暗裂失效問題解析

王殿年，李 進，郭本東

（長興電子材料有限公司，江蘇 昆山 215301）

1 引言

近年來，電子封裝技術的發展越來越快，對封裝材料性能的要求也越來越高，電子封裝不僅要求封裝材料具有優良的電性能、熱性能以及機械性能，還要求具有高可靠性和低成本，這也是封裝樹脂成為現代電子封裝主流材料的重要原因，其約占整個封裝材料市場的90%以上。但是由于樹脂封裝是非氣密性封裝，對外界環境的耐受能力不是很強，在封裝及測試過程中常會出現一些異常點，這些異常點除與塑封料本身有關外，也與整個封裝制程存在相關性，而CRACK（暗裂）問題的發生就是經常在制程中發生的異常點之一，CRACK暗裂問題往往因不能被及時發現從而導致異常品流失到客戶端，嚴重的會產生客訴賠償問題。下面分別就封裝樹脂及封裝制程導致發生CRACK的原因進行分析和探討。

2 實驗分析

2.1 CRACK發生要因分析

如圖1的主要因素分析圖來看，人、機、料、法、環五大因素都會影響到CRACK的發生，本文將主要從“機”和“料”兩個方面著手詳細解析對CRACK問題的影響。

2.2 從“機”方面來考慮

主要影響因素是在模壓工序模具的設計，模具的設計直接關系到開模的順暢性，在使用有鹵塑封料時體現的還不是很明顯，但到了使用無鹵塑封料時，因阻燃劑的變更，塑封料本身的黏性會提高，如仍沿用原來的模具設計，就很有可能產生黏模的問題，故此時模具的設計對開模的影響就顯得尤為重要，這方面的改善可從以下幾方面著手：

（1）可增大模具的脫模角，由 5°～ 7°改為 9°～15°；

（2）可調整不同模面的粗糙度，PKG側邊愈光滑愈佳，建議Ra≤0.8，PKG上下面稍粗糙愈佳，建議Ra=2.0～2.2；

（3）模具表面硬化處理，降低EMC和模具表面密著度，表面Cr→CrN（cheap）或 Ni（nano electroplate,expansive）；

（4）使用效果良好的清模劑并增加脫模劑。

案例分析：

PKG Type ：DIP-8L；

問題點描述：暗裂；

改善方法：調整模具脫模角。

（1）暗裂發生位置均在四個邊角，無規律，如圖2。

CRACK發生位置局部放大圖如圖3。CRACK不良品解剖圖如圖4（同一個產品解剖）。

從解剖圖來看，標識A部分的引腳，鍍層已進入封裝體本體內部，標識B部分的引腳未發生CRACK現象，鍍層未進入封裝體本體內部，CRACK暗裂位置發生在產品的四個邊角部位，且在模壓階段就已發生，開模過程不順暢，導致四個邊角受力發生暗裂問題，客戶端分析此異常主要與產品的脫模角大小有關，故對模具的脫模角進行修改，從7°修改到10°，其他特性參數不變，以修改后模具進行生產觀察未再發現有CRACK問題，此不良問題解決。

2.3 從“料”方面來考慮

主要影響因素是在塑封料配方設計和腳架設計中。

對于塑封料來講，如配方本身設計不當，在模壓過程無法保證開模的順暢性，存在拉模或粘模的問題，就很難避免封裝后的產品不會產生CRACK問題，塑封料的主要原物料組成見表1。

對于表1中所列出的原物料，其中影響塑封料開模特性的除了脫模劑外還有樹脂和阻燃劑等。主要影響因素為脫模劑，因為雖然樹脂的差異會影響到塑封料的開模特性，但只要脫模劑搭配合適就可以通過脫模劑的調整來克服因樹脂差異導致的粘模問題的發生；阻燃劑部分則不然，因阻燃劑本身在存儲過程中質量上的變異會對塑封料的質量產生嚴重影響，需要根據阻燃劑的類型來判定其對塑封料粘模問題的影響，本文對于此部分暫不進行詳細解析。

塑封料里所使用脫模劑一般可以分為固體及液體兩種，以固體為主，依其來源可分為天然蠟和合成蠟，依其處理方式又有酸化與非酸化之分，依其作用也可分為內部潤滑和外部潤滑，所以塑封料中對于脫模劑的使用大都以組合的方式進行。

案例分析：

PKG Type ：SOT-23；

問題點描述：CRACK；

改善方法：調整配方脫模劑組成。

（1）正常產品如圖5。

（2）異常產品如圖6。

（3）改善方法

以現有配方調整WAX組成，以剪斷測試驗證，測試方法如圖7，具體結果如表2。

在干凈的鍍Cr片上相同位置連續成型，測試所釋放出來的蠟是否足夠本身離型，10shot以內測試數據降到1以下即可滿足離型要求。

以改善品配方提供客戶端測試無CRACK問題再發生。

2.4 從腳架設計面來看

如設計不當易在封裝后的切筋工序發生CRACK問題，此問題的發生可由改變腳架的設計來改善。

案例分析：

PKG Type ：SOT-23；

問題點描述：CRACK；

改善方法：腳架外引腳折彎距離提高。

（1）外引腳折彎距離偏短易在切筋工序發生CRACK問題,如圖8。

（2）增加外引腳折彎距離（為原設計的1.5倍）成功改善CRACK問題，如圖9。

3 結論

當然，對于CRACK問題除了與以上所提因素有關外，還與環氧樹脂材料本身的強度及其與腳架的粘接力等有關。隨著環氧塑封料使用量的增加，在應用端除了會出現常見的如CRACK、分層、電性失效等異常外，可能還會有新的問題出現，這就需要我們結合材料本身和整個生產制程來分析，發現問題，并最終找出合適的方案予以解決。

［1］H. Lee and Y. Y. Earmme.IEEE Trans Comp, package,Manufact Technol [J]. 1996, 19,168

［2］J.H.Lupinski. Polymer Materials for Electronic Packaging and Interconnection [M]. American Chemical Society, Washing ton DC. 1989, P-286