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    新聞導(dǎo)航

    解讀EMC封裝成形常見(jiàn)缺陷及其對(duì)策

    來(lái)源:www.hnlanyin.com 發(fā)布時(shí)間:2019-10-09 返回

    塑料封裝以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而成為當(dāng)前微電子封裝的主流,約占封裝市場(chǎng)的95%以上。塑封產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,也為塑料封裝帶來(lái)了前所未有的發(fā)展,但是幾乎所有的塑封產(chǎn)品成形缺陷問(wèn)題總是普遍存在的,也無(wú)論是采用先進(jìn)的傳遞模注封裝,還是采用傳統(tǒng)的單注塑模封裝,都是無(wú)法完全避免的。相比較而言,傳統(tǒng)塑封模成形缺陷幾率較大,種類(lèi)也較多,尺寸越大,發(fā)生的幾率也越大。塑封產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣主要由四個(gè)方面因素來(lái)決定:A、EMC的性能,主要包括膠化時(shí)間、黏度、流動(dòng)性、脫模性、粘接性、耐濕性、耐熱性、溢料性、應(yīng)力、強(qiáng)度、模量等;B、模具,主要包括澆道、澆口、型腔、排氣口設(shè)計(jì)與引線(xiàn)框架設(shè)計(jì)的匹配程度等;C、封裝形式,不同的封裝形式往往會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷,所以?xún)?yōu)化封裝形式的設(shè)計(jì),會(huì)大大減少不良缺陷的發(fā)生;D、工藝參數(shù),主要包括合模壓力、注塑壓力、注塑速度、預(yù)熱溫度、模具溫度、固化時(shí)間等。

      1 封裝成形未充填及其對(duì)策

      封裝成形未充填現(xiàn)象主要有兩種情況:一種是有趨向性的未充填,主要是由于封裝工藝與EMC的性能參數(shù)不匹配造成的;一種是隨機(jī)性的未充填,主要是由于模具清洗不當(dāng)、EMC中不溶性雜質(zhì)太大、模具進(jìn)料口太小等原因,引起模具澆口堵塞而造成的。從封裝形式上看,在DIP和QFP中比較容易出現(xiàn)未充填現(xiàn)象,而從外形上看,DIP未充填主要表現(xiàn)為完全未充填和部分未充填,QFP主要存在角部未充填。

      未充填的主要原因及其對(duì)策:

      (1)由于模具溫度過(guò)高,或者說(shuō)封裝工藝與EMC的性能參數(shù)不匹配而引起的有趨向性的未充填。預(yù)熱后的EMC在高溫下反應(yīng)速度加快,致使EMC的膠化時(shí)間相對(duì)變短,流動(dòng)性變差,在型腔還未完全充滿(mǎn)時(shí),EMC的黏度便會(huì)急劇上升,流動(dòng)阻力也變大,以至于未能得到良好的充填,從而形成有趨向性的未充填。在VLSI封裝中比較容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象,因?yàn)檫@些大規(guī)模電路每模EMC的用量往往比較大,為使在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻受熱的效果,其設(shè)定的溫度往往也比較高,所以容易產(chǎn)生這種未充填現(xiàn)象。) 對(duì)于這種有趨向性的未充填主要是由于EMC流動(dòng)性不充分而引起的,可以采用提高EMC的預(yù)熱溫度,使其均勻受熱;增加注塑壓力和速度,使EMC的流速加快;降低模具溫度,以減緩反應(yīng)速度,相對(duì)延長(zhǎng)EMC的膠化時(shí)間,從而達(dá)到充分填充的效果。

      (2)由于模具澆口堵塞,致使EMC無(wú)法有效注入,以及由于模具清洗不當(dāng)造成排氣孔堵塞,也會(huì)引起未充填,而且這種未充填在模具中的位置也是毫無(wú)規(guī)律的。特別是在小型封裝中,由于澆口、排氣口相對(duì)較小,所以最容易引起堵塞而產(chǎn)生未充填現(xiàn)象。對(duì)于這種未充填,可以用工具清除堵塞物,并涂上少量的脫模劑,并且在每模封裝后,都要用刷子將料筒和模具上的EMC固化料清除干凈。

      (3)雖然封裝工藝與EMC的性能參數(shù)匹配良好,但是由于保管不當(dāng)或者過(guò)期,致使EMC的流動(dòng)性下降,黏度太大或者膠化時(shí)間太短,均會(huì)引起填充不良。其解決辦法主要是選擇具有合適的黏度和膠化時(shí)間的EMC,并按照EMC的儲(chǔ)存和使用要求妥善保管。

      (4)由于EMC用量不夠而引起的未充填,這種情況一般出現(xiàn)在更換EMC、封裝類(lèi)型或者更換模具的時(shí)候,其解決辦法也比較簡(jiǎn)單,只要選擇與封裝類(lèi)型和模具相匹配的EMC用量,即可解決,但是用量不宜過(guò)多或者過(guò)少。

      2 封裝成形氣孔及其對(duì)策

      在封裝成形的過(guò)程中,氣孔是最常見(jiàn)的缺陷。根據(jù)氣孔在塑封體上產(chǎn)生的部位可以分為內(nèi)部氣孔和外部氣孔,而外部氣孔又可以分為頂端氣孔和澆口氣孔。氣孔不僅嚴(yán)重影響塑封體的外觀,而且直接影響塑封器件的可靠性,尤其是內(nèi)部氣孔更應(yīng)重視。常見(jiàn)的氣孔主要是外部氣孔,內(nèi)部氣孔無(wú)法直接看到,必須通過(guò)X射線(xiàn)儀才能觀察到,而且較小的內(nèi)部氣孔Bp使通過(guò)x射線(xiàn)也看不清楚,這也為克服氣孔缺陷帶來(lái)很大困難。那么,要解決氣孔缺陷問(wèn)題,必須仔細(xì)研究各類(lèi)氣孔形成的過(guò)程。但是嚴(yán)格來(lái)說(shuō),氣孔無(wú)法完全消除,只能多方面采取措施來(lái)改善,把氣孔缺陷控制在良品范圍之內(nèi)。

      從氣孔的表面來(lái)看,形成的原因似乎很簡(jiǎn)單,只是型腔內(nèi)有殘余氣體沒(méi)有有效排出而形成的。事實(shí)上,引起氣孔缺陷的因素很多,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:A、封裝材料方面,主要包括EMC的膠化時(shí)間、黏度、流動(dòng)性、揮發(fā)物含量、水分含量、空氣含量、料餅密度、料餅直徑與料簡(jiǎn)直徑不相匹配等;B、模具方面,與料筒的形狀、型腔的形狀和排列、澆口和排氣口的形狀與位置等有關(guān);C、封裝工藝方面,主要與預(yù)熱溫度、模具溫度、注塑速度、注塑壓力、注塑時(shí)間等有關(guān)。

      在封裝成形的過(guò)程中,頂端氣孔、澆口氣孔和內(nèi)部氣孔產(chǎn)生的主要原因及其對(duì)策:

      (1)頂端氣孔的形成主要有兩種情況,一種是由于各種因素使EMC黏度急據(jù)上升,致使注塑壓力無(wú)法有效傳遞到頂端,以至于頂端殘留的氣體無(wú)法排出而造成氣孔缺陷;一種是EMC的流動(dòng)速度太慢,以至于型腔沒(méi)有完全充滿(mǎn)就開(kāi)始發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng),這樣也會(huì)形成氣孔缺陷。解決這種缺陷最有效的方法就是增加注塑速度,適當(dāng)調(diào)整預(yù)熱溫度也會(huì)有些改善。

      (2)澆口氣孔產(chǎn)生的主要原因是EMC在模具中的流動(dòng)速度太快,當(dāng)型腔充滿(mǎn)時(shí),還有部分殘余氣體未能及時(shí)排出,而此時(shí)排氣口已經(jīng)被溢出料堵塞,最后殘留氣體在注塑壓力的作用下,往往會(huì)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注塑速度,適當(dāng)降低預(yù)熱溫度,以使EMC在模具中的流動(dòng)速度減緩;同時(shí)為了促進(jìn)揮發(fā)性物質(zhì)的逸出,可以適當(dāng)提高模具溫度。

      (3)內(nèi)部氣孔的形成原因主要是由于模具表面的溫度過(guò)高,使型腔表面的EMC過(guò)快或者過(guò)早發(fā)生固化反應(yīng),加上較快的注塑速度使得排氣口部位充滿(mǎn),以至于內(nèi)部的部分氣體無(wú)法克服表面的固化層而留在內(nèi)部形成氣孔。這種氣孔缺陷一般多發(fā)生在大體積電路封裝中,而且多出現(xiàn)在澆口端和中間位置。要有效的降低這種氣孔的發(fā)生率,首先要適當(dāng)降低模具溫度,其次可以考慮適當(dāng)提高注塑壓力,但是過(guò)分增加壓力會(huì)引起沖絲、溢料等其他缺陷,比較合適的壓力范圍是8~10Mpa。

      3 封裝成形麻點(diǎn)及其對(duì)策

      在封裝成形后,封裝體的表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量微細(xì)小孔,而且位置都比較集中,看卜去是一片麻點(diǎn)。這些缺陷往往會(huì)伴隨其他缺陷同時(shí)出現(xiàn),比如未充填、開(kāi)裂等。這種缺陷產(chǎn)生的原因主要是料餅在預(yù)熱的過(guò)程中受熱不均勻,各部位的溫差較大,注入模腔后引起固化反應(yīng)不一致,以至于形成麻點(diǎn)缺陷。引起料餅受熱不均勻的因素也比較多,但是主要有以下三種情況:

      (1)料餅破損缺角。對(duì)于一般破損缺角的料餅,其缺損的長(zhǎng)度小于料餅高度的1/3,并且在預(yù)熱機(jī)輥?zhàn)由限D(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn),方可使用,而且為了防止預(yù)熱時(shí)傾倒,可以將破損的料餅夾在中間。在投入料筒時(shí),最好將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(yán)重的料餅,只能放棄不用。

      (2)料餅預(yù)熱時(shí)放置不當(dāng)。在預(yù)熱結(jié)束取出料餅時(shí),往往會(huì)發(fā)現(xiàn)料餅的兩端比較軟,而中間的比較硬,溫差較大。一般預(yù)熱溫度設(shè)置在84-88℃時(shí),溫差在8~10℃左右,這樣封裝成形時(shí)最容易出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷。要解決因溫差較大而引起的麻點(diǎn)缺陷,可以在預(yù)熱時(shí)將各料餅之間留有一定的空隙來(lái)放置,使各料餅都能充分均勻受熱。經(jīng)驗(yàn)表明,在投料時(shí)先投中間料餅后投兩端料餅,也會(huì)改善這種因溫差較大而帶來(lái)的缺陷。

      (3)預(yù)熱機(jī)加熱板高度不合理,也會(huì)引起受熱不均勻,從而導(dǎo)致麻點(diǎn)的產(chǎn)生。這種情況多發(fā)生在同一預(yù)熱機(jī)上使用不同大小的料餅時(shí),而沒(méi)有調(diào)整加熱板的高度,使得加熱板與料餅距離忽遠(yuǎn)忽近,以至于料餅受熱不均。經(jīng)驗(yàn)證明,它們之間比較合理的距離是3-5mm,過(guò)近或者過(guò)遠(yuǎn)均不合適。

      4 封裝成形沖絲及其對(duì)策

      在封裝成形時(shí),EMC呈現(xiàn)熔融狀態(tài),由于具有一定的熔融黏度和流動(dòng)速度,所以自然具有一定的沖力,這種沖力作用在金絲上,很容易使金絲發(fā)生偏移,嚴(yán)重的會(huì)造成金絲沖斷。這種沖絲現(xiàn)象在塑封的過(guò)程中是很常見(jiàn)的,也是無(wú)法完全消除的,但是如果選擇適當(dāng)?shù)酿ざ群土魉龠€是可以控制在良品范圍之內(nèi)的。EMC的熔融黏度和流動(dòng)速度對(duì)金絲的沖力影響,可以通過(guò)建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)解釋??梢约僭O(shè)熔融的EMC為理想流體,則沖力F=KηυSinQ,K為常數(shù),η為EMC的熔融黏度,υ為流動(dòng)速度,Q為流動(dòng)方向與金絲的夾角。從公式可以看出:η越大,υ越大,F(xiàn)越大;Q越大,F(xiàn)也越大;F越大,沖絲越嚴(yán)重。

      要改善沖絲缺陷的發(fā)生率,關(guān)鍵是如何選擇和控制EMC的熔融黏度和流速。一般來(lái)說(shuō),EMC的熔融黏度是由高到低再到高的一個(gè)變化過(guò)程,而且存在一個(gè)低黏度期,所以選擇一個(gè)合理的注塑時(shí)間,使模腔中的EMC在低黏度期中流動(dòng),以減少?zèng)_力。選擇一個(gè)合適的流動(dòng)速度也是減小沖力的有效辦法,影響流動(dòng)速度的因素很多,可以從注塑速度、模具溫度、模具流道、澆口等因素來(lái)考慮。另外,長(zhǎng)金絲的封裝產(chǎn)品比短金絲的封裝產(chǎn)品更容易發(fā)生沖絲現(xiàn)象,所以芯片的尺寸與小島的尺寸要匹配,避免大島小芯片現(xiàn)象,以減小沖絲程度。

      5 封裝成形開(kāi)裂及其對(duì)策

      在封裝成形的過(guò)程中,粘模、EMC吸濕、各材料的膨脹系數(shù)不匹配等都會(huì)造成開(kāi)裂缺陷。

      對(duì)于粘模引起的開(kāi)裂現(xiàn)象,主要是由于固化時(shí)間過(guò)短、EMC的脫模性能較差或者模具表面玷污等因素造成的。在成形工藝上,可以采取延長(zhǎng)固化時(shí)間,使之充分固化;在材料方面,可以改善EMC的脫模性能;在操作方面,可以每模前將模具表面清除干凈,也可以將模具表面涂上適量的脫模劑。對(duì)于EMC吸濕引起的開(kāi)裂現(xiàn)象,在工藝上,要保證在保管和恢復(fù)常溫的過(guò)程中,避免吸濕的發(fā)生;在材料上,可以選擇具有高Tg、低膨脹、低吸水率、高黏結(jié)力的

      EMC。對(duì)于各材料膨脹系數(shù)不匹配引起的開(kāi)裂現(xiàn)象,可以選擇與芯片、框架等材料膨脹系數(shù)相匹配的。

      6 封裝成形溢料及其對(duì)策

      在封裝成形的過(guò)程中,溢料又是一個(gè)常見(jiàn)的缺陷形式,而這種缺陷本身對(duì)封裝產(chǎn)品的性能沒(méi)有影響,只會(huì)影響后來(lái)的可焊性和外觀。溢料產(chǎn)生的原因可以從兩個(gè)方面來(lái)考慮,一是材料方面,樹(shù)脂黏度過(guò)低、填料粒度分布不合理等都會(huì)引起溢料的發(fā)生,在黏度的允許范圍內(nèi),可以選擇黏度較大的樹(shù)脂,并調(diào)整填料的粒度分布,提高填充量,這樣可以從EMC的自身上提高其抗溢料性能;二是封裝工藝方面,注塑壓力過(guò)大,合模壓力過(guò)低,同樣可以引起溢料的產(chǎn)生,可以通過(guò)適當(dāng)降低注塑壓力和提高合模壓力,來(lái)改善這一缺陷。由于塑封模長(zhǎng)期使用后表面磨損或基座不平整,致使合模后的間隙較大,也會(huì)造成溢料,而生產(chǎn)中見(jiàn)到的嚴(yán)重溢料現(xiàn)象往往都是這種原因引起的,可以盡量減少磨損,調(diào)整基座的平整度,來(lái)解決這種溢料缺陷。

      7 封裝成形粘模及其對(duì)策

      封裝成形粘模產(chǎn)生的原因及其對(duì)策:A、固化時(shí)間太短,EMC未完全固化而造成的粘模,可以適當(dāng)延長(zhǎng)固化時(shí)間,增加合模時(shí)間使之充分固化;B、EMC本身脫模性能較差而造成的粘模只能從材料方面來(lái)改善EMC的脫模性能,或者封裝成形的過(guò)程中,適當(dāng)?shù)耐饧用撃?C、模具表面沾污也會(huì)引起粘模,可以通過(guò)清洗模具來(lái)解決;D、模具溫度過(guò)低同樣會(huì)引起粘模現(xiàn)象,可以適當(dāng)提高模具溫度來(lái)加以改善。

      8 結(jié)語(yǔ)

      總之,塑封成形的缺陷種類(lèi)很多,在不同的封裝形式上有不同的表現(xiàn)形式,發(fā)生的幾率和位置也有很大的差異,產(chǎn)生的原因也比較復(fù)雜,并且互相牽連,互相影響,所以應(yīng)該在分別研究的基礎(chǔ)上,綜合考慮,制定出相應(yīng)的行之有效的解決方法與對(duì)策。