集成電路用電子材料的研究現狀及發展

集成電路用電子材料的研究現狀及發展

　　由于集成電路的集成度迅猛增加，導致芯片發熱量急劇上升，使得芯片壽命下降。據報道，溫度每升高10℃，因GaAs或Si半導體芯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集成電路以及大功率整流器件中，材料之間散熱性能不佳而導致的熱疲勞以及熱膨脹系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、布線、框架、層間介質和密封材料，最早用于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性能要求

　　封裝材料起支撐和保護半導體芯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低的熱膨脹系數；②導熱性能好；③氣密性好，能抵御高溫、高濕、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，對芯片起到支撐和保護的作用；⑤良好的加工成型和焊接性能，以便于加工成各種復雜的形狀；⑥對于應用于航空航天領域及其他便攜式電子器件中的電子封裝材料的密度要求盡可能的小，以減輕器件的質量。

　　2、常用電子封裝材料

　　能及焊接性能，同時它們的密度也很低（如鋁和鎂）。增強體應具有較低的CTE、高的導熱系數、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濕性。金屬基電子封裝復合材料具有高的熱物理性能、良好的封裝性能，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通過改變復合材料的熱處理工藝，可制備出不同CTE匹配的封裝材料；②復合材料的CTE較低，可以與電子器件材料的CTE相匹配，同時具有高的導熱性能，較低的密度；③材料的制備工藝成熟，凈成型工藝的出現，減少了復合材料的后續加工，使生產成本不斷降低。

　　3、電子材料的未來發展趨勢

　　現在的集成電路向小型化、高密度組裝化、低成本、高性能和高可靠性發展，這就對基板、布線材料、密封材料、層間介質材料提出了更高的要求，需要性能好，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。通過改變金屬基復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性能相匹配，又具有良好力學性能，而且制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復合材料的發展方向。

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