郝 菊，董海青

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng) 110032;2.南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210046)

1 引言

信息技術(shù)飛速發(fā)展推動(dòng)著電子產(chǎn)品向多功能、高性能、高可靠、便攜化及低成本等方向發(fā)展，而滿足這些要求的基礎(chǔ)與核心乃是IC的應(yīng)用，特別是LSI和VLSI。但是，IC芯片要經(jīng)過(guò)合適的封裝，才能達(dá)到所要求的電、熱、光、機(jī)械等性能，滿足使用要求;同時(shí)，封裝也對(duì)芯片起到保護(hù)作用，使其可以長(zhǎng)期可靠的工作。

封裝應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅包括半導(dǎo)體集成電路芯片的封裝，也包括光電器件、傳感器等，而且技術(shù)水平與技術(shù)難度越來(lái)越大。封裝的成品率直接影響著器件的性能與成本，在塑料封裝過(guò)程中，塑封被稱之為塑封工藝，是封裝中關(guān)鍵的一道工序，其工藝參數(shù)的設(shè)定與控制、材料的性能以及周圍環(huán)境對(duì)封裝成品率都有很大的影響，提高良品率就要很好的把握這些影響因素。

2 塑封工藝簡(jiǎn)介

塑封工藝就是把引線鍵合好的芯片和引線框架用樹(shù)脂封裝起來(lái)，使它與外界的各種物理及化學(xué)變化等因素隔離開(kāi)來(lái)，使芯片和金線不受外界的影響和破壞，因而性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，攜帶和使用也方便。

在塑封工藝中有很多因素會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能和良品率產(chǎn)生影響，例如環(huán)境因素、各種原輔材料等。在塑封工藝中生產(chǎn)線內(nèi)的溫濕度和潔凈度對(duì)產(chǎn)品的性能會(huì)有很大的影響，溫度不當(dāng)和濕度過(guò)大會(huì)引起封裝好的產(chǎn)品在使用時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。潔凈度不夠會(huì)對(duì)產(chǎn)品的電氣性能產(chǎn)生不良影響。因此在生產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制好生產(chǎn)線內(nèi)的各種環(huán)境因素，通常塑封工藝環(huán)境的要求為溫度23±5℃，環(huán)境濕度55±15%RH，潔凈度不低于100000 級(jí)(0.5μm)。塑封工藝中會(huì)用到一些原輔料如引線鍵合好的引線框架、塑封材料、清潔或設(shè)備故障維修時(shí)調(diào)試使用的引線框架、橡皮狀的提高脫模性的材料、橡皮狀的清潔材料、將長(zhǎng)期使用的模具內(nèi)的污染物和粘著物去除的清潔材料、模具清潔后使用的提高脫模的材料等。

引線鍵合好的引線框架和塑封材料是塑封工藝的兩種原材料，它們的性能在很大程度上決定著封裝的質(zhì)量。所以在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的原材料。用來(lái)成型的模具(模具)在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)一定的周期就會(huì)有污染，這些污染會(huì)引起很多不良，因此在生產(chǎn)中有嚴(yán)格的清潔管理。模具的清潔要用專用清潔材料，而且如何清潔也是很重要的，根據(jù)材料的不同清潔周期有所不同，選擇適宜的清潔材料會(huì)使清潔效果明顯提升。

3 塑封工藝中常見(jiàn)不良品的分析與對(duì)策

由于各種因素的影響，在塑封工藝的實(shí)際生產(chǎn)中有許多不良產(chǎn)品，這些不良品又有不同的形式，如不完全、氣孔、錯(cuò)位、泄露和線性不良等。

3.1 不完全填充及其對(duì)策

不完全填充現(xiàn)象主要有兩種情況:一種是有趨向性的不完全填充，主要是由于封裝工藝與塑封材料的性能參數(shù)不匹配造成的;一種是隨機(jī)性的不完全填充，主要是由于模具溫度不適、清潔不當(dāng)、塑封材料中不溶性雜質(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。

(1)由于模具溫度過(guò)高，或者說(shuō)封裝工藝與塑封材料的性能參數(shù)不匹配而引起的有趨向性的未充填。預(yù)熱后的塑封材料在高溫下反應(yīng)速度加快，致使塑封材料的膠化時(shí)間相對(duì)變短，流動(dòng)性變差，在型腔還未完全充滿時(shí)，塑封材料的黏度便會(huì)急劇上升，流動(dòng)阻力也變大，以至于未能得到良好的填充，從而形成有趨向性的未填充。對(duì)于這種有趨向性的未填充主要是由于塑封材料流動(dòng)性不充分而引起的，可以采用提高塑封材料的預(yù)熱溫度，使其均勻受熱;增加注塑壓力和速度，使塑封材料的流速加快;降低模具溫度，以減緩反應(yīng)速度，相對(duì)延長(zhǎng)塑封材料的膠化時(shí)間，從而達(dá)到充分填充的效果。

(2)由于模具澆口堵塞，致使塑封材料無(wú)法有效注入，以及由于模具清潔不當(dāng)造成排氣孔堵塞，也會(huì)引起未填充，而且這種未填充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)生未填充現(xiàn)象。對(duì)于這種未填充，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，都要用氣槍和刷子將料筒和模具上的塑封材料固化料清除干凈。

(3)雖然封裝工藝與塑封材料的性能參數(shù)匹配良好，但是由于保管不當(dāng)或者過(guò)期，致使塑封材料的流動(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黏度和膠化時(shí)間的塑封材料，并按照塑封材料的儲(chǔ)存和使用要求妥善保管。

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

3.2 封裝成形氣孔及其對(duì)策

在封裝成形的過(guò)程中，氣孔也是常見(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。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)。

引起氣孔缺陷的因素很多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①封裝材料方面，主要包括塑封材料的膠化時(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、料餅直徑與料間直徑不相匹配等;②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);③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)。

(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塑封材料黏度急劇上升，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;一種是塑封材料的流動(dòng)速度太慢，以至于型腔沒(méi)有完全充滿就開(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)生的主要原因是塑封材料在模具中的流動(dòng)速度太快，當(dāng)型腔充滿時(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，以使塑封材料在模具中的流動(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，使型腔表面的塑封材料過(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，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，因此要綜合考慮采用比較適當(dāng)?shù)膲毫Α?/p>

3.3 錯(cuò)位及其對(duì)策

錯(cuò)位就是封裝好的封裝體上下左右與中心線的距離超過(guò)一定的尺寸。錯(cuò)位是塑封工藝最常見(jiàn)的不良，它會(huì)導(dǎo)致剪切成型工程的中模具損壞。

錯(cuò)位主要是由于模具上的基準(zhǔn)模塊磨損，定位銷缺失，模具上下左右錯(cuò)位，溫度異常等因素導(dǎo)致的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)材料錯(cuò)位時(shí)首先要觀察錯(cuò)位現(xiàn)象，對(duì)于由基準(zhǔn)模塊磨損，定位銷缺失引起的錯(cuò)位只要將其更換補(bǔ)全即可。如果是模具上下左右錯(cuò)位引起的需將模具重新定位。模具溫度異常引起的錯(cuò)位有兩種情況:一是由于上下模具溫差大導(dǎo)致，把模具溫度調(diào)節(jié)至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)就可以了;二是由于材料預(yù)熱時(shí)間不足導(dǎo)致材料在高溫下瞬間變形不一致而引起，此情況一般把預(yù)熱時(shí)間加長(zhǎng)即可，但同時(shí)要注意預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致其他不良的產(chǎn)生，因此要綜合考慮選用合適的預(yù)熱時(shí)間。

3.4 封裝溢料及其對(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)引起泄露的發(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，這樣可以從塑封材料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，因此要將模具定期進(jìn)行電鍍，調(diào)整基座的平整度，來(lái)解決這種溢料缺陷。

3.5 線性不良

線性不良現(xiàn)象用肉眼是觀察不到的，只有通過(guò)X－RAY才能確認(rèn)。線性不良對(duì)產(chǎn)品的電器性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，常見(jiàn)的線性不良有線彎曲、線下垂、線短路、引線開(kāi)路等。在塑封工藝中線性不良可以說(shuō)是最麻煩的不良。因?yàn)樗婕暗姆矫娑?，很難一下子找到成因。但總的來(lái)說(shuō)線性不良的成因可以分為三大方面:

(1)由于機(jī)械方面引起的，此種原因造成的不良主要是設(shè)備的裝料部分在抓取材料時(shí)由于相互部件之間配合不好引起的，對(duì)此要仔細(xì)觀察抓材料時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，找出具體原因加以解決。

(2)由于成型參數(shù)不當(dāng)引起的，會(huì)引起線性不良的成型參數(shù)主要有溫度，注塑速度及壓力，溫度影響塑封材料的流動(dòng)性因此會(huì)對(duì)材料中的金線產(chǎn)生影響，溫度過(guò)高過(guò)低都不利于材料的封裝成型;由于塑封材料的流動(dòng)性是越來(lái)越差的，因此注塑速度過(guò)快一般可能會(huì)導(dǎo)致澆口處金線出現(xiàn)線性不良，而注塑速度過(guò)慢則一般會(huì)導(dǎo)致頂端的金線出現(xiàn)線性不良。因此可以通過(guò)對(duì)材料不良現(xiàn)象的分析初步判斷不良的產(chǎn)生原因。

(3)由于原輔材料引起的，這里主要是塑封材料，因?yàn)樗芊獠牧系男阅軐?duì)產(chǎn)品有很大影響，塑封材料的優(yōu)劣決定其流動(dòng)性和粘結(jié)性，因此選用適宜的塑封材料可以減少不良的產(chǎn)生。

當(dāng)然線性不良的成因是復(fù)雜的，只有通過(guò)認(rèn)真的觀察分析，全面考慮再加上反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能很好地解決它。

4 結(jié)束語(yǔ)

塑封工藝中所出現(xiàn)的不良是多種多樣的，不管是哪一種不良，只要找到了產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的對(duì)策，就能消除不良現(xiàn)象。主要分析了不完全填充、氣孔、錯(cuò)位、溢料和線性不良現(xiàn)象，并結(jié)合實(shí)際工藝過(guò)程給出常用的解決方法和建議，對(duì)降低不良品率起到了很好的作用。

［1］張淵，孫稞稞，韓萌，等.MOLD工程常見(jiàn)不良的處理［J］.科技信息，2010(32):13.

［2］高尚通.跨世紀(jì)的微電子封裝［J］.半導(dǎo)體情報(bào)，2000，37(6):1－7.