Low-κ介电性材料，突破半导体封装瓶颈的“隐形核心”

05-26 06:44

电子发烧友网综合报道。 Low- κ 介电材料作为半导体封装领域的核心材料，其技术进化和工业应用对集成电路的性能突破和成本优化有着深远的影响。这种介电常数明显低于传统二氧化硅（κ ≈ 4.0)绝缘材料可以有效缓解信号延迟、功耗上升、集成密度瓶颈等关键问题。通过减少金属互连线之间的寄生电容。

如先进的封装技术(例如 3D IC、Chiplet）的普及，Low- κ 该材料已经从简单的互连层绝缘扩展到高频基板，TSV 复杂的场景，如绝缘、中介层等，成为支撑 5G 通讯、AI 芯片、HBM战略领域的关键材料，如高带宽内存。

就材料体系创新而言，无机、有机和多孔三大类 Low- κ 材料呈现差异化发展路径。混合二氧化硅等无机材料（FSG，κ ≈ 碳化硅氧化硅3.4-3.8（SiCOH，κ ≈ 通过氟原子或碳基团夹杂提高介电性能，3.0-3.5)在早期得到广泛应用。 90nm-65nm 制程。

聚酰亚胺等有机聚合物材料（PI，κ ≈ 全氟聚合物(如3.0-3.5)和 CYCLOTENE ™，κ ≈ 2.5-2.7)在先进封装基板和柔性电子中占有重要地位，具有低极化率和柔韧性的优点。而多孔 Low- κ 材料(如多孔) SiCOH，κ ≈ 通过纳米孔隙结构，2.2-2.8进一步降低介电常数，转化为 45nm 下列工艺的主流选择，例如 Intel 45nm 配套工艺 ULK 材料已实现 κ 值 2.1 的突破。

推动技术突破和产业需求的双向驱动， Low- κ 该设备迅速渗透到封装领域。华东工业大学研究开发 β -CaSiO ₃通过单晶微晶玻璃基板 Al ³ ⁺混合控制网络结构，实现介电常数抗拉强度4.04(15GHz) 256MPa 适用于平衡 5G 高频场景的基站。

由贺利氏电子公司推出 Welco AP520 支持水溶性锡膏 55 μ m 无桥连印在钢网打孔下，沉孔高度一致性偏差低于 ± 5 μ m，成本下降 30% 上述，已经通过了射频类客户量产验证。

华为 TSV 通过引进封装专利 SiN 屏障层，降低热应力引起的焊点开裂风险 40% 上述，实现大族半导体超快激光打槽技术 Low- κ 材料槽准确 ± 2 μ m，支撑 3D 封装中 TSV 与混合键合工艺。

在 AI 在数据中心需求的拉动下，Low- κ 材料市场呈爆炸式增长。英伟达 GB200 NVLink 将设计转化为高层高频低介电 PCB，直接带动低介电电子布的需求，中材科技泰玻低介电电子布的产能已经达到 1200 万米 / 年，新建 2600 万米生产线估计 2026 年投产。

HBM 在供应链中，安徽壹石通 low- α 球形射线氧化铝（α 射线≤ 热导率达到0.002ppb 150W/m・K，超过热循环寿命 10 一万次，打破国外垄断。全球 Low- κ 材料市场规模的估计是从 2023 年 12 亿美金增至 2030 年 35 一亿美元，复合增长率 16%，其中 AI 服务器、HBM 等待场景贡献主要增加。

但是，材料性能与工艺的兼容性仍然面临着多重挑战。机械强度不足(抗拉强度一般低于多孔结构) 需要通过纳米纤维网络增强100MPa(例如添加) BN 纳米片)升级到 200MPa 以上。高温（>250 温度)和高湿度(>85% RH）在环境下，有机材料容易发生介电性能下降，需要开发全氟烷基表面装饰技术，将吸水性降低到最低。 0.05% 以下。

此外，高档 ULK 材料（κ2.2)仍然依赖进口，国内企业需要在气凝胶基复合材料、瓷器添加技术等领域取得突破，比如上海新阳的多孔 SiOCH 材料已在 28nm 工艺验证通过，计划 2025 年量产。<2.2）仍依赖进口，国内企业需在气凝胶基复合材料、瓷器添充技术等领域突破，如上海新阳的多孔 SiOCH 材料已在 28nm 制程验证通过，计划 2025 年量产。

总结

将来，Low- κ 材料的发展将重点放在更低的地方 κ 价值，可靠性更高，工艺兼容性更好。极低 κ（ULK，κ2.2)气凝胶基复合材料等材料（κ ≈ 正在逐步进入1.3-1.8 3nm 下列工艺研发，以及多功能集成材料(例如低组合 κ、高导热性和高突破性能)将解决先进封装中的散热和可靠性问题。绿色制备技术(如无氟化物) CVD 国内供应链建设(如贺利氏再生锡焊膏、珠海兴科数字化工厂等)也成为行业转型的重要方向。随着 3D IC、Chiplet 等待技术的成熟，Low- κ 材料将和 High- κ 网格介质、新型金属互连共同构成半导体材料的三驾马车，不断推动后摩尔时代的集成技术创新。<2.2）材料如气凝胶基复合材料（κ ≈ 1.3-1.8）正逐步进入 3nm 以下制程研发，而多功能集成材料（如结合低 κ、高导热跟高击穿场强特点）将解决先进封装中的散热与可靠性问题。绿色制备工艺（如无氟 CVD 前驱体）和国产供应链建设（如贺利氏再生锡焊膏、珠海兴科数字化工厂）也成为行业转型的重要方向。随着 3D IC、Chiplet 等技术的成熟，Low- κ 材料将和 High- κ 栅介质、新式金属互连共同构成半导体材料的三驾马车，持续推动后摩尔时代的集成技术创新。

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