环氧树脂在电子封装中的应用及发展方向
电子元器件是电子工业的基础，而封装技术对于保证电子元器件的正常工作是至关重要的。无论是分立器件，还是大规模集成电路、超大规模集成电路等半导体元器件，为了免受灰尘、水分、冲击、振动和化学物质等外界因素的干扰，保证元器件的正常工作，通常都要进行封装绝缘保护。在半导体元器件的制造成本中，封装材料是仅次于硅晶片的重要开支，它超过了引线框架和光刻胶所占的成本比例。在VLSL制造的材料费中，封装材料占全部材料费的23%~24%。在半导体技术飞速发展的今天，封装已不仅仅关系到元器件的绝缘问题，而且对元器件的尺寸、热量散发以及整个器件的成本都有很重要的影响，封装方式已成为影响电子元器件性能的一个重要的方面，有时甚至成为新的性能增长点。而影响封装效果的除了封装方式外，采用合适的封装材料也是至关重要的，因此发展电子封装材料已受到国内外的高度重视。
半导体封装技术发展很快，从占主流地位的陶瓷封装，被塑料封装取代，约经过四分之一世纪。至今，由于塑料封装价格相对比较便宜，成型工艺简单，适合大规模生产，可靠性与金属和陶瓷封装相当等优点，塑料封装已占到整个封装材料的95%以上（以个数为基础），民用器件几乎100%、工业元器件将近90%都采用塑料封装，陶瓷封装只应用于宇航、军用等少数部门。而塑料封装中应用最广泛的是环氧树脂材料，约占90%。环氧树脂在电子器件制造中是如此重要以至于有“没有环氧树脂就没有IC”的说法。
1环氧树脂的特点和作用
环氧树脂在封装材料中应用如此广泛，是因为其具有许多优异的特性，主要有以下几点：
（1）由于环氧树脂与固化剂反应属于加成聚合，一般来讲收缩率比较小，没有副产物，因此材料内部的应力比较小，而且避免气泡空洞的产生。
（2）具有优良的耐热性，能满足一般电子、电器对绝缘材料的要求。
（3）具有优良的密着性，这是其他材料所不能比的。
（4）具有优良的电绝缘性能，这也是不饱和聚酯树脂和酚醛树脂等一般热固性树脂达不到的。
（5）基于配方中固化剂和促进剂的选择，配方可千变万化，从而具有各种不同的性能，以达到各种不同的要求。
塑料封装中所采用的环氧树脂材料称为环氧塑封料EMC（Epoxymoldingcompound）,它是一种单组分形式的固态复合物，通常是由环氧树脂、固化剂、填料等10多种成分组成的复杂体系（参见表1）。其各种成分都发挥着各自独特的功能。环氧塑封料封装的对象是半导体元件，大都是精细娇弱的高科技组件，现代IC技术的飞速发展使得集成度越来越高，为满足高集成度IC的特性，据统计对环氧塑封料的技术要求达30项之多。如前所述，塑封料是单组分形式的模封料，要将这些要求高、种类多的特性集于一身，的确是项艰巨的任务，而且这些技术特性不是相互孤立的，而是互相牵制，有时甚至是相互矛盾的。它既要有良好的脱模性，又要对管芯、框架有良好的粘结性；既要有模塑固化快的优点，又要求这种材料适用期长；既要求物料熔融粘度低，又要求模塑时的飞边少。因此，环氧塑封料的制造者必须在这些特性要求之间进行非常复杂的平衡，但要想把全部的技术特性都兼收并蓄地满足，几乎是不可能的。因此不得不研制出针对性强的专用品种，以满足不同层次和特点的半导体元器件的要求。
2国外技术开发方向
环氧树脂作为电子封装材料虽然具有上述的一些优点，但是随着半导体技术的飞速发展，对封装材料的要求也越来越高，以前应用的普通环氧树脂已不能完全满足技术要求。目前国外对环氧树脂的技术改进主要集中在以下两个方面。
2.1低粘度化
用环氧树脂封装成型的半导体器件是由不同的线膨胀系数的材料组成的。在封装器件内部，由于成型固化收缩和热收缩而产生的热应力，是强度下降、老化开裂、封装裂纹、空洞、钝化、离层等各种缺陷的主要原因。而低粘度化的主要目的就是降低封装树脂的内应力，使其具有高填充性和可靠性，以使封装器件具有高可靠性。可采用的方法主要有三种：
（1）降低封装材料的玻璃化温度；
（2）降低封装材料的模量；
（3）降低封装材料的线膨胀系数。但是当采用上述方法（1）、（2）时，在降低玻璃化温度的同时，也降低了封装材料的耐热性，最后的结果是封装器件的可靠性也降低了。比较而言，方法（3）是比较理想的，现在已成为降低内应力的主要方法。该方法通常是在环氧树脂中添加大量的二氧化硅之类的无机填充剂粉末，大幅度降低封装材料的线膨胀系数，达到降低内应力的目的。为了使填充的大量无机填充剂均匀，要求环氧树脂粘度低或熔融粘度低，只有这样才能使封装材料具有优良的流动性，使封装器件实现小型、薄型化，既具有高性能，又具有低应力。
2.2提高耐热性、降低吸水率
近年来，随着电子领域高密度安装技术的迅速发展，采用薄型化封装的越来越多。但是当这种薄型封装器件安装到印刷线路板上时，要把封装件整体放到锡浴中浸渍，这种焊接工艺要经受200℃以上的高温，此外，在航天航空、国防等高科技领域，由于使用环境的恶劣，要求封装材料必须具备高耐热性。为了提高封装材料的耐热性，一般是要提高封装材料的交联度。另外，在环氧树脂的结构中导入奈环、蒽环等多环基，或者在二聚环戊二烯骨架中导入酚基也可达到提高耐热性的目的。很显然多官能团型的环氧树脂是有利于提高封装材料的交联度的。
随着封装器件的高性能化，要求环氧树脂不仅要具有高耐热性，还必须具有低吸水率。如果所用环氧树脂封装材料的耐湿性不好，则封装件金属配线易被腐蚀钝化；另一方面，如果封装件处在高温高湿环境中，则水分易从封装材料和引出线框界面或孔隙处浸入，使配线结构产生松动等不良缺陷。为了降低封装材料的吸水率，在环氧树脂结构中尽量减少羟基和醚基等极性大的基团浓度，导入极性小的C—H键和憎水性较大的含硅和含氟结构。
提高耐热性和降低吸水率是一对矛盾。因为提高封装材料的耐热性，一般是要提高封装材料的交联度。但是，封装材料的自由体积也增加了，导致吸水率也提高了。这就需要在二者中找到最佳平衡值，既使封装材料具有高耐热性，又具有低吸水率。经实验证明：最好采用官能团数多，分子量大的原料与环氧氯丙烷反应后形成缩水甘油醚，这类原料包括联苯、萘和脂肪族多环化合物（如二聚环戊二烯）。此外，添加填料对防止水分渗透是有利的，但是增加填料含量是有限度的，太多的填料容易引起塑封料熔融粘度上升，影响到塑封料的成型性能。
3结语
环氧树脂在电子封装材料中有着极其重要的作用，但是为了适应半导体技术的飞速发展，封装材料技术也在不断地进步。目前国外高性能封装材料的需求和开发正向以下两个方面发展：
（1）开发低粘度或熔融粘度低的二官能团型的环氧树脂，通过填充高含量无机填充剂，大幅度降低封装器件的内应力，减少钝化开裂、配线松动和导线断裂等不良缺陷；
（2）开发多官能团型的环氧树脂，同时在环氧树脂中导入耐热和耐湿结构的化合物，使封装器件既具有高耐热性，又具有低吸水率和低的内应力。