EMC封裝成形過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題分析研究

本文主要通過(guò)對(duì) EMC 封裝成形的過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題（缺陷）一未填充、氣孔、麻點(diǎn)、沖絲、開(kāi)裂、溢料、粘模等進(jìn)行分析與研究，并提出行之有效的解決辦法與對(duì)策。

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。

下面主要對(duì)在塑封成形中常見(jiàn)的缺陷問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析研究，并提出相應(yīng)有效可行的解決辦法與對(duì)策。

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＊＊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(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 黏度急劇－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，看上去是一片麻點(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。
.
審核編輯 黃昊宇