应用方面微电子的分类 微电子封装材料有哪些分类？金属陶瓷塑料封装的应用与工艺

微电子封装材料有哪些分类？金属\陶瓷\塑料封装的应用与工艺

目前，对电子封装的分类有多种形式。按封装结构来分，则可分为气密封．装和实体封装两大类。气密封装是指封装完成后，管壳内部，巧片周围有不同于外界空气的保护气氛存在，管壳气密性良好，不发生气体的交换；实体封装则是指巧片无气氛存在，封装材料完全包围网片，管壳内部Ｗ实体存在。实体封装对封装材料要求较高，必须致密、抗潮，与管芯材料粘附和热匹配良好，而且在高温、低气压下不应产生有害气氛。按封装材料种类上分，则有金属封装、塑料封装、陶瓷封装、金属基复合材料封装等。其中，金属封装材料具有热导率富，易加工成型能好等优点，但由于金属与巧片热膨胀系数差异大、密度大、成本高等劣势，限制了金属封装在某些领域的应用；塑料封装材料虽然有热导率低，热膨胀系数不匹配，但成本低、密度较小，常用于对封装性能要求不高的应用当中；陶瓷封装材料的密度较小，热导率较高，膨胀系数匹配，是一种综合性较好的封装材料，但成本高，制作加工较复杂，更适用于高级微电子器件的封装如航空航天及军事领域。

（１）金属封装

金属因其具有较好的机械强度、良好的导热性及电磁屏蔽功能且便于机械加工等优点较早的应用于电子封装，如今仍是电子封装的主要材料。金属封装是指以金属作为管壳主体材料，直接或通过基板间接将芯片安装在管座上，用通过引线连接内外电路的一种电子封装形式。传统的金属材料有：Cu、Al、可伐合金（铁镍钴合金）、Invar合金（镍铁合金）及Ｗ、Mo合金等。如表1.1所示。

大多数金属封装属于实体封装。金属封装材料为实现对总片支撑、电连接、热耗散、机械和环境的保护，通常具备以下几项要求；①具有良好的导热、散热性；②良好的导电性，减少传输延迟及能源损耗；③质量轻，同时要求有足够的强度和力学性能；④良好的加工能力以便于批量生产；⑤低的热膨胀系数，以便满足与芯片的匹配，从而减少热应力的产生；⑥良好的焊接性能、镀覆性能及耐蚀性能以实现与芯片的可靠结合、密封和环境保护。

表1.1 常用的芯片、基板材料及金属封装材料的主要性能

常用的芯片、基板材料及金属封装材料的主要性能

（2）塑料封装

塑料封装材料一般Ｗ热固性材料为主，通常包括环氧类、酪酸类、聚酯类和有机珪类，其中Ｗ环氧树脂应用最为广泛。塑料封装材料因为成本低廉，制作工艺成熟简单，很早就应用于电子封装，也是整个电子封装行业中应用最为广泛的材料。塑料封装材料优势明显，同时缺点也显而易见，大多数塑料材料不够致密，导热性能不好，热膨胀系数与芯片（Si）不匹配，介电损耗高，脆性大。在回流焊过程中，因塑料封装材料对湿度敏感，吸取的水受热易膨胀，从而导致塑封器件爆裂损坏，其中尤其以环氧类材料受水气影响最为明显，严重影响封装的可靠性，对于封装可靠性要求较高行业如军工、航空航天，则无法满足其行业产品需求。随着对封装材料研究的逐渐深入，通过调节塑料封装材料的配比及原料加工方式，可使以上问题得到明显改善。理想的塑料封装材料通常应具有以下几个特点；①原料纯度高、粘度低，杂质较少；②低吸水率、耐热性能好，具有较高热导率；③低应力，热膨胀系数匹配；④易加工成型，原料浪费少，阻燃性能好；⑤环保性能好，无毒无污染。

（３）陶瓷封装

陶瓷封装材料是一种常用的电子封装材料，陶瓷封装属于气密性封装，它的优点在于耐湿性好，良好的热学性能如热膨胀率及热导率，机械强度高、化学性能稳定，综合性能优秀。目前应用最为广泛的是Al2O3、BeO和AlN陶瓷。Al2O3陶瓷制作工艺成熟，加工较为简单便捷因而成本低廉，同时又具有较高机械强度，因此陶瓷封装材料常选用Al2O3陶瓷。Al2O3陶瓷的综合性能随着Al2O3含量的升高而提高，故高Al2O3陶瓷，尤其是Al2O3含量占整体含量90%以上的陶瓷，综合性能最为突出。BeO陶瓷具有压电性质、光化学性能、高强度、低介电常数、低介电损耗、封装工艺适应性强等特点，且该种具有与金属材料接近的热膨胀系数及热导率，同时又具有良好的绝緣性能，在电真空行业应用日益増加。但是BeO粉末具有较强毒性，必须采取有效的防护措施才可以生产。不仅如此，BeO纯度越大其加工难度也随之上升，因此BeO陶瓷的制造成本较高，限制了该种陶瓷的应用。AlN陶瓷具有低的介电常数和良好的热学性能，因此是目前最具发展前景的陶瓷材料，AlN陶瓷与其他几种材料相比，其热导率更高，且拥有更优异的电性能，更适宜在高功率、多引线环境下使用，同时AlN机械性能优异，在恶劣环境下仍可正常工作。但是，AlN陶瓷在添加部分助烧剂的条件下仍需要较髙烧结温度，且制备时对原料纯度要求高，因而制备工艺复杂、成本高，旨前并未大规模生产和应用。总而言之，陶瓷封装材料主要具有以下几点优势：①机械性能良好，热冲击试验和温度循环试验后几乎不产生损伤；②热学性能好，热导率较高、热膨胀系数小；⑤耐湿性好，不易产生微裂纹；④绝缘性能和气密性良好，防止半导体元件内部芯片在外部杂质及湿气影响下腐蚀破坏；⑥避光性能好，能够有效遮蔽可见光且可很好地将红外线反射，还能满足光学相关产品的低反射要求。但同时陶瓷封装材料脆性较大，烧结困难，生产成本高，加工工艺复杂，生产效率低，因而价格昂贵。陶瓷封装材料性能如下表1.2所示。

表1.2 陶瓷封装材料的性能

陶瓷封装材料性能

（４）金属基复合材料

传统金属封装材料都是单一金属或合金，因其材料特点都有某些不足，难以应对现代封装多方面高性能要求，因此在传统金属封装材料的研究基础上，金属或金属间化合物为基体，通过加入如短纤维、连续纤维、晶须等增强体，或改变増强体种类、排列方式、体积分数从而形成一种金属基复合材料。金属基复合材料因其基体种类、增强方式不同而具有很多种类，因其热导率和强度较高，加工性能好，至今仍被广为利用和开发研究。

蓝牙芯片的应用类别划分

根据蓝牙技术联盟的最新2020蓝牙市场报告，到2024年蓝牙设备年出货量将达到62亿个，2019-2024期间的年复合增长率为8%。具有测向功能的电池供电蓝牙设备将成为未来5年的市场亮点，可以支持这些功能需求的蓝牙射频芯片将具有巨大的增长空间。 一个明显的趋势是，低功耗蓝牙技术正在成为新的市场标准，支持ble蓝牙芯片和设备增长最快，增长率高达26％。从2020年到2024年，预期BLE单模设备累积出货量将达到75亿个。

若按蓝牙芯片的应用类别划分，主要有音频流设备、数据传输、定位服务，以及MESH网络等。 广告● 音频流应用包括：语音通话、收听音频/音乐、视听设备、智能语音控制。2019-2024年增长率为7%，到2024年出货量将达15.4亿个。

● 数据传输应用包括：运动健身体征数据测量、医疗保健、输入和控制、物联网等。2019-2024年增长率为13%，到2024年出货量将达15亿个。

● 定位服务应用包括：物品标签、仓储货物管理、室内定位导航、访问控制等。2019-2024年增长率为32%，到2024年出货量将达5.38亿个。

● MESH网络包括：智慧家居、智能建筑和照明、工厂和医院监控系统等。2019-2024年增长率为26%，到2024年出货量将达8.92亿个。

其中增长最快的当数定位服务，2024年出货量将是2020年的4倍。由此可以看出具有测向功能的电池供电蓝牙设备将成为未来5年的市场亮点，可以支持这些功能需求的蓝牙射频芯片将具有巨大的增长空间。 专注于物联网连接技术和应用方案的上海巨微顺应无线互联网的潮流，投入即将到来的物联网产业的发展，专注芯片和与之相关的系统设计，提供最高性价比的通用无线芯片和无线传感器芯片和方案，并成为无线传感节点的主要供货商。其核心技术能力覆盖射频，模拟，SOC和系统软件的设计。巨微总代理英尚微电子支持提供DEMO板和软件支持.

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