环氧模塑料为5G中国“芯”保驾护航！

中国在华为的带领下提前迎来了5G时代，几十万座5G基站和千元5G手机的加持下，中国速度已然成为了令其他国家眼红的资本，尤其是美国。

自去年五月份开始，美国就将华为列入到实体清单，并对华为在全球范围内进行了多方位的极限打压，但随着华为自研芯片的崛起，断供的措施收效甚微。其中半导体塑料封装起到了关键性作用。

半导体有三大封装：

半导体金属封装、半导体陶瓷封装、半导体塑料封装。

半导体塑料封装的功能：

环氧模塑料发展至今，已经衍生出很多种不同类型，以适合不同应用要求。按所用的环氧树脂的化学结构来分，可以分为EOCN型、DCPD型、Bi-phenvl型以及Multi-Function型等。按最终材料的性能来分，环氧模塑料可以分为普通型、快速固化型、高导热型、低应力型、低放射型、低翘曲型以及无后固化型等。同时为了满足对环境保护的要求，无卤无锑的“绿色”环保型环氧模塑料也成为目前业界研发的重点。

主要的环氧树脂分子结构式

环氧树脂：邻甲酚型、联苯型、多功能型树脂等

作用：与硬化剂反应后提供交联结构

环氧树脂化学结构式

硬化剂：酚醛树脂型，低吸水型，DCP型等

作用：与环氧树脂反应提供交联结构

硬化剂化学结构式

充填剂：二氧化硅，氧化铝

作用：提高强度，减少吸水性等

阻燃剂：非环保材：溴环氧树脂&Sb2O3环保材：金属氢氧化物等

作用：阻燃

脱模剂：天然蜡，合成蜡等

作用：提供连续成形能力

催化剂:胺化物，磷化物

作用：加速环氧树脂与硬化剂的反应

偶联剂：硅氧烷，氨基硅油等

作用：增强有机物和无机物之间的结合

填充剂在环氧塑封料中可以用来控制粘度，增加强度，减少收缩性，同时控制热膨胀系数等。

优点：降低反应收缩性，减少热膨胀系数，增强耐磨性，增加热导率。

缺点：增加粘度，易磨损其他材质，增加介电常数，增加重量。

填充剂基本性质

通常情况下，为了满足半导体器件的阻燃要求，环氧塑封料中添加了一系列的阻燃剂。根据所加阻燃剂的类型，塑封料可分：

1）普通材：使用锑/溴做阻燃剂的环氧塑封料。溴阻燃剂在燃烧过程中产生二恶英、溴化二苯并二恶英、多溴二苯并呋喃等有害物质；氧化锑重金属会引起地下水污染等。

2）绿色环保材：使用了新型的对环境危害较小的阻燃剂，如磷型、金属氢氧化物型阻燃剂；或只靠树脂本身的自熄功能来到达阻燃效果，如M.A.R型树脂。

由于环氧模塑料在制造过程中是由多种成分混合熔融混炼而成的，每种成分本身的介电性能相差较大，从而导致不同的环氧模塑料会因配方不同而导致介电性能有较大的差异。由于在半导体封装中环氧模塑料主要起到绝缘体的作用，其介电性能的好坏将对封装好的半导体器件的电性能产生重要影响，特别是针对高压器件的封装，要求环氧模塑料在一定的温度范围内具有相对低的介电常数和损耗以及较大的体积电阻率，通常都需要通过特定的配方调整来实现。

一般而言，可以通过选择极性较低的原材料以及控制原材料的纯度，来提高环氧模塑料的介电性能。

由于交联的环氧树脂对水分子没有封闭作用，一定的环境湿度以及温度下，水分子可以通过扩散的方式从外界通过模塑料进入封装器件内部，对封装器件造成破坏。这种破坏不仅体现在降低界面强度以及在瞬时高温时形成蒸汽压造成器件内部分层，而且水分子可以作为模塑料中杂质离子的载体，将杂质离子带到芯片表面以及焊盘表面，从而引起不同程度的腐蚀以及表面电荷的沉积，而严重影响封装器件的电性能。

EMC吸水膨胀导致分层和开裂

因而，降低材料的吸水率始终是提高环氧模塑料性能的重要方向。

环氧模塑料的应力是衡量环氧模塑料性能的又一个重要因素，它的大小主要取决于环氧模塑料的热膨胀系数和模量的大小。

由于不同原材料的热膨胀系数和模量都不一样，所以可以通过控制原材料的种类的比例来控制和调整环氧模塑料的热膨胀系数和模量，从而达到调整应力的目的。在半导体封装中，环氧模塑料的热膨胀系数远大于芯片、框架、基岛等其他无机封装材料。

随着温度的变化，由于封装器件中不同材料的热膨胀系数不匹配而在材料界面产生热应力。如果这种应力大于相应界面的粘合力时，就会引起界面的分层，甚至会导致整个封装体的开裂。

EMC应力导致的分层和开裂

因此，如何有效地控制环氧模塑料的应力，使之与其他电子材料的应力相匹配，一直都是环氧模塑料制造厂商的重要研究课题。

对半导体封装来讲，按照封装外形以及具体的应用可以将半导体封装分为通孔式封装、表面贴装引线框架封装和表面贴装基板封装三大类。

通孔式封装主要适用于半导体分立器件的封装，包括二极管、三极管、功率晶体管等，具体封装形式有轴向二极管、TO、桥块、SOT、DPAK、SMX等；还有部分简单的集成电路DIP 和SIL。但是不同的封装形式和应用背景还是对环氧模塑料的性能提出了不同要求，如高压器件需要环氧模塑料具有良好的介电性能，全包封器件要求环氧模塑料具有很高的导热性能等。

X-ray封装检测

为了满足电子整机小型化的要求，要求在更小的单位面积里引出更多的器件引脚和信号，向轻、薄、短、小方向发展。那些通孔插装式安装器件已无法满足这种需要。代之而起的就是有引脚的表面贴装技术。具体的封装形式主要有SOT、DPAK/D2PAK、SOIC、SSOP、TSSOP、QFP、T/LQFP、QFN等。

预塑封引线框

由于表面贴装工艺需要器件在向线路板焊接过程中经过多次回流，因此要求表面贴装的器件必须能通过一定温湿度条件下吸湿并回流的考核而没有明显的分层或其他问题。对环氧模塑料而言，要求材料具有低吸湿性、低应力、高耐热以及低成本等特性，才能在通过高温时不产生内部分层或开裂等失效问题。

由于引线框架生产工艺的局限性，其能实现的输入输出以及封装密度和线距等都不可能满足日益发展的半导体工业的要求。利用基板材料将连接电路预设于基板中的封装形式已成为先进封装的主要发展方向。目前发展出来的主要的封装形式有BGA、 CSP、MCP、SIP等。这种封装对环氧模塑料的耐热性、吸湿性、应力、翘曲控制以及粘度等都有很高的要求。

无引线结构

环旭电子

环旭电子股份有限公司是全球ODM/EMS领导厂商，专为国内外品牌电子产品或模组提供产品设计、微小化、物料采购、生产制造、物流与维修服务。环旭电子成立于2003年，现为日月光集团成员之一，于2012年成为上海证券交易所A股上市公司。

长电科技

由江阴长江电子实业有限公司整体变更设立为股份有限公司，是中国半导体第一大封装生产基地，国内著名的晶体管和集成电路制造商，产品质量处于国内领先水平。长电科技拥有目前体积最小可容纳引脚最多的全球顶尖封装科技，在同行业中技术优势十分突出。

歌尔股份

歌尔股份有限公司(以下简称“歌尔股份”)成立于2001年6月，2008年5月在深圳证券交易所成功上市，是中国电声行业龙头企业，也是全球微电声领域领导厂商，主要客户有三星、索尼、微软、华为和小米等。

中环股份

天津中环半导体股份有限公司致力于半导体节能和新能源产业，是一家集半导体材料-新能源材料和节能型半导体器件-新能源器件科研、生产、经营、创投于一体的国有控股企业。2016上半年，中环股份收入为36.35亿元，同比增长44.07。净利润为2.51亿元，同比增长169%。

三安光电

三安光电股份有限公司是目前国内成立最早、规模最大、品质最好的全色系超高亮度发光二极管外延及芯片产业化生产基地，主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、化合物太阳能电池及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体等的研发、生产与销售。

太极实业

无锡市太极实业股份有限公司，是一家以半导体封装检测以及化纤帘帆布生产为主营业务，拥有现代化技术装备，年营业收入达40亿元的国有控股企业。1993年太极实业在上海证券交易所成功上市，通过收购十一科技进军半导体晶圆厂洁净工程领域。

中芯国际

中芯国际集成电路制造有限公司(“中芯国际”，纽交所代号：SMI，港交所股份代号：981)，是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一，也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路晶圆代工企业。主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。成立于2000年，总部位于上海。

士兰微

杭州士兰微电子股份有限公司是一家专业从事集成电路以及半导体微电子相关产品的设计、生产与销售的高新技术企业。主要产品是集成电路以及相关的应用系统和方案，主要集中在以下三个领域：以消费类数字音视频应用领域为目标的集成电路产品，包括以光盘伺服为基础的芯片和系统。主要产品及业务 CMOS、BiCMOS和双极型等消费类整机用集成电路产品的开发、生产与销售。

银河电子

江苏银河电子股份有限公司总部位于江苏省张家港市，下属子公司10余家。主要从事数字电视接收终端、数字电视前端系统、双向有线网络传输设备、核心软件，以及银行、通讯、安防、电力等行业信息电子设备精密结构件的研发、制造与销售。

紫光国芯

紫光国芯股份有限公司是紫光集团有限公司旗下半导体行上市公司，是目前国内最大的集成电路设计上市公司之一。2016上半年，紫光国芯收入为6.46亿元，同比增长15.76%;净利润为1.50亿元，同比增长12.76%