二氧化硅是半导体封装中常见的无机填料,广泛用于环氧模塑料(EMC)、Underfill等体系,用于降低热膨胀、控制固化收缩并改善尺寸稳定性[1][2]。实际供需沟通中,“熔融二氧化硅”“球形二氧化硅”和“低α二氧化硅”分别强调材料结构、颗粒形貌和α射线发射控制三个维度。同一种封装级二氧化硅可以同时具备其中多项特征,例如球形熔融二氧化硅还可进一步按低α要求管理。区分这些维度,有助于供应方组织规格数据,也便于采购方把应用要求转化为验收条件。
从封装性能看,熔融二氧化硅首先体现了材料本体的低热膨胀特性。较高比例的熔融二氧化硅可降低模塑料或封装胶的整体CTE,减小温度变化带来的尺寸变化和热机械应力[1][2]。供应方应稳定说明材料类型、纯度、杂质和批次一致性;采购方则需确认这些特性在目标EMC或Underfill配方中能否达到所需CTE、翘曲和可靠性。球形度与低α可再按加工和可靠性目标分别确认。
在材料本体要求明确后,颗粒形貌和粒径设计将进一步影响高填充条件下的加工性能。填充量提高可降低复合材料CTE,但也会增加黏度和流动阻力;球形颗粒有利于提高堆积密度并改善树脂流动,因此常用于EMC、Mold Underfill和液态封装材料[1][3]。对于窄间隙应用,还需要特别关注粗大颗粒,并根据目标间隙选择相应cut point的Fine Cut等级或其他粗颗粒控制规格[4]。供应方应明确提供粒径分布、颗粒形貌以及粗颗粒控制条件等数据;采购方则根据目标填充量、流动性和封装间隙,确定需要控制的项目及相应规格。
进一步地,对于存储器等对软错误敏感的器件应用,低α管理对应的是额外的可靠性要求。U、Th及其衰变链中的痕量放射性核素可能产生α粒子,并成为器件软错误的来源之一[6];因此,相关封装材料会根据应用要求进一步设置低铀或低α等级[3][4]。供应方需要按照客户规格和约定的检测方法,提供α发射率以及必要时的U、Th等相关数据;采购方则根据器件敏感度、封装结构和可靠性目标,确定是否需要低α管理及相应的验收限值。JEDEC JESD221规定了电子材料α发射率的推荐测量方法,可作为供需双方确认检测条件和评价结果的依据[5]。
一般来说,对于跨境供货,标准和检测方法的衔接通常需要供应方主动确认并完成适配。以中国供应商向日本客户供货为例,中国企业在国内质量管理中可能采用GB/T 19077-2024《粒度分析 激光衍射法》,日本客户则可能采用JIS Z 8825:2022《粒子径解析―レーザ回折・散乱法》或ISO 13320:2020[7][8][9]。JIS Z 8825:2022和GB/T 19077-2024均等同采用ISO 13320:2020,但在实际测试中,样品分散条件、结果表示方式以及D50、D90等具体规格要求仍可能存在差异。供应方应在送样前确认客户指定的检测方法、测试条件和报告项目,并按照客户要求提供相应数据;采购方则应在规格书中明确检测方法和判定限值,使不同供应来源的数据具有可比性。
进入规格确认阶段,双方还应区分粉体质量指标与应用验证指标。供应方负责把稳定量产的控制项目转化为可追溯的规格和CoA数据,包括纯度、杂质、粒径、球形度、粗颗粒以及需要时的α发射率;采购方则根据EMC、Underfill或存储器封装的实际用途确定验收重点。对于新供应商或第二来源,若双方原有检测条件不同,可通过平行测试建立数据对应关系,并在同一树脂体系和工艺条件下比较黏度、流动性、CTE、翘曲及可靠性。
综上所述,封装用二氧化硅的规格设计既涉及了熔融、球形和低α三个不同维度,也涉及了供应方与采购方之间检测方法和验收条件的衔接工作。熔融二氧化硅主要提供低热膨胀和尺寸稳定基础;球形化服务于高填充条件下的流动与加工;低α则面向特定软错误敏感应用。供应方需要把自身质量控制转换成客户可比较、可验证的数据,采购方则需根据封装结构和可靠性目标来明确检测方法与判定限值。双方的规格语言能够对应起来,粉体指标才更容易转化为稳定的采购与量产条件。
来源
- [1] Chao, S.; Liaw, Y.; Chou, J.-H. The Effects of Filler Shape, Type, and Size on the Properties of Encapsulation Molding Components. Electronics, 2021, 10(2), 98. DOI: 10.3390/electronics10020098.
- [2] Linec, M.; Mušič, B. The Effects of Silica-Based Fillers on the Properties of Epoxy Molding Compounds. Materials, 2019, 12(11), 1811. DOI: 10.3390/ma12111811.
- [3] Denka Company Limited. DENKA FUSED SILICA (DF) SPHERICAL (FB, FBX). 官方产品资料:球形化可改善树脂填料的流动性和高填充性能,并提供面向存储器应用的低铀(低α)等级。
- [4] Denka Company Limited. DENKA FUSED SILICA (DF) SPHERICAL TYPE-FINE CUT. 官方产品资料:提供用于液态封装、Mold Underfill及窄间隙应用的粗颗粒Cut Grade,并有低铀(低α)类型。
- [5] JEDEC Solid State Technology Association. JESD221, Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials, May 2011. 规定半导体制造用电子材料α发射率的推荐测量方法及结果报告方式。
- [6] JEDEC Solid State Technology Association. JESD89B:2021, Measurement and Reporting of Alpha Particle and Terrestrial Cosmic Ray-Induced Soft Errors in Semiconductor Devices, September 2021.
- [7] 日本产业标准 JIS Z 8825:2022《粒子径解析―レーザ回折・散乱法 / Particle size analysis — Laser diffraction methods》,2022年3月22日发行;对应国际标准ISO 13320:2020(IDT)。
- [8] ISO 13320:2020, Particle size analysis — Laser diffraction methods. International Organization for Standardization, published January 2020.
- [9] 中国国家标准 GB/T 19077-2024《粒度分析 激光衍射法》,发布日期:2024年10月26日;实施日期:2025年5月1日;等同采用ISO 13320:2020。国家市场监督管理总局/国家标准化管理委员会。
