EMC封裝成形常見缺陷及其對策

  摘要：本文主要通(tōng)過對EMC封裝成形的過程(chéng)中常出現的問題(缺陷)一(yī)未填充、氣孔、麻點、沖絲、開裂、溢料、粘模等進行(háng)分析與研究，并(bìng)提出行之有效(xiào)的解決辦法與對策。

    塑料封裝以其獨特的優勢而(ér)成爲當前微電子封裝的主流，約占封裝市場的95%以上。塑封産品的廣泛應用(yòng)，也爲塑料封裝帶來(lái)了前所未有的發展(zhǎn)，但是幾乎所有(yǒu)的塑封産品成形缺陷問題總是普(pǔ)遍存在的，也無論是采用先進的傳遞模注封裝(zhuāng)，還是采用傳統的單注(zhù)塑模封裝,都是(shì)無法完全避免的(de)。相比較(jiào)而言(yán)，傳統塑封模成形缺陷幾率較大，種類也較多，尺寸越大，發生的幾率也越大。塑封産品的質量優劣主要由四個方(fāng)面因素來決(jué)定：A、EMC的(de)性能，主要包括膠化時間、黏度、流動性、脫模性、粘接性(xìng)、耐濕性、耐熱性、溢料(liào)性、應力、強度、模量(liàng)等;B、模具，主要包(bāo)括澆道、澆口、型腔、排氣口設計與引線框架設計的匹配程度等;C、封裝形(xíng)式，不同的封裝形式往往會出現不(bú)同的(de)缺陷，所(suǒ)以優(yōu)化封裝形式的(de)設(shè)計，會大大減少不良缺陷(xiàn)的發生;D、工(gōng)藝參數，主要包括(kuò)合模壓力、注塑壓(yā)力、注(zhù)塑速度、預熱(rè)溫度、模具溫度、固化時間等。

   下面(miàn)主要對在塑封(fēng)成形中常見的缺陷問題産生的原因進行分析研究，并提(tí)出(chū)相應有效(xiào)可行的解決辦法與對策。

  1.封裝成(chéng)形(xíng)未充填及其對策

  封裝(zhuāng)成形未充填現象(xiàng)主要有兩種情況：一(yī)種是有趨向性(xìng)的未充填，主(zhǔ)要是由于封裝工藝與EMC的性(xìng)能參數不匹配造成的;一種是随機性的未充填，主要是由于模具(jù)清洗不當、EMC中不溶(róng)性(xìng)雜質太大、模具進料口太小等原(yuán)因，引起模具澆口堵塞而造成(chéng)的。從(cóng)封裝形式上(shàng)看，在DIP和QFP中比較容易出現(xiàn)未充填現象，而從(cóng)外形上看，DIP未充填主要表現爲完(wán)全未充填和部分未(wèi)充填，QFP主要存在(zài)角部未充填。 未充填的主要原因及其對策：

  (1)由于模具溫度過高，或者說(shuō)封裝工藝與(yǔ)EMC的性能(néng)參數不匹配而引起的有趨向(xiàng)性的未(wèi)充填。預熱後(hòu)的EMC在高溫(wēn)下反應速度加快，緻使EMC的膠化(huà)時間相對變短，流動性變差，在(zài)型腔還未完全充滿時，EMC的黏度(dù)便會急劇上升，流動阻(zǔ)力(lì)也變大，以至于未能得到良好的充填，從而形成有(yǒu)趨向性的未充(chōng)填。在VLSI封裝(zhuāng)中比較容(róng)易出現這種現象，因爲這些大規模(mó)電路每模EMC的用量往往比較大，爲使在短時間内達到均(jun1)勻受熱的效果，其設定的溫度往往也比較高，所以(yǐ)容易産生這種未(wèi)充(chōng)填現象。) 對于這種有趨向性的未充填主(zhǔ)要是由于EMC流動性不充分而(ér)引起的，可以采(cǎi)用提高(gāo)EMC的預熱溫度，使(shǐ)其均勻受熱;增(zēng)加(jiā)注塑壓力和速度，使EMC的流速(sù)加快;降低模具溫度(dù)，以減緩反應速度，相對延長EMC的(de)膠化時(shí)間，從而達到充分填充的效果。

  (2)由(yóu)于模具澆口堵塞，緻使EMC無法有效注入，以及由于模具清洗不(bú)當造成排氣孔堵塞，也會引起未(wèi)充填，而且這種未充填在模具中的位置也是毫無規律的。特别是在小型封裝中，由于澆口、排氣口相對(duì)較小，所以最容易引起堵塞而産生未充填現象。對于這種未(wèi)充填，可以用工具清除堵塞物，并塗上少量的(de)脫模劑，并且在每模封裝後，都要用**和刷子将料筒(tǒng)和模具上(shàng)的EMC固化料清除幹淨。

   (3)雖(suī)然封(fēng)裝工藝與EMC的性能(néng)參數匹配良好，但是由于保管不當(dāng)或者過期(qī)，緻使EMC的流動性下降，黏度太大或(huò)者膠化時間太短，均會引起(qǐ)填充(chōng)不良。其解決辦法主要是(shì)選擇(zé)具有合适的黏度(dù)和膠化(huà)時間的EMC，并(bìng)按照EMC的儲存和使用要求妥善保管。

   (4)由于EMC用量不夠而引起的(de)未充填，這種(zhǒng)情況一般出現在更換EMC、封裝(zhuāng)類型或者(zhě)更換模具的時候，其解決辦法也比較簡單，隻要(yào)選(xuǎn)擇(zé)與封裝類型和模具相匹配的EMC用量，即可解決，但是用量不宜過多或者過少。

  2、封(fēng)裝成形氣孔及其對(duì)策

  在封裝成形的過程中，氣孔是(shì)最常見的缺陷。根據氣孔在(zài)塑封體上産生的部位(wèi)可以分爲内部氣孔和外部氣孔，而外(wài)部氣(qì)孔又可以分爲頂端氣孔(kǒng)和澆口氣孔。氣孔不僅嚴重影響塑封體的外(wài)觀，而(ér)且直接影響塑封器件的(de)可靠性，尤其是(shì)内部氣孔(kǒng)更應重視(shì)。常見的氣孔主要是外(wài)部氣孔，内部氣孔無法直(zhí)接看到，必須(xū)通過X射線儀才能觀察到，而且較小的(de)内部氣孔Bp使通過x射線(xiàn)也看不清楚，這也爲克服氣孔缺陷帶來很大困難。那麽，要解決氣孔缺陷問題(tí)，必須仔細研究各(gè)類氣(qì)孔形成(chéng)的過程。但是嚴格來說，氣孔無法(fǎ)完全(quán)消除，隻能多方面采(cǎi)取措施來改善，把氣孔缺陷控制在(zài)良品範圍之内。

   從氣孔的表面來看，形成的原因似乎很簡單(dān)，隻是型腔内有殘餘氣體沒有有效排出而(ér)形成的(de)。事實上，引起氣孔缺陷的因素(sù)很多，主要表現在以下幾個方(fāng)面：A、封裝材料方面，主要包括EMC的(de)膠化時間、黏度、流動性、揮發(fā)物含量、水分含量(liàng)、空氣含量、料餅(bǐng)密(mì)度(dù)、料餅直徑與料(liào)簡直徑不相匹配等(děng);B、模具方面，與料筒的(de)形狀、型腔的(de)形狀和(hé)排列、澆口(kǒu)和排氣口的形狀(zhuàng)與位置等有(yǒu)關;C、封裝工藝方面，主要與預熱溫度(dù)、模具(jù)溫度、注塑速度、注塑壓力、注塑時間等有關。

  在封裝成形的過程中，頂端氣(qì)孔、澆(jiāo)口氣孔和内部氣孔産(chǎn)生的主要原因及其對策：

   (1)、頂端氣(qì)孔的(de)形(xíng)成主要有兩種情況(kuàng)，一種是由于各(gè)種因素使EMC黏度急劇-上升(shēng)，緻使注塑壓力無法有效傳遞(dì)到頂端，以(yǐ)至于頂端殘留的氣體無法排出而造成(chéng)氣孔缺陷;一種是(shì)EMC的流動速度太慢，以至(zhì)于型(xíng)腔沒有完全充滿就開始發生固化交聯反應，這樣也會形成氣孔缺陷。解決(jué)這種缺(quē)陷(xiàn)最有效的(de)方法就是增加(jiā)注塑速度，适當調整預熱溫(wēn)度也會有(yǒu)些改善。

   (2)、澆口氣孔(kǒng)産生的主(zhǔ)要原因是EMC在模具(jù)中的流動速度太快，當型腔充滿(mǎn)時，還有部(bù)分殘餘氣體未能及時排出，而此時排氣(qì)口已經被溢出料堵塞，最後殘(cán)留氣體在注塑壓力(lì)的作用下(xià)，往往(wǎng)會被壓縮而留在澆口附近。解決這種氣孔缺陷的有效方法就是減慢(màn)注塑速度，适當降(jiàng)低預熱溫度，以使EMC在模具中的流動速度(dù)減緩;同(tóng)時爲(wèi)了促進揮發性物質的逸出，可以适當提高模具溫度。

  (3)、内部氣孔的形成(chéng)原因主(zhǔ)要(yào)是由于模具表面的溫度過高，使型腔表面的EMC過快或者過早發生固化反應，加上較快的注塑速度使得排氣口部(bù)位充滿，以至于(yú)内部(bù)的部分氣體無法克服(fú)表面的固化層而留在内部(bù)形成氣孔。這種氣孔缺陷一般多發生在大體(tǐ)積電路封裝中，而且多出現在澆(jiāo)口端(duān)和中間位置。要有效的降低這種氣孔的(de)發生率，首先要(yào)适當降低模具溫度，其次可以考慮适當提高注塑壓力，但是過分增加壓力會引起(qǐ)沖絲、溢(yì)料等其他缺(quē)陷，比(bǐ)較合适的壓力範(fàn)圍是8～10Mpa。

  3、封裝成(chéng)形麻點(diǎn)及其對策(cè)

在封裝成形後，封裝體的表面有時會出(chū)現大量微細小孔，而且位置都(dōu)比較集中，看蔔去是一(yī)片麻點(diǎn)。這些缺陷往往會伴随其他缺(quē)陷同時出現(xiàn)，比如未充填、開裂(liè)等。這種缺陷産生的原因主要是料餅在預熱的過程中(zhōng)受熱不均勻，各部位的溫差較大，注(zhù)入模腔後引起固化反(fǎn)應不一緻，以至于形成麻點缺陷。引起料餅受熱(rè)不均勻的因(yīn)素也(yě)比(bǐ)較多，但是主要(yào)有以下三種情(qíng)況：

   (1)、料餅破損缺角。對于一般破損缺角的料餅，其缺損的長度(dù)小于料餅高度的1/3，并(bìng)且在預熱機輥子上轉動平穩，方可使用(yòng)，而且(qiě)爲了防止預熱時(shí)傾倒，可以将破損的料餅夾(jiá)在中間(jiān)。在投入料筒(tǒng)時，最好将破損的料餅置于底部或頂部，這樣可以改善料餅之間的溫差。對(duì)于破損嚴重的料(liào)餅，隻能放棄不用。

   (2)、料餅預熱時放置不當。在預熱結束取出料餅時，往往會發現料餅的兩端比較軟，而中間的(de)比較硬，溫差較大。一(yī)般預熱溫度設置在84-88℃時，溫差在8～10℃左右，這樣封裝成形時最容易出現麻點缺陷。要解決因溫差較大而引(yǐn)起的麻點缺陷，可以在預熱時将各料(liào)餅之間留有一定的空(kōng)隙來放置，使各料餅都(dōu)能充分均勻受熱。經驗表(biǎo)明，在投料時先投中間料餅後投兩端料餅(bǐng)，也會改善這種因溫差較(jiào)大而帶來的缺陷。

   (3)、預熱機(jī)加熱闆高度不合理，也會引起受熱不均勻，從而導緻麻點的産生。這種情況多發(fā)生在同一預熱機上使用不(bú)同大小的料餅時，而沒有調整加熱闆的高(gāo)度，使得加熱闆與料餅距離忽(hū)遠忽近，以至于料餅受熱不均。經驗證明(míng)，它(tā)們之間比(bǐ)較合理(lǐ)的距離是3-5mm，過近或者過遠均不合适。

   4、封裝(zhuāng)成形(xíng)沖絲及其對策

   在封裝成形時，EMC呈現熔融狀态，由(yóu)于具有一定的熔融黏度和(hé)流動速度，所以自然具有一定的沖力，這種沖力作(zuò)用在金絲上，很容易使金絲發生(shēng)偏移，嚴重的會造成金絲沖(chòng)斷。這種沖絲現(xiàn)象在(zài)塑封的過(guò)程中是很常見的，也是無法完全消(xiāo)除的，但是如果選擇适當(dāng)的黏度和流速還是可以控制在良品範圍之(zhī)内的(de)。EMC的熔融黏度和流動速度對金(jīn)絲的沖(chòng)力影響，可以通過建立一個數學模型來解釋(shì)。可以假(jiǎ)設熔融的EMC爲理想流(liú)體，則沖力F=KηυSinQ，K爲常(cháng)數，η爲EMC的熔融黏度，υ爲流動(dòng)速(sù)度，Q爲流動方向與金絲的夾角。從公式可以看出：η越大，υ越大，F越大;Q越(yuè)大，F也越大;F越大，沖絲越(yuè)嚴重。

   要改(gǎi)善沖絲缺陷的發生率，關(guān)鍵是如何(hé)選擇和(hé)控制EMC的熔融黏度和流速。一般來說，EMC的熔融黏度是由高到低再到高的一個變(biàn)化過(guò)程，而且存在一個低黏度期，所以選擇一個合(hé)理的(de)注塑時間，使模腔中的EMC在低黏度期中流動，以減少沖力。選擇一個合适的流動速度也是減小沖力的有效辦法，影響(xiǎng)流動速度的因素很多，可以從注塑速度、模具溫度(dù)、模具流道(dào)、澆口等因素來考慮。另外，長金(jīn)絲的封裝産品比短金絲的(de)封(fēng)裝産品更容易發生沖絲現象(xiàng)，所以(yǐ)芯片的尺寸與小島的尺寸要匹(pǐ)配，避免大島(dǎo)小芯片(piàn)現象，以減小沖絲程度。)

  5、封裝成形開裂及其對策(cè)

  在封(fēng)裝成形的過程中，粘模、EMC吸濕、各(gè)材料的膨(péng)脹系數不匹配等都會造成開(kāi)裂缺陷(xiàn)。

   對于粘模引起(qǐ)的開裂現象(xiàng)，主要(yào)是由于固化(huà)時間過(guò)短、EMC的脫模(mó)性能較差(chà)或者(zhě)模具表面玷污等因(yīn)素造成的。在成形工藝上，可以采取(qǔ)延長固化時間，使(shǐ)之充分固化;在材(cái)料方面，可以改善EMC的脫模(mó)性能;在操作方面，可以每模前将模具表面清除(chú)幹淨，也可以将模具表面塗上适(shì)量的脫模劑。對于EMC吸(xī)濕引起的開(kāi)裂現象，在工藝上，要保證在保管和恢複常溫的過程中(zhōng)，避免吸濕的發生(shēng);在材料(liào)上，可以選擇(zé)具有高Tg、低膨脹、低吸水率(lǜ)、高黏結力的EMC。對于各材料(liào)膨脹系數不匹配引起的開裂現象(xiàng)，可以選擇與芯片(piàn)、框架等材料膨脹系數(shù)相匹配的(de)

  6、封裝成形溢料及其對策

   在封(fēng)裝成形的過程(chéng)中，溢料又是一個常(cháng)見的缺陷形式，而這種缺(quē)陷本身對封裝産品的性能沒(méi)有影(yǐng)響，隻會影響後來(lái)的可焊性和外觀。溢料産生的原因可(kě)以從兩個方面來考慮，一是材料方面，樹脂黏度過低、填料粒度分布(bù)不合理等都會引起溢(yì)料的發生，在黏度的允許範圍(wéi)内，可以選擇黏(nián)度較大的樹脂，并調整填(tián)料的粒度分布，提高填充量，這樣可以從(cóng)EMC的自身上提高其抗溢(yì)料(liào)性能;二是封裝(zhuāng)工(gōng)藝方面，注塑壓力(lì)過大，合模(mó)壓力過低，同樣可以引起溢料的産生，可以通過适當降低注塑壓力和提高合(hé)模壓力，來改(gǎi)善這一缺陷(xiàn)。由于塑封模長期使用後表(biǎo)面磨損或基座不平整，緻使合模後(hòu)的(de)間隙較大，也會造成溢料，而生産(chǎn)中見到的嚴重溢料現象往往都是這種原因引起的(de)，可以盡量減(jiǎn)少磨(mó)損，調整基座的平整度，來解決這種溢料缺陷。

   7、封裝成形粘模及其對策

   封裝成形粘模産生(shēng)的原因及(jí)其對策：A、固化時間太(tài)短，EMC未完全固化(huà)而造成的粘模(mó)，可以适當延長固化時間(jiān)，增加(jiā)合模時間使之充分固化;B、EMC本身脫模性能較差而造成的粘模隻能(néng)從材料方面來(lái)改(gǎi)善EMC的脫(tuō)模性能，或者封裝成形的過(guò)程中，适當的外加脫模劑;C、模具表面沾污也會引起粘(zhān)模，可以通(tōng)過清洗模具來解決;D、模具(jù)溫度過低同(tóng)樣會(huì)引起粘模現象，可(kě)以适(shì)當提高模具溫(wēn)度來(lái)加以(yǐ)改(gǎi)善。   

  8.結語

    總之，塑封成形的缺陷種類很多，在不同的封裝形式上有不同的表現形式，發生的幾(jǐ)率和位置也有很(hěn)大的差異，産生(shēng)的原因也比較複(fú)雜，并(bìng)且互相牽連，互相影響，所以應該在分别(bié)研究的(de)基礎上，綜合考慮，制定出相應的行(háng)之有效的解(jiě)決方法與對策。
 

   文章整(zhěng)理：昊瑞電子/