EMC封裝成(chéng)形常見缺陷及(jí)其對策

  摘要：本文主(zhu)要通過對EMC封裝(zhuāng)成形的過程中(zhōng)常出現的問題(ti)🍉(缺🏃陷♋)一未填充(chong)、氣孔、麻點、沖絲(sī)、開裂、溢料、粘✊模(mo)等🏃‍♂️進行分析✔️與(yu)研究，并提出行(háng)之有效的解決(jue)辦法與對策。

    塑(su)料封裝以其獨(dú)特的優勢而成(cheng)爲當前微電子(zǐ)封裝的主流，約(yue)😄占封裝市場的(de)95%以上。塑封産品(pǐn)的廣泛應用🐪，也(ye)爲塑料封裝帶(dai)來了前所未有(yǒu)的發展，但是幾(jǐ)乎所有的塑封(feng)産品成形缺陷(xian)問題總是普遍(bian)存在的，也無♋論(lùn)是采用💜先進的(de)傳遞模注封裝(zhuang)，還是采✂️用傳統(tǒng)的單❄️注塑模封(fēng)裝,都是無法完(wán)全避免的。相比(bi)較而言，傳統塑(sù)封模成形缺陷(xiàn)幾率較大，種類(lèi)也較多，尺寸越(yue)大，發生的幾率(lǜ)也越大🌈。塑封産(chan)品的質量優劣(lie)主要由四個方(fang)面因素來決定(ding)：A、EMC的性能，主要包(bāo)括膠化時間、黏(nián)度、流動性、脫🈚模(mo)性、粘接性、耐濕(shī)性、耐熱性、溢料(liào)性、應力、強度、模(mo)量等;B、模具，主要(yào)包括澆🔱道、澆口(kǒu)、型腔、排氣口設(she)計與引線框架(jia)設計的匹配程(cheng)度等;C、封裝形式(shi)，不同的封裝形(xíng)式往往會出現(xiàn)不同的缺陷，所(suo)以優化封裝形(xíng)式的設計，會大(da)大減少不良缺(que)陷的發生;D、工藝(yi)參數，主要包括(kuo)合模壓力、注塑(su)壓力、注塑速度(du)、預熱溫度、模具(ju)溫度‼️、固化時間(jiān)等。

   下面主要對(dui)在塑封成形中(zhōng)常見的缺陷問(wèn)題産生的原因(yin)進行分析研究(jiū)，并提出相應有(yǒu)效可行的解決(jue)辦法與對策。

  1.封(fēng)裝成形未充填(tian)及其對策

  封裝(zhuāng)成形未充填現(xian)象主要有兩種(zhǒng)情況：一種是有(you)趨向性的未充(chōng)填，主要是由于(yu)封裝工藝與EMC的(de)性能參數🏃🏻不匹(pi)配造成的✉️;一種(zhǒng)是随機性的未(wei)充填，主要是由(yóu)于模具清💋洗不(bú)當⛱️、EMC中不溶性雜(zá)質太大、模具進(jin)料口太小等原(yuán)因，引❤️起模具澆(jiāo)口堵塞而造成(cheng)的。從封裝形式(shi)上看，在DIP和QFP中比(bi)較容易出現未(wei)充填現象，而從(cóng)外形上⛹🏻‍♀️看，DIP未充(chong)填主要表現爲(wèi)完全未充填和(he)🛀🏻部分未充填，QFP主(zhǔ)要存在角🧑🏽‍🤝‍🧑🏻部未(wèi)充填。 未充填的(de)主要原因及其(qí)對策：

  (1)由于模具(ju)溫度過高，或者(zhě)說封裝工藝與(yǔ)EMC的性能參數不(bú)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻匹配而引起的(de)有趨向性的未(wei)充填。預熱後的(de)EMC在高溫下♈反應(ying)速度加快，緻使(shi)EMC的膠化時間相(xiang)對變短，流動㊙️性(xìng)變差，在型腔還(hai)未完全充滿時(shi)，EMC的黏度便會急(ji)劇上升，流動阻(zu)力也變大，以至(zhi)于未能得到良(liang)好的充填，從而(er)形成有趨♌向性(xing)的未充填。在VLSI封(fēng)裝中比較容易(yì)出現這種現象(xiang)，因爲這些大規(guī)模電路每模EMC的(de)用量往往比較(jiào)大，爲🌐使在短時(shí)間内達到均勻(yún)受熱的效果，其(qí)設定的溫度往(wang)往也比較高，所(suo)以容易産生這(zhè)♈種未充填現象(xiang)。) 對于這種有趨(qu)向性的未⛱️充填(tián)主要是由于EMC流(liu)動性不充分而(ér)引起✨的，可以采(cǎi)用提高EMC的預熱(rè)溫度，使其均🌈勻(yún)受熱;增加注塑(su)壓力💛和速度，使(shǐ)EMC的流速加快;降(jiàng)低模具溫度，以(yǐ)減緩反應速度(du)，相對延長EMC的膠(jiāo)化時間，從而達(da)到❤️充分填充的(de)✔️效果。

  (2)由于模具(jù)澆口堵塞，緻使(shi)EMC無法有效注入(ru)，以及由于模具(jù)清洗不當造成(cheng)排氣孔堵塞，也(ye)會引起未充填(tian)，而且這種未充(chōng)填在模具中的(de)位置也是毫無(wú)規律的。特别是(shi)在小⭕型封裝中(zhong)，由于🐪澆口、排氣(qi)口相對較小，所(suo)以最容易引起(qǐ)堵塞而産生未(wei)充填現象。對于(yú)這種未充填⚽，可(ke)以用工具清除(chu)堵塞物，并塗上(shang)少量的脫模劑(jì)，并且在每模封(feng)裝後，都要用**和(hé)刷子将料筒和(he)模具上的EMC固化(hua)料清除幹淨。

   (3)雖(suī)然封裝工藝與(yǔ)EMC的性能參數匹(pǐ)配良好，但是由(yóu)于✍️保管㊙️不當或(huò)者過期，緻使EMC的(de)流動性下降，黏(nián)度太大或者膠(jiao)化時間太短，均(jun1)會引起填充不(bú)良。其解決辦⛷️法(fǎ)主要是選擇🐪具(ju)有合适的黏度(dù)和膠🔱化時間的(de)EMC，并按照EMC的儲存(cún)和使用要求妥(tuo)善保管。

   (4)由于EMC用(yong)量不夠而引起(qǐ)的未充填，這種(zhǒng)情況一般出現(xian)在更換EMC、封裝類(lei)型或者更換模(mo)具的時候，其解(jie)決辦法😄也比較(jiào)簡單，隻🍉要選擇(zé)與封裝類型和(hé)模具相匹配的(de)🏃‍♀️EMC用量，即可解決(jue)，但是用量不宜(yí)過多或者過少(shǎo)。

  2、封裝成形氣孔(kong)及其對策

  在封(fēng)裝成形的過程(chéng)中，氣孔是最常(cháng)見的缺陷。根據(jù)氣✂️孔在塑封體(tǐ)上産生的部位(wèi)可以分爲内部(bù)氣孔和外部氣(qi)孔，而外部氣孔(kong)又可以分爲頂(dǐng)端氣孔和澆口(kou)氣🥵孔。氣孔不僅(jǐn)嚴重影響塑封(fēng)體☀️的外觀，而且(qie)直接影響塑封(feng)器件的可靠性(xìng)，尤其是内部氣(qì)孔更應重視。常(chang)見的氣孔主要(yào)是外部氣孔，内(nèi)部氣孔無法直(zhi)接看到，必須通(tōng)過X射線儀才能(néng)觀察到，而且較(jiao)小的内部氣孔(kǒng)Bp使通過x射🔱線也(ye)看不清楚，這也(yě)爲克服氣孔缺(quē)陷帶來很大困(kun)難。那麽，要解決(jue)氣孔缺陷問題(tí)，必須仔細研究(jiu)各類氣孔💯形成(chéng)的過程。但是嚴(yán)格來說，氣孔無(wu)法完全消除，隻(zhi)能多方面采取(qu)措施🔴來改善，把(ba)氣孔缺陷控制(zhì)在良品範圍之(zhī)内。

   從氣孔的表(biǎo)面來看，形成的(de)原因似乎很簡(jian)單，隻是型腔内(nèi)有殘🌈餘氣體沒(mei)有有效排出而(ér)形成的。事實上(shang)，引起氣孔缺陷(xian)的因素很多，主(zhu)要表現在以下(xia)幾🈲個方面❗：A、封裝(zhuang)材料方面，主要(yào)包括EMC的膠化時(shí)間、黏度、流動性(xìng)、揮✂️發物含量、水(shuǐ)分含量、空氣含(hán)量☀️、料餅密度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻、料(liào)餅直徑與🧡料簡(jian)直徑不相匹配(pèi)等;B、模⛱️具方面，與(yǔ)料筒的形狀、型(xing)腔的形狀和排(pái)列、澆口和排氣(qì)口的形狀與位(wèi)置等有關;C、封裝(zhuāng)工藝方面，主🔴要(yao)與預熱溫度、模(mó)具溫度、注塑速(su)度、注塑壓力、注(zhu)塑時間等有關(guan)。

  在封裝成形的(de)過程中，頂端氣(qi)孔、澆口氣孔和(hé)内部氣孔🤟産生(sheng)的主要原因及(jí)其對策：

   (1)、頂端氣(qi)孔的形成主要(yao)有兩種情況，一(yi)種是由于各種(zhǒng)因素🤟使EMC黏度急(jí)劇-上升，緻使注(zhu)塑壓力無法有(yǒu)效傳遞到頂端(duān)，以至于頂端殘(cán)留的氣體無法(fa)排出而造成氣(qì)孔缺陷;一種是(shi)EMC的流動速度太(tài)慢，以至于型腔(qiāng)沒有完全充滿(man)就開始發生固(gù)化交聯反應，這(zhe)樣也會形成氣(qì)孔缺陷。解決這(zhè)種缺陷最🐇有效(xiao)的方法📐就是增(zeng)加注塑速度，适(shi)當調整🤩預熱溫(wen)度也會有些改(gai)善。

   (2)、澆口氣孔産(chan)生的主要原因(yīn)是EMC在模具中的(de)流動速度太快(kuài)，當型腔充滿時(shí)，還有部分殘餘(yu)氣體未能及時(shi)排出，而此時排(pai)氣口已經被溢(yì)出料堵塞，最後(hòu)殘留氣體在注(zhù)塑壓力的作用(yong)下，往往會被壓(ya)縮而留在澆口(kǒu)附近。解決這🤩種(zhong)氣孔缺陷的有(you)效方法就是減(jian)慢注塑速度，适(shi)當降低預熱溫(wen)度，以使EMC在模具(jù)中的流動速度(du)減緩;同時爲了(le)促進揮發性物(wu)質✔️的逸出，可以(yǐ)适當提高模具(jù)溫度。

  (3)、内部氣孔(kǒng)的形成原因主(zhǔ)要是由于模具(jù)表面的溫度💃過(guo)💘高，使型腔表面(mian)的EMC過快或者過(guo)早發生固化反(fǎn)應，加上較快的(de)注塑速度使得(dé)排氣口部位充(chōng)滿，以至于内部(bu)的部分氣體🔞無(wú)法克服表面的(de)固化層而留在(zài)内部形成氣孔(kǒng)。這種氣孔♌缺陷(xiàn)一般多發生在(zài)⭐大體積電路封(fēng)裝中，而且多出(chū)現在澆口端和(he)中間位置。要有(yǒu)效的降低這種(zhong)氣孔的發生率(lü)，首先🎯要适當降(jiàng)低模具溫度📧，其(qí)次可以考慮适(shì)當提高注塑壓(ya)力，但是過分增(zeng)加壓🌈力會引起(qi)沖絲、溢料等其(qi)他缺☔陷，比較合(he)适的壓力範圍(wei)是8～10Mpa。

  3、封裝成形麻(má)點及其對策

在(zai)封裝成形後，封(fēng)裝體的表面有(yǒu)時會出現大量(liàng)微細♋小孔㊙️，而且(qie)😄位置都比較集(ji)中，看蔔去是一(yi)片麻點。這些✨缺(quē)陷往往會伴随(sui)其🌂他缺陷同時(shi)出現，比如未充(chong)填、開裂等。這種(zhong)缺陷産生的👈原(yuán)因主要是料餅(bing)在🧑🏽‍🤝‍🧑🏻預熱的過程(cheng)中受熱不均勻(yun)，各部位的溫差(cha)較大，注✉️入模腔(qiāng)後引❗起固化反(fǎn)應不一緻，以至(zhi)㊙️于形成麻點🛀🏻缺(que)陷。引起料餅受(shou)熱不均勻的🧡因(yīn)素也比較多，但(dàn)是主要有以下(xià)三種🔞情況：

   (1)、料餅(bing)破損缺角。對于(yú)一般破損缺角(jiǎo)的料餅，其缺損(sǔn)‼️的長度小于👌料(liào)餅高度的1/3，并且(qie)在預熱機輥子(zǐ)上轉動平穩，方(fāng)🚩可使用，而且爲(wèi)了防止預熱時(shi)傾倒，可以将破(pò)損的料餅夾在(zai)中間。在投入料(liao)筒時，最好将破(po)損的料餅置于(yú)底部或頂部，這(zhè)樣可以改👌善料(liào)餅之🏃間的溫差(chà)。對于破損嚴重(zhòng)的料餅，隻能♈放(fàng)棄不用。

   (2)、料餅預(yù)熱時放置不當(dang)。在預熱結束取(qǔ)出料餅時，往往(wang)會🐅發現料🥰餅的(de)兩端比較軟，而(ér)中間的比較硬(yìng)，溫差較大。一般(ban)預熱溫度設置(zhi)在84-88℃時，溫差在8～10℃左(zuo)右，這樣♌封裝成(cheng)形時最容易出(chu)現麻點🥵缺陷。要(yào)💋解決因溫差較(jiao)大而引♻️起的麻(má)點缺陷，可以在(zai)預熱時将各料(liao)餅之間留有一(yi)💰定的空隙來放(fàng)置，使各料餅都(dōu)能充分均勻受(shou)熱。經驗表明，在(zài)投料時先投中(zhōng)間料餅💃後投兩(liǎng)端料餅，也會改(gǎi)善這種👣因溫差(cha)較✊大而帶來的(de)缺陷。

   (3)、預熱機加(jiā)熱闆高度不合(hé)理，也會引起受(shou)熱不均勻，從而(ér)導緻💘麻點的産(chǎn)生。這種情況多(duo)發生在同一預(yù)熱機上使用不(bú)同大小的🔴料餅(bǐng)時，而沒有調整(zheng)加熱闆的高度(dù)，使得加熱闆與(yu)料餅距離忽遠(yuǎn)忽近，以至于料(liao)餅受熱不均。經(jing)驗證明，它們之(zhī)間比較合理的(de)距離是3-5mm，過近或(huò)者過遠均不合(he)适。

   4、封裝成形沖(chòng)絲及其對策

   在(zai)封裝成形時，EMC呈(chéng)現熔融狀态，由(you)于具有一定的(de)熔🔅融😄黏度和流(liú)動速度，所以自(zi)然具有一定的(de)沖力，這😄種沖✉️力(li)作♉用在金絲上(shàng)，很容易使金絲(si)發生偏移，嚴重(zhòng)的會造成金絲(si)沖斷。這種沖絲(si)現象在塑封的(de)過程中是很常(chang)見的，也是無法(fǎ)完全消除的，但(dàn)是如果選擇适(shi)當的黏度和流(liú)速還是可以控(kong)制在良品範圍(wei)之内的。EMC的熔融(rong)黏度和流動速(su)度對金絲的沖(chong)力影響，可以通(tōng)過建立一個💞數(shù)學模型來解釋(shi)。可以假設熔融(rong)的EMC爲理想流🔞體(ti)，則沖力F=KηυSinQ，K爲常數(shu)🐅，η爲EMC的熔融黏♋度(du)，υ爲流動速度，Q爲(wei)流動方向與金(jīn)絲的夾角。從公(gong)式可以看出：η越(yuè)大，υ越大，F越大;Q越(yuè)大，F也越大;F越大(dà)，沖絲越💘嚴重。

   要(yào)改善沖絲缺陷(xiàn)的發生率，關鍵(jiàn)是如何選擇和(hé)控✊制EMC的熔融黏(nián)度和流速。一般(ban)來說，EMC的熔融黏(nian)度是由高到低(di)再到高的一個(gè)變化過程，而且(qiě)存在一個低黏(nian)度期，所以選擇(ze)一個合理的注(zhù)塑時間，使模腔(qiāng)中的EMC在低黏🤩度(dù)期中流動，以減(jiǎn)少沖力。選擇一(yī)個合适的流動(dòng)速度🐪也是減小(xiǎo)沖💯力的有效辦(ban)法，影響流動速(su)度的因素很多(duō)，可以從注塑速(su)度、模具溫度、模(mó)具🔴流道、澆口等(deng)因素來考慮。另(lìng)外，長金絲的封(fēng)裝産品♈比短金(jin)絲的封裝産品(pin)更容易發生沖(chòng)絲現象，所以芯(xin)片的尺寸與小(xiǎo)島的尺寸要匹(pǐ)配，避免大島♊小(xiǎo)芯📧片現象，以減(jiǎn)小沖絲程度。)

  5、封(fēng)裝成形開裂及(jí)其對策

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

   對于粘模引起(qǐ)的開裂現象，主(zhǔ)要是由于固化(huà)時間過短、EMC的脫(tuō)🔞模性能較差或(huò)者模具表面玷(dian)污等因素造成(chéng)的。在成形🎯工藝(yi)上，可以采取延(yán)長固化時間，使(shǐ)之充分固化;在(zai)材料方面，可以(yi)改善EMC的脫模性(xing)能;在操作方面(miàn)，可以每模🏃🏻‍♂️前将(jiāng)模具🍉表面清除(chú)幹淨，也可以将(jiāng)模具表面塗上(shang)适量的脫模劑(jì)。對于EMC吸濕引起(qi)的開裂現象，在(zai)❌工藝上，要保證(zhèng)在保管和恢複(fu)❌常溫的過程中(zhong)，避免吸濕的發(fā)生;在材料上，可(ke)以選擇具有高(gao)Tg、低膨脹、低吸水(shui)率、高黏結力的(de)EMC。對于各材料膨(peng)脹系數不匹配(pèi)引起的♋開裂現(xian)象，可以選擇與(yu)芯片、框架等材(cái)料膨脹系數相(xiang)💁匹配的

  6、封裝成(cheng)形溢料及其對(dui)策

   在封裝成形(xing)的過程中，溢料(liao)又是一個常見(jian)的缺陷形🌈式，而(ér)這種缺陷本身(shen)對封裝産品的(de)性能沒有影響(xiang)，隻會影響後🌈來(lái)的可焊性和外(wài)觀。溢料産生的(de)原因可以🔞從兩(liǎng)個方面來考慮(lǜ)，一是材料方面(mian)，樹脂黏度過低(di)、填料粒度分布(bù)不合理等都會(huì)引起溢料的發(fa)生，在黏度的允(yun)許範圍内，可以(yi)選擇黏度較大(da)的樹脂，并調整(zhěng)🏃🏻填🔞料的粒度分(fen)布，提高填充量(liàng)，這💛樣可以從EMC的(de)自身上提高其(qí)抗溢料性能;二(èr)是封裝工藝方(fang)面，注塑壓力過(guo)大，合模壓力過(guò)低，同樣可以引(yǐn)起👣溢料的産生(shēng)，可以通過♈适當(dang)降低注塑壓力(lì)和✂️提高☁️合模壓(ya)力，來改善這一(yi)缺陷。由于塑封(fēng)模長期使用後(hou)表面磨損或基(jī)座不平整，緻使(shǐ)合模後的間隙(xi)較大，也會造成(chéng)溢料，而生産中(zhōng)見❄️到🚩的嚴重溢(yì)料現象往往都(dou)是這種原因引(yin)起的，可以盡量(liang)減少磨損，調整(zhěng)基座的平整度(du)，來解決這種溢(yi)料🥵缺陷。

   7、封裝成(chéng)形粘模及其對(duì)策

   封裝成形粘(zhan)模産生的原因(yin)及其對策：A、固化(huà)時間太短，EMC未完(wan)💚全固化而造成(chéng)的粘模，可以适(shì)當延長固化時(shí)間，增加✍️合模時(shí)間使之充分固(gu)化;B、EMC本身脫模性(xìng)能較差而造成(cheng)的粘模隻能從(cong)材🌈料方面來改(gai)善EMC的脫模性能(néng)，或者封裝成形(xing)的過程⭕中，适當(dang)的外加脫模劑(ji);C、模具表面沾污(wu)也會引🔞起粘模(mó)，可以通過清洗(xi)模具來解決;D、模(mo)具溫度過低同(tong)樣❓會引起粘模(mó)現象，可以适當(dang)提高模具溫度(dù)來加以改善。   

  8.結(jie)語

    總之，塑封成(cheng)形的缺陷種類(lèi)很多，在不同的(de)封裝形式上有(you)✨不☀️同的表現形(xíng)式，發生的幾率(lǜ)和位置也有很(hen)大的差異，産生(shēng)的🔴原因也比較(jiào)複雜，并且互相(xiang)牽連，互相影響(xiang)，所以應該🧡在分(fèn)别研究的基礎(chǔ)上，綜合🆚考慮，制(zhì)定出相應的🐕行(háng)之有效的解決(jué)方法與對策。
 

   文(wen)章整理：昊瑞電(diàn)子/