穆 鵬

（陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽，712000）

集成電路分層是一種常見的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于電路的內(nèi)部各界面之間發(fā)生了微小的剝離或間隙，而這種分離是由于兩種物質(zhì)由于相互作用力之間存在區(qū)別，容易導(dǎo)致塑料封裝里面的應(yīng)力會略大于兩者之間的粘接力，因?yàn)檫@種情況的發(fā)生會使在塑料封裝的時(shí)候使兩者之間的界面會出現(xiàn)一定的間隔。就針對于塑料封裝電路來講上述的情況主要就發(fā)生在塑料與芯片之間的界面上、封裝塑料引線框；芯片與裝片膠界面等等容易出現(xiàn)界面分離的情況，在當(dāng)今的研究中界面分離的現(xiàn)象大約有90%的界面分層主要發(fā)生在樹脂和引線框界面之間，樹脂和芯片界面之間。分層現(xiàn)象的出現(xiàn)嚴(yán)重影響封裝電路的可靠性與老化以及今后的的功能性。本文將主要對于封裝工藝以及上述兩種分層原因進(jìn)行淺析，并對可能的預(yù)防措施進(jìn)行探討。

1 塑料封裝工藝簡介

塑料封裝工藝指使用樹脂對IC產(chǎn)品進(jìn)行封裝的操作，塑料封裝工藝其實(shí)就是一種非氣密封性的封裝方式，而下面將主要介紹一下塑料封裝工藝的主要流程具體提如圖1所示。

各部分的功用如下：

（1）研磨：通過研磨來使精圓達(dá)到需要的厚度。

（2）切割：主要是將每顆芯片給分離出來。

（3）裝片：將芯片粘貼到引線框或者是基板上面。

圖1 封裝流程Fig.1 Flow process of plastic packaging

（4）鍵合：通過物理的方式，將引線框和芯片連接起來。

（5）模壓：模壓就是要用塑料材料將芯片以及導(dǎo)線用塑封材料進(jìn)行包裝處理，這樣做主要就是為了避免芯片在使用的過程中出現(xiàn)受損、氧化的現(xiàn)象。

（6）印字：在膠體上面打印出需要的產(chǎn)品的資訊。

（7）電鍍：給引線框的外層鍍上錫，方便SMT上板。

（8）切單：將每顆產(chǎn)品從引線框上給分離出來。

（9）包裝：使用真空包裝，并且將產(chǎn)品進(jìn)行裝箱以及粘貼標(biāo)簽。

（10）出貨：按照客戶的要求進(jìn)行貨物的配送。

通過上面的分析可以清楚地知道之所以會出現(xiàn)分層，其主要原因就是因?yàn)榘l(fā)生了模壓，因此通過這個(gè)結(jié)論就要求相關(guān)的封裝廠在模壓之后都要對產(chǎn)品進(jìn)行抽測檢測產(chǎn)品是否分層從而能更快的查找原因并采取對策，以便挽回?fù)p失。

2 基塑料材料間分層問題解析

塑料封裝由于具有成本低、尺寸小、質(zhì)量輕和可批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛使用在電子產(chǎn)品的封裝過程中。目前塑料材料間分層經(jīng)過了許多行業(yè)的支持研究下，塑料封裝在各個(gè)方面已經(jīng)顯現(xiàn)出了一定的成熟性，但是關(guān)于塑料封材料的有關(guān)器件仍然存在著許多的不足之處，就比如在塑料封裝中可能會出現(xiàn)的腐蝕失效或者是爆米花失效更可能會出現(xiàn)熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配而導(dǎo)致的溫度失效等。當(dāng)今，塑料封裝器件正在逐步地運(yùn)用到高可靠性領(lǐng)域，因此在當(dāng)今快速發(fā)展的社會中有關(guān)塑料封裝器件的可靠性研究成為了當(dāng)下的熱門話題。

通過研究我們發(fā)現(xiàn)造成塑料封裝分層的原因有許多種，首先通過研究分層的發(fā)生率，發(fā)現(xiàn)引線框容易分層。然后對引線框產(chǎn)品分層的影響因子進(jìn)行分類鑒別，發(fā)現(xiàn)引線框和樹脂兩個(gè)因子很關(guān)鍵。通過這兩個(gè)因子能夠在一定的程度上降低封裝樹脂自身的應(yīng)力、還能夠在研究的過程中改善封裝樹脂的吸濕性的性能，另外這兩個(gè)因子也能夠提高封裝樹脂的粘接力等方式成為了解決塑料封裝分層的主要方法。塑封微電路（PEM）有其固有的弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在溫度范圍、耐潮濕性、熱機(jī)械應(yīng)力。

銅金屬構(gòu)成了引線框的主要成分，基于聚丙烯的PP塑料構(gòu)成了基板的主要成分。從力的結(jié)合方式來看，聚丙烯的PP塑料板中既存在物理反應(yīng)又有化學(xué)反應(yīng)，就比如樹脂與引線框之間的結(jié)合就屬于是一種物理反應(yīng)；化學(xué)反應(yīng)則主要體現(xiàn)在樹脂與基板之間的結(jié)合，要是以學(xué)術(shù)性的觀點(diǎn)看來，從物理學(xué)中的力學(xué)方面來講，如果在進(jìn)行研究的過程中溫度能夠達(dá)到樹脂的玻璃化溫度，那么樹脂與引線框之間所存在的應(yīng)力就會隨著溫度的變化而有所提高，但是應(yīng)力變大的同時(shí)也會導(dǎo)致兩者之間出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，在當(dāng)下的研究中主要是集中于引像框的成品。分層的可能因素有人為因素，機(jī)械因素，材料因素，方法因素，工作環(huán)境因素。降低封裝樹脂的應(yīng)力、改善封裝樹脂的吸濕性和提高封裝樹脂的粘接力等方式成為了解決塑料封裝分層的主要方法。塑封微電路（PEM）有其固有的弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在溫度范圍、耐潮濕性、熱機(jī)械應(yīng)力。分層一直困擾著產(chǎn)品可靠性和良率。

3 基塑料材料間分層問題解決方案

3.1 降低樹脂與器件之間的應(yīng)力

目前對于電子產(chǎn)品的封裝塑料是采用高分子樹脂進(jìn)行封裝的，這種高分子樹脂是將塑料助劑加入到了環(huán)氧樹脂的合成過程中去的。樹脂的反應(yīng)機(jī)理：環(huán)氧樹脂和硬化劑在高溫高壓下，通過本征反應(yīng)、溶液反應(yīng)、自由基反應(yīng)或者是其他的反應(yīng)來進(jìn)行產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，通過這些反應(yīng)進(jìn)行縮聚，合成預(yù)聚合物，然后將預(yù)聚合物進(jìn)行冷凝、灌裝得到我們需要的塑料材料。目前塑料的主要組成成分被列于表1。

表1 塑料的組成成分Tab.1 Components of plastic materials

就分層來說 ，我們主要研究樹脂的應(yīng)力與結(jié)合力，樹脂的應(yīng)力模型公式如下：

降低樹脂與器件之間的應(yīng)力就要首先搞清楚兩者之間的形成條件，其次降低樹脂與器件之間的應(yīng)力可以選取一些相對分子質(zhì)量大，相對分子質(zhì)量分布窄的樹脂，也可以選取雜質(zhì)含量低的樹脂，因?yàn)榫酆衔飪?nèi)的雜質(zhì)即是應(yīng)力的集中體，又會降低塑料的原有強(qiáng)度。降低樹脂與器件之間的應(yīng)力可以對成型加工條件進(jìn)行控制，在塑料制品成型的過程中，凡是能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都能夠降低取向應(yīng)力，凡有助于塑料制品脫模的加工方法都有利于降低脫模的內(nèi)應(yīng)力。對內(nèi)應(yīng)力影響較大的加工條件主要有料筒溫度、模具溫度等等，對于不同的厚度材料制品，其模溫要求不同。對于厚壁制品其模溫要適當(dāng)?shù)馗咭恍?，那么在一定的程度上就能夠降低樹脂與器件之間的應(yīng)力。

3.2 增強(qiáng)樹脂的粘合性

就從樹脂的成份上進(jìn)行分析，影響樹脂的粘合性最大影響因素的就是環(huán)氧樹脂的含量，另外環(huán)氧樹脂對粘合性也有這不同的表現(xiàn)，在這種表現(xiàn)性中通過研究發(fā)現(xiàn)了軟性結(jié)構(gòu)的樹脂實(shí)際上要比硬性的粘合性更好，軟性結(jié)構(gòu)的樹脂的具體優(yōu)點(diǎn)就在于能夠更容易的和其他封裝材料進(jìn)行結(jié)合。采用聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂這一方案雖具備一定的缺陷，但卻具有可行性。偶聯(lián)劑在塑料配混中，改善合成樹脂與無機(jī)填充劑或增強(qiáng)材料的界面性能的一種塑料添加劑。在一定的程度上能夠增強(qiáng)塑封料的粘合性，偶聯(lián)劑的主要影響主要就體現(xiàn)在當(dāng)塑料封裝材料中加入偶聯(lián)劑的時(shí)候?qū)?dǎo)致樹脂的耦合度以及它的密封度均比較的強(qiáng)，同時(shí)由于環(huán)氧樹脂和塑料封裝中的二氧化硅之間的物質(zhì)的表面極性不同，當(dāng)偶聯(lián)劑加入到其中的時(shí)候，能夠?qū)⒍趸璧谋砻娼档蜆O性，增加與環(huán)氧樹脂的相容性。

影響材料粘結(jié)性能的因素比較多，諸如：被粘結(jié)材料的化學(xué)組成、界面性質(zhì)等，所用粘結(jié)材料的化學(xué)組成、與被粘結(jié)材料的相互作用、自身強(qiáng)度等。因此在選擇粘結(jié)不同材料的粘合劑時(shí)，這些因素均需要考慮。就拿環(huán)氧樹脂作為例子來講，要想讓環(huán)氧膠粘劑粘接強(qiáng)度增強(qiáng)我們就可以采用高性能環(huán)氧樹脂；一些高性能的環(huán)氧樹脂，如AG-80、AFG-90、酚醛環(huán)氧樹脂、似盼F環(huán)氧樹脂、雙酚S環(huán)氧樹脂、液晶環(huán)氧樹脂、TDE-85(IJ0)、731等，單獨(dú)配合或與雙酚A型環(huán)氧樹脂共混，都具有很高的粘接強(qiáng)度；選用增強(qiáng)性固化劑，固化劑對環(huán)氧膠粘劑的粘接強(qiáng)度有重要影響，選用能使環(huán)氧膠固化后粘接強(qiáng)度高的固化劑，如雙氰胺、間苯二胺等；添加增強(qiáng)性填充劑，填充劑的加入降低了固化物的熱膨脹系數(shù)和固化收縮率，減小了內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)超負(fù)荷作用出現(xiàn)裂紋時(shí)，有填料的膠層還能阻止裂紋擴(kuò)展，從而提高了粘接強(qiáng)度。增強(qiáng)樹脂的粘合性能夠在一定的程度上減少分層現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

由于產(chǎn)品的分層現(xiàn)象在一定的程度上是沒有辦法避免的，主要的原因就是因?yàn)閮烧叩臉?gòu)成成分一個(gè)是金屬，而另外一個(gè)則是由樹脂構(gòu)成的，構(gòu)成成分的不同也就導(dǎo)致了兩者的物理特性會發(fā)生改變，因此在一些特殊的情況下，產(chǎn)品總是會出現(xiàn)因?yàn)榻Y(jié)合不牢或者兩者之間的應(yīng)力過大而出現(xiàn)的分層，那么既然在研究或者使用的過程中無法避免分層的現(xiàn)象，就要盡最大的努力去改善這種情況并且把分層的現(xiàn)象控制在人為能夠控制的范圍中。本文就基于塑料助劑的產(chǎn)品分層進(jìn)行了分析，并對于塑料與金屬之間的結(jié)合力記性了研究，對于今后降低產(chǎn)品分層程度具有重要的意義。