摘要：简要叙述用于半导体集成电路封装芯片粘接用材料 --- 环氧树脂导电胶组成成分、特性 , 重点介绍了环氧树脂导电胶在使用过程中要考虑的因素。
关键词：环氧树脂导电胶；应力计算；流动性
随着半导体集成电路封装产业的迅速发展，已占据了国内集成电路产业的主体地位，如何选择电子封装材料的问题显得更加重要。据 资料显示，大部分集成电路都要使用芯片粘接用材料，而环氧树脂导 电胶（简称银胶）是最常见的粘着剂材料。本文将对环氧树脂导电胶 组成成分、特性，使用材料加以介绍，希望对IC 封装工程师们在选择芯片粘接材料，研究封装机理方面有所帮助。 现在，最为广泛使用于芯片粘着剂的高分子材料可分为环氧树 脂 (EPOXY)，聚亚醯
氨 (POLYIMIDE) 和硅氧烷聚亚醯氨 (SILOX-ANE POLYIMIDE)。在此仅就目前使用较广泛的环氧树脂做一简要说明。
1银胶的组成要素
5182铝合金 熟化后的芯片粘着剂的物理化学特性取决于树脂与催化剂的选择
与组合，是最主要的组成要素。但是芯片粘着剂所需的各种特性并非 仅由这 2 种要素组成；因此，需将其它物质加入以达到所需的特性。
所以在完整的方程式中，应包含下列要素中的 3 种或更多种的组合， 使其能达到最佳的性能表现：(1) 树脂。树脂的选择通常会影响制程特性、性能特性和化学反应性。(2) 催化剂。催化剂与树脂的不同组合会影响化学反应性，称之为触媒，引发聚合反应。(3) 填充剂。填充剂的选择会影响制程特性，比如黏度和流动性；还会影响热应力特性、热传导、机械强度和电传导性。一般银胶含银量为 70% ～ 80%，大量的银粉填充剂可大大降低树脂的收缩现象。(4) 弹性剂。属于性质改质剂。弹性特质可用降低键结密度来达到，通常是使用较高分子量的树脂得以实现。但要使弹性特质有重大改变，则必须在配方上做结 构性调整， 如使用富弹性的树脂、富弹性的催化剂或弹性调整剂。(5) 稀释剂。在树脂系统中可用来降低黏度的物质称为稀释剂。稀释剂可分为反应型及非反应型。(6) 加速剂。加速剂的添加是为缩短烘烤时间及烘烤温度。常用的加速剂有环烷酸钴、二乙苯铵及二甲苯铵。
2银胶之特性
减低应力之方向。要减低应力之产生，可从下列方向着手：(1) 降
低银胶层之弹率；(2) 降低银胶烘烤温度；(3) 加大银胶层厚度。粘着剂的应力吸收能力可间接由曲率量测技术表示出来。一个高应力吸收能力的粘着剂能呈现较大的曲率值。
影响曲率因素。A. 温度膨胀系数：芯片与引线框架的温度膨胀系数差距愈大则曲率值愈小。B. 烘烤温度：粘着剂若在室温熟化，则曲率值将呈现无限大。C. 芯片尺寸：较大尺寸的芯片其曲率值将会较小。
D. 粘着层厚度：较厚之粘着层其曲率值将会较大。E. 芯片与引线框架的厚度：较厚之蕊粒与引线框架曲率值将会较大。
高热传导性。以环氧树脂而言，高分子是很差的导体，添加银可提升电传导性，同时也增高热传导性。但相对于共晶和锡铅材料而言， 添加银的环氧树脂和聚亚醯氨还是比他们差很多。
对塑封胶体破坏的影响。塑封胶体被破坏，A 型崩裂：引线框架芯片座背面产生分离现象其产生因素：银胶烘烤后引线框架芯片座产生应力效应；引线框架芯片座背面污染。B 型崩裂：银胶粘着面结合失败产生分离现象的产生因素：应力无法分散；银胶层之水气膨胀； 银胶层之内应力。C 型崩裂：芯片表面产生分离现象其产生因素：银胶烘烤后芯片产生应力效应；芯片表面污染。太阳能恒温器
3制程上考虑的诸因素
3.1银胶规格、流动性和使用性
大部份的芯片粘着封装都要求大量生产，因此高速生产是一重要的考虑因素。流动性应是影响芯片粘着剂使用性的最重要的变量，直 接影响上芯机的速度，除此之外，也会影响胶的扩散性和点胶时在引 线框架上的流动。影响流动性最大之因素为芯片粘着剂的粘度。多聚甲醛配制
一般 而言，高分子均呈剪变效应，也就是粘度会随胶的内剪切应力的增加 而降低。粘性流动为物料在机械应力的作用下，抵抗流动的程度。
银胶内含高量的填充银粉，属于聚合物中极为罕见之膨胀性流体， 其黏度随剪切速率增加而升高，此现象称之为切变增稠。
压铁饼 黏度对使用性之影响。较高之黏度时剪切速率较低，会产生液滴 现象。相对之，较低黏度时剪切速率较高，易发生拖尾现象。树脂扩 散是因低分子量的高分子体在引线框架上游离的现象。当高分子体游 离至压焊区时，会造成无法压焊等问题。树脂扩散现象的驱动力应为 表面能。其与引线框架的粗糙度有极大关连，粗糙度大的引线框架， 其树脂扩散现象愈大。表面污染会增加表面能，如常添加于引线框架 镀银制程中做光亮剂或加速剂的硒 (Se)，将引线框架烘烤于 200℃， 30min，可消除树脂扩散现象，其原因即为此热能可将残留的硒与银作用而转化成具有较低表面能的 Ag2Se 化合物。一般而言，含溶剂的芯片粘着剂较含 100% 固形物的芯片粘着剂较不易产生树脂扩散现象。
芯片粘着剂会因下列因素影响其使用期限。黏度增加：芯片粘着 剂黏度增加会剧烈地影响其点胶性、拉丝和其它制程特性。在室温下， 100% 固形物的芯片粘着剂会随时间而逐渐硬化，使得黏度增加。含溶
剂的芯片粘着剂会因溶剂的挥发使得黏度增加。一般以黏度增加 25% 来定义使用期限。阻抗值的增加：导电性芯片粘着剂之阻抗值会随其 在室温下储放时间的增加而增加。因此，应对每一情况设下可容忍之 最大阻抗值，以定义其使用期限。
树脂分离：所有含银的环氧树脂均易受树脂分离的影响，由于树 脂因重力而由结构中分离出来。一般而言，较低黏度的粘着剂较易受 树脂分离的影响。这现象对针管包装较麻烦，因为它不易像瓶装的可 重新搅拌。某些环氧树脂甚至会在一般储存温度-20℃～ 5℃产生树脂分离，而-40℃储存温度则可防止此现象的发生。
3.2粘着性
芯片粘着剂必须在压焊制程中提供足够强度，且须依不同的应用 提供足够的热传导性和电传导性。芯片粘着强度：粘着层一般而言， 25μm 是最佳厚度。边缘高度对小尺寸芯
片而言，边缘高度提供大部份的粘着强度。但太高的边缘高度可能会形成离子攀爬，造成周围的 树脂扩散现象，而污染铝垫。空孔如前所述，含溶剂的芯片粘着剂容 易在粘着层产生空孔。对小尺寸芯片而言，空孔会造成粘着强度不足。 因此须对空孔程度订定规范，以提供压焊所须的粘着强度。
对等网线 3.3其他特性
空孔明显地会影响粘着层的热传导性，但是空孔程度高至 50%， 对 P-DIP，PLCC，SOIC 或 QFP 塑封并不会有太大影响。含银的环氧树脂之电传导阻抗性取决于熟化条件。导电率( 体电阻) 指电流在银胶中流通的难易程度。
银胶吸水的主要因素为分子中所含的 OH 亲水基团，吸水后会对电气性质或机械性质造成严重的损害。
4可靠度上的考虑因素
铝金属腐蚀机构是因水气所带出的离子杂质形成的。铝金属与其表
二次包络 层上一层自然产生的多孔性氧化物很容易受到氯或溴化物的侵蚀，，塑 封用胶及银胶均是氯离子的来源。温度高低来回作用使得IC 塑封中的内应力增加，而此热应力就是使IC 破坏的原因。对于大尺寸芯片与铜引线框架或对应力敏感的芯片进行粘着时，粘着剂须提供良好的应力吸 收能力。过高的热应力会造成芯片剥离或碎裂。有些含银粘着剂的电传 导性会随时间而改变，但对大多数 IC 而言，这种改变不会有影响。
结束语
本文仅对环氧树脂导电胶的组成、选用材料，基本特性，使用中
考虑的因素等做一简单的介绍，但愿能使业界同仁对银胶的组成有一 概括性的了解，更期望为同行们在选择环氧树脂导电胶和研究集成电 路封装机理方面有所启发。
参考文献
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