的完整仿真流程。計算采用布辛尼斯克（Boussinesq）假設得到自然對流條件下封裝體溫度場及流場分布，通過設置接觸熱阻考慮導熱膠的影響。根據封裝材料屬性、輸入功率、空氣對流換熱系數等邊界條件，從幾何導入及修復開始，到網格劃分、邊界條件設置，到最后結果后處理，最終得到分析結果，實現了電子封裝完整熱分析過程。分析得到的封裝表面溫度和對流換熱效率對封裝設計具有一定的指導意義。
關鍵詞：電子封裝；自然對流；流熱耦合；熱設計
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2.引言
芯片封裝作為設計和制造電子產品開發過程中的關鍵技術之一，是半導體行業關注和重視的重點。封裝的作用主要有保護電路免受外界環境的影響、避免噪聲信號的污染，屏蔽外場的串擾，支撐封裝體內機械機構、電氣互連，緩解封裝體內部的機械應力，提供從封裝體內功率器件到外界環境的熱傳遞路徑，使芯片間的引線從封裝體牢固地引出而非直接裝配在基片上等功能。
半導體技術按摩爾定理的發展，集成電路的密度將越來越高，且尺寸越來越小。所有芯片工作時都會發熱，熱量的累積必導致結點溫度的升高，隨著結點溫度提高，半導體元器件性能將會下降，甚至造成損害。為了保證元器件的結溫低于最大允許溫度，經由封裝進行的從 IC 自身到周圍環境的有效散熱就至關重要。
本文基于PERA SIM Fluid仿真軟件實現了電子封裝熱分析的完整流程，從導入幾何模型開始，到劃分多面體混合網格、設置材料參數和邊界條件，隨后采用多核并行計算并得到最終溫度場結果。分析得到的封裝表面溫度和對流換熱效率對封裝設計具有一定的指導意義。
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