EMC封裝是什么？常見的缺陷有哪些？如何解決？

本文主要通過對EMC封裝成形的過程中常出現(xiàn)的問題（缺陷）一未填充、氣孔、麻點、沖絲、開裂、溢料、粘模等進行分析與研究，并提出行之有效的解決辦法與對策。

塑料封裝以其獨特的優(yōu)勢而成為當前微電子封裝的主流，約占封裝市場的95%以上。塑封產(chǎn)品的廣泛應用，也為塑料封裝帶來了前所未有的發(fā)展，但是幾乎所有的塑封產(chǎn)品成形缺陷問題總是普遍存在的，也無論是采用先進的傳遞模注封裝，還是采用傳統(tǒng)的單注塑模封裝，都是無法完全避免的。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)量優(yōu)劣主要由四個方面因素來決定：A、EMC的性能，主要包括膠化時間、黏度、流動性、脫模性、粘接性、耐濕性、耐熱性、溢料性、應力、強度、模量等；B、模具，主要包括澆道、澆口、型腔、排氣口設計與引線框架設計的匹配程度等；C、封裝形式，不同的封裝形式往往會出現(xiàn)不同的缺陷，所以優(yōu)化封裝形式的設計，會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、預熱溫度、模具溫度、固化時間等。

下面主要對在塑封成形中常見的缺陷問題產(chǎn)生的原因進行分析研究，并提出相應有效可行的解決辦法與對策。

1.封裝成形未充填及其對策

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；一種是隨機性的未充填，主要是由于模具清洗不當、EMC中不溶性雜質(zhì)太大、模具進料口太小等原因，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策：

（1）由于模具溫度過高，或者說封裝工藝與EMC的性能參數(shù)不匹配而引起的有趨向性的未充填。預熱后的EMC在高溫下反應速度加快，致使EMC的膠化時間相對變短，流動性變差，在型腔還未完全充滿時，EMC的黏度便會急劇上升，流動阻力也變大，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，因為這些大規(guī)模電路每模EMC的用量往往比較大，為使在短時間內(nèi)達到均勻受熱的效果，其設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。） 對于這種有趨向性的未充填主要是由于EMC流動性不充分而引起的，可以采用提高EMC的預熱溫度，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，以減緩反應速度，相對延長EMC的膠化時間，從而達到充分填充的效果。

（2）由于模具澆口堵塞，致使EMC無法有效注入，以及由于模具清洗不當造成排氣孔堵塞，也會引起未充填，而且這種未充填在模具中的位置也是毫無規(guī)律的。特別是在小型封裝中，由于澆口、排氣口相對較小，所以最容易引起堵塞而產(chǎn)生未充填現(xiàn)象。對于這種未充填，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**和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，但是由于保管不當或者過期，致使EMC的流動性下降，黏度太大或者膠化時間太短，均會引起填充不良。其解決辦法主要是選擇具有合適的黏度和膠化時間的EMC，并按照EMC的儲存和使用要求妥善保管。

（4）由于EMC用量不夠而引起的未充填，這種情況一般出現(xiàn)在更換EMC、封裝類型或者更換模具的時候，其解決辦法也比較簡單，只要選擇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、封裝成形氣孔及其對策

在封裝成形的過程中，氣孔是最常見的缺陷。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)部氣孔更應重視。常見的氣孔主要是外部氣孔，內(nèi)部氣孔無法直接看到，必須通過X射線儀才能觀察到，而且較小的內(nèi)部氣孔Bp使通過x射線也看不清楚，這也為克服氣孔缺陷帶來很大困難。那么，要解決氣孔缺陷問題，必須仔細研究各類氣孔形成的過程。但是嚴格來說，氣孔無法完全消除，只能多方面采取措施來改善，把氣孔缺陷控制在良品范圍之內(nèi)。

從氣孔的表面來看，形成的原因似乎很簡單，只是型腔內(nèi)有殘余氣體沒有有效排出而形成的。事實上，引起氣孔缺陷的因素很多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：A、封裝材料方面，主要包括EMC的膠化時間、黏度、流動性、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；C、封裝工藝方面，主要與預熱溫度、模具溫度、注塑速度、注塑壓力、注塑時間等有關。

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

（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黏度急劇-上升，致使注塑壓力無法有效傳遞到頂端，以至于頂端殘留的氣體無法排出而造成氣孔缺陷；一種是EMC的流動速度太慢，以至于型腔沒有完全充滿就開始發(fā)生固化交聯(lián)反應，這樣也會形成氣孔缺陷。解決這種缺陷最有效的方法就是增加注塑速度，適當調(diào)整預熱溫度也會有些改善。

（2）、澆口氣孔產(chǎn)生的主要原因是EMC在模具中的流動速度太快，當型腔充滿時，還有部分殘余氣體未能及時排出，而此時排氣口已經(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，適當降低預熱溫度，以使EMC在模具中的流動速度減緩；同時為了促進揮發(fā)性物質(zhì)的逸出，可以適當提高模具溫度。

（3）、內(nèi)部氣孔的形成原因主要是由于模具表面的溫度過高，使型腔表面的EMC過快或者過早發(fā)生固化反應，加上較快的注塑速度使得排氣口部位充滿，以至于內(nèi)部的部分氣體無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，首先要適當降低模具溫度，其次可以考慮適當提高注塑壓力，但是過分增加壓力會引起沖絲、溢料等其他缺陷，比較合適的壓力范圍是8~10Mpa.

3、封裝成形麻點及其對策

在封裝成形后，封裝體的表面有時會出現(xiàn)大量微細小孔，而且位置都比較集中，看卜去是一片麻點。這些缺陷往往會伴隨其他缺陷同時出現(xiàn)，比如未充填、開裂等。這種缺陷產(chǎn)生的原因主要是料餅在預熱的過程中受熱不均勻，各部位的溫差較大，注入模腔后引起固化反應不一致，以至于形成麻點缺陷。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。對于一般破損缺角的料餅，其缺損的長度小于料餅高度的1/3，并且在預熱機輥子上轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，方可使用，而且為了防止預熱時傾倒，可以將破損的料餅夾在中間。在投入料筒時，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。對于破損嚴重的料餅，只能放棄不用。

（2）、料餅預熱時放置不當。在預熱結(jié)束取出料餅時，往往會發(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(xiàn)麻點缺陷。要解決因溫差較大而引起的麻點缺陷，可以在預熱時將各料餅之間留有一定的空隙來放置，使各料餅都能充分均勻受熱。經(jīng)驗表明，在投料時先投中間料餅后投兩端料餅，也會改善這種因溫差較大而帶來的缺陷。

（3）、預熱機加熱板高度不合理，也會引起受熱不均勻，從而導致麻點的產(chǎn)生。這種情況多發(fā)生在同一預熱機上使用不同大小的料餅時，而沒有調(diào)整加熱板的高度，使得加熱板與料餅距離忽遠忽近，以至于料餅受熱不均。經(jīng)驗證明，它們之間比較合理的距離是3-5mm，過近或者過遠均不合適。

4、封裝成形沖絲及其對策

在封裝成形時，EMC呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，由于具有一定的熔融黏度和流動速度，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，嚴重的會造成金絲沖斷。這種沖絲現(xiàn)象在塑封的過程中是很常見的，也是無法完全消除的，但是如果選擇適當?shù)酿ざ群土魉龠€是可以控制在良品范圍之內(nèi)的。EMC的熔融黏度和流動速度對金絲的沖力影響，可以通過建立一個數(shù)學模型來解釋?？梢约僭O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為流動速度，Q為流動方向與金絲的夾角。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，沖絲越嚴重。

要改善沖絲缺陷的發(fā)生率，關鍵是如何選擇和控制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化過程，而且存在一個低黏度期，所以選擇一個合理的注塑時間，使模腔中的EMC在低黏度期中流動，以減少沖力。選擇一個合適的流動速度也是減小沖力的有效辦法，影響流動速度的因素很多，可以從注塑速度、模具溫度、模具流道、澆口等因素來考慮。另外，長金絲的封裝產(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、封裝成形開裂及其對策

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

對于粘模引起的開裂現(xiàn)象，主要是由于固化時間過短、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，可以采取延長固化時間，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。對于EMC吸濕引起的開裂現(xiàn)象，在工藝上，要保證在保管和恢復常溫的過程中，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.對于各材料膨脹系數(shù)不匹配引起的開裂現(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策

在封裝成形的過程中，溢料又是一個常見的缺陷形式，而這種缺陷本身對封裝產(chǎn)品的性能沒有影響，只會影響后來的可焊性和外觀。溢料產(chǎn)生的原因可以從兩個方面來考慮，一是材料方面，樹脂黏度過低、填料粒度分布不合理等都會引起溢料的發(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，注塑壓力過大，合模壓力過低，同樣可以引起溢料的產(chǎn)生，可以通過適當降低注塑壓力和提高合模壓力，來改善這一缺陷。由于塑封模長期使用后表面磨損或基座不平整，致使合模后的間隙較大，也會造成溢料，而生產(chǎn)中見到的嚴重溢料現(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

封裝成形粘模產(chǎn)生的原因及其對策：A、固化時間太短，EMC未完全固化而造成的粘模，可以適當延長固化時間，增加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只能從材料方面來改善EMC的脫模性能，或者封裝成形的過程中，適當?shù)耐饧用撃籆、模具表面沾污也會引起粘模，可以通過清洗模具來解決；D、模具溫度過低同樣會引起粘?，F(xiàn)象，可以適當提高模具溫度來加以改善。

8.結(jié)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(xiàn)形式，發(fā)生的幾率和位置也有很大的差異，產(chǎn)生的原因也比較復雜，并且互相牽連，互相影響，所以應該在分別研究的基礎上，綜合考慮，制定出相應的行之有效的解決方法與對策。