塑封工藝中的不良現象分析

郝 菊，董海青

(1.中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽 110032;2.南京信息職業技術學院，南京 210046)

1 引言

信息技術飛速發展推動著電子產品向多功能、高性能、高可靠、便攜化及低成本等方向發展，而滿足這些要求的基礎與核心乃是IC的應用，特別是LSI和VLSI。但是，IC芯片要經過合適的封裝，才能達到所要求的電、熱、光、機械等性能，滿足使用要求;同時，封裝也對芯片起到保護作用，使其可以長期可靠的工作。

封裝應用越來越廣泛，不僅包括半導體集成電路芯片的封裝，也包括光電器件、傳感器等，而且技術水平與技術難度越來越大。封裝的成品率直接影響著器件的性能與成本，在塑料封裝過程中，塑封被稱之為塑封工藝，是封裝中關鍵的一道工序，其工藝參數的設定與控制、材料的性能以及周圍環境對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 塑封工藝簡介

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

在塑封工藝中有很多因素會對產品的性能和良品率產生影響，例如環境因素、各種原輔材料等。在塑封工藝中生產線內的溫濕度和潔凈度對產品的性能會有很大的影響，溫度不當和濕度過大會引起封裝好的產品在使用時產生開裂現象。潔凈度不夠會對產品的電氣性能產生不良影響。因此在生產中，要嚴格控制好生產線內的各種環境因素，通常塑封工藝環境的要求為溫度23±5℃，環境濕度55±15%RH，潔凈度不低于100000 級(0.5μm)。塑封工藝中會用到一些原輔料如引線鍵合好的引線框架、塑封材料、清潔或設備故障維修時調試使用的引線框架、橡皮狀的提高脫模性的材料、橡皮狀的清潔材料、將長期使用的模具內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量。所以在實際生產中要根據實際需要選擇合適的原材料。用來成型的模具(模具)在生產中經過一定的周期就會有污染，這些污染會引起很多不良，因此在生產中有嚴格的清潔管理。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，根據材料的不同清潔周期有所不同，選擇適宜的清潔材料會使清潔效果明顯提升。

3 塑封工藝中常見不良品的分析與對策

由于各種因素的影響，在塑封工藝的實際生產中有許多不良產品，這些不良品又有不同的形式，如不完全、氣孔、錯位、泄露和線性不良等。

3.1 不完全填充及其對策

不完全填充現象主要有兩種情況: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不匹配造成的;一種是隨機性的不完全填充，主要是由于模具溫度不適、清潔不當、塑封材料中不溶性雜質太大、模具進料口太小等原因，引起模具澆口堵塞而造成的。

(1)由于模具溫度過高，或者說封裝工藝與塑封材料的性能參數不匹配而引起的有趨向性的未充填。預熱后的塑封材料在高溫下反應速度加快，致使塑封材料的膠化時間相對變短，流動性變差，在型腔還未完全充滿時，塑封材料的黏度便會急劇上升，流動阻力也變大，以至于未能得到良好的填充，從而形成有趨向性的未填充。對于這種有趨向性的未填充主要是由于塑封材料流動性不充分而引起的，可以采用提高塑封材料的預熱溫度，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，以減緩反應速度，相對延長塑封材料的膠化時間，從而達到充分填充的效果。

(2)由于模具澆口堵塞，致使塑封材料無法有效注入，以及由于模具清潔不當造成排氣孔堵塞，也會引起未填充，而且這種未填充在模具中的位置也是毫無規律的。特別是在小型封裝中，由于澆口、排氣口相對較小，所以最容易引起堵塞而產生未填充現象。對于這種未填充，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匹配良好，但是由于保管不當或者過期，致使塑封材料的流動性下降，黏度太大或者膠化時間太短，均會引起填充不良。其解決辦法主要是選擇具有合適黏度和膠化時間的塑封材料，并按照塑封材料的儲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，這種情況一般出現在更換塑封材料、封裝類型或者更換模具的時候，其解決辦法也比較簡單，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，但是用量不宜過多或者過少。

3.2 封裝成形氣孔及其對策

在封裝成形的過程中，氣孔也是常見的缺陷。根據氣孔在塑封體上產生的部位可以分為內部氣孔和外部氣孔，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，尤其是內部氣孔更應重視。嚴格來說，氣孔無法完全消除，只能多方面采取措施來改善，把氣孔缺陷控制在良品范圍之內。

引起氣孔缺陷的因素很多，主要表現在以下幾個方面:①封裝材料方面，主要包括塑封材料的膠化時間、黏度、流動性、揮發物含量、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;③封裝工藝方面，主要與預熱溫度、模具溫度、注塑速度、注塑壓力、注塑時間等有關。

(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，致使注塑壓力無法有效傳遞到頂端，以至于頂端殘留的氣體無法排出而造成氣孔缺陷;一種是塑封材料的流動速度太慢，以至于型腔沒有完全充滿就開始發生固化交聯反應，這樣也會形成氣孔缺陷。解決這種缺陷最有效的方法就是增加注塑速度，適當調整預熱溫度也會有些改善。

(2)澆口氣孔產生的主要原因是塑封材料在模具中的流動速度太快，當型腔充滿時，還有部分殘余氣體未能及時排出，而此時排氣口已經被溢出料堵塞，最后殘留氣體在注塑壓力的作用下，往往會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，適當降低預熱溫度，以使塑封材料在模具中的流動速度減緩;同時為了促進揮發性物質的逸出，可以適當提高模具溫度。

(3)內部氣孔的形成原因主要是由于模具表面的溫度過高，使型腔表面的塑封材料過快或者過早發生固化反應，加上較快的注塑速度使得排氣口部位充滿，以至于內部的部分氣體無法克服表面的固化層而留在內部形成氣孔。這種氣孔缺陷一般多發生在大體積電路封裝中，而且多出現在澆口端和中間位置。要有效降低這種氣孔的發生率，首先要適當降低模具溫度，其次可以考慮適當提高注塑壓力，但是過分增加壓力會引起沖絲、溢料等其他缺陷，因此要綜合考慮采用比較適當的壓力。

3.3 錯位及其對策

錯位就是封裝好的封裝體上下左右與中心線的距離超過一定的尺寸。錯位是塑封工藝最常見的不良，它會導致剪切成型工程的中模具損壞。

錯位主要是由于模具上的基準模塊磨損，定位銷缺失，模具上下左右錯位，溫度異常等因素導致的。當發現材料錯位時首先要觀察錯位現象，對于由基準模塊磨損，定位銷缺失引起的錯位只要將其更換補全即可。如果是模具上下左右錯位引起的需將模具重新定位。模具溫度異常引起的錯位有兩種情況:一是由于上下模具溫差大導致，把模具溫度調節至標準范圍內就可以了;二是由于材料預熱時間不足導致材料在高溫下瞬間變形不一致而引起，此情況一般把預熱時間加長即可，但同時要注意預熱時間過長會導致其他不良的產生，因此要綜合考慮選用合適的預熱時間。

3.4 封裝溢料及其對策

在封裝成形的過程中，溢料又是一個常見的缺陷形式，而這種缺陷本身對封裝產品的性能沒有影響，只會影響后來的可焊性和外觀。

溢料產生的原因可以從兩個方面來考慮，一是材料方面，樹脂黏度過低、填料粒度分布不合理等都會引起泄露的發生，在黏度的允許范圍內，可以選擇黏度較大的樹脂，并調整填料的粒度分布，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，注塑壓力過大，合模壓力過低，同樣可以引起溢料的產生，可以通過適當降低注塑壓力和提高合模壓力，來改善這一缺陷。由于塑封模長期使用后表面磨損或基座不平整，致使合模后的間隙較大，也會造成溢料。而生產中見到的嚴重溢料現象往往都是這種原因引起的，因此要將模具定期進行電鍍，調整基座的平整度，來解決這種溢料缺陷。

3.5 線性不良

線性不良現象用肉眼是觀察不到的，只有通過X－RAY才能確認。線性不良對產品的電器性能會產生嚴重影響，常見的線性不良有線彎曲、線下垂、線短路、引線開路等。在塑封工藝中線性不良可以說是最麻煩的不良。因為它涉及的方面多，很難一下子找到成因。但總的來說線性不良的成因可以分為三大方面:

(1)由于機械方面引起的，此種原因造成的不良主要是設備的裝料部分在抓取材料時由于相互部件之間配合不好引起的，對此要仔細觀察抓材料時的運動情況，找出具體原因加以解決。

(2)由于成型參數不當引起的，會引起線性不良的成型參數主要有溫度，注塑速度及壓力，溫度影響塑封材料的流動性因此會對材料中的金線產生影響，溫度過高過低都不利于材料的封裝成型;由于塑封材料的流動性是越來越差的，因此注塑速度過快一般可能會導致澆口處金線出現線性不良，而注塑速度過慢則一般會導致頂端的金線出現線性不良。因此可以通過對材料不良現象的分析初步判斷不良的產生原因。

(3)由于原輔材料引起的，這里主要是塑封材料，因為塑封材料的性能對產品有很大影響，塑封材料的優劣決定其流動性和粘結性，因此選用適宜的塑封材料可以減少不良的產生。

當然線性不良的成因是復雜的，只有通過認真的觀察分析，全面考慮再加上反復實驗才能很好地解決它。

4 結束語

塑封工藝中所出現的不良是多種多樣的，不管是哪一種不良，只要找到了產生的原因，采取相應的對策，就能消除不良現象。主要分析了不完全填充、氣孔、錯位、溢料和線性不良現象，并結合實際工藝過程給出常用的解決方法和建議，對降低不良品率起到了很好的作用。

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

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