本期封面报道单位 西安交通大学材料科学与工程学院
封面文章 基于负热膨胀填料研发的电子封装用塑封料
随着AI算力芯片、三维射频集成器件快速普及，芯片封装正面临一个棘手难题：芯片、基板、环氧塑封料热膨胀系数差异巨大，高低温循环下极易出现翘曲、界面分层、焊点开裂等失效问题，严重缩短高端器件使用寿命。传统解决方案依赖大量硅微粉降低膨胀，却会牺牲材料散热能力，高导热与低热膨胀始终难以兼顾，高端封装填料技术长期被国外垄断。
针对这一产业痛点，西安交通大学胡磊教授团队另辟蹊径，以负热膨胀（NTE）材料为核心突破口，自主研发负热膨胀填料，该材料具备独特升温收缩特性，可主动抵消树脂基体受热产生的膨胀变形，从根源缓解封装内部热应力。团队系统完成粉体合成、微观形貌调控、界面改性等工艺开发，并采用多级高导热填料复配方案，在大幅降低材料热膨胀系数的同时，搭建连续高效导热通路，平衡封装材料热、力、电三大核心性能。
研究过程中，本团队厘清填料和树脂异质界面冷热循环下的力热演化规律，明确NTE填料抑制界面失效的微观作用机理，建立适配先进封装场景的填料筛选与配方设计标准。相比国外商用负膨胀填料体系，本套方案原料易得、工艺简单，具备规模化量产潜力。
本研究跳出传统硅微粉填充技术路线，形成完全自主可控的封装填料研发体系，可为车规电子、三维堆叠算力芯片、射频微系统提供超低应力、高散热塑封材料全新解决方案，助力我国半导体先进封装产业链自主安全升级。
图1 当前先进封装产业两大核心瓶颈
传统硅微粉填充塑封料存在低热膨胀与高导热、加工流动性、力学性能难以兼顾的固有科学难题，见图1(a)， 高端芯片先进封装所需塑封材料供应链长期被海外企业垄断，存在产业链安全隐患，见图1(b) 。本团队研发的负热膨胀复合填料体系，可针对性破解上述困境。
