環(huán)氧塑封料產(chǎn)品設(shè)計(jì)對LQFP分層性能的影響

周洪濤，王善學(xué)

(北京科化新材料科技有限公司，北京 102206)

科化公司承擔(dān)國家02重大專項(xiàng)“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”中的子課題“LQFP綠色環(huán)保型塑封料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”。項(xiàng)目組在項(xiàng)目研制過程中針對LQFP分層問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文重點(diǎn)介紹環(huán)氧塑封料粘接、固化速度、線膨脹系數(shù)、吸水率、彎曲模量等關(guān)鍵性能對分層測試結(jié)果的影響，并確定KHG700產(chǎn)品達(dá)到MSL-3要求。

1 環(huán)氧塑封料產(chǎn)品設(shè)計(jì)

表1為環(huán)氧塑封料產(chǎn)品主要原材料組成及其對性能的影響。根據(jù)不同電路/器件的封裝工藝和可靠性要求，塑封料通過配方設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)性能指標(biāo)，從而達(dá)到使用要求。

表1 環(huán)氧塑封料產(chǎn)品組成及功用

2 LQFP分層測試要求

根據(jù)LQFP產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和MSL-3測試條件，對塑封料提出較高的性能要求，見圖1。

圖1中，LQFP用環(huán)氧塑封料產(chǎn)品需要具備快速固化、低膨脹率、高粘接性、低吸濕性、低模量等性能。

3 塑封料性能對分層的影響

3.1 固化速度

圖1 LQFP-封裝-性能要求對應(yīng)關(guān)系

提高塑封料固化速度，可以減小塑封體在后固化工序形成的內(nèi)應(yīng)力，降低分層風(fēng)險(xiǎn)。表2為不同固化促進(jìn)劑塑封料的分層測試結(jié)果，可以看出，通過使用潛伏性促進(jìn)劑提高固化速度，對分層測試改進(jìn)有更為明顯的效果。

3.2 線膨脹率和吸濕率

塑封料通過選用球型硅微粉，控制粒度分布，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)氧塑封料較高的填料比例，從而大幅度降低環(huán)氧塑封料的膨脹率和吸濕率。表3為不同填料量塑封料的分層測試結(jié)果，可以看出，隨著填料量降低，線膨脹系數(shù)和吸水率增大，分層結(jié)果變差。

表2 不同固化促進(jìn)劑塑封料分層測試結(jié)果

表3 不同填料量塑封料的分層測試結(jié)果

3.3 彎曲模量

塑封料可以選擇添加低應(yīng)力改性劑降低模量，從而減小溫度變化時塑封體內(nèi)部的界面熱應(yīng)力。表4為添加低應(yīng)力改性劑塑封料的分層測試結(jié)果，可以看出，添加傳統(tǒng)的硅橡膠對高填料的塑封料的彎曲模量影響有限，進(jìn)而對分層改進(jìn)貢獻(xiàn)不大。

表4 添加低應(yīng)力改性劑塑封料的分層測試結(jié)果

3.4 粘接性能

塑封料通常選用帶有巰基、胺基等特殊官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，大幅提高環(huán)氧塑封料與銅表面、銀表面的粘接性能，同時減少脫模劑用量，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)氧塑封料與引線框架更好的粘接，以達(dá)到抵抗吸濕后高溫段界面應(yīng)力的要求。表5為不同粘接力塑封料的分層測試結(jié)果，可以看出，隨著粘接力增大，分層結(jié)果明顯變好。

表5 不同粘接力塑封料的分層測試結(jié)果

3.5 MSL-3考核結(jié)果

環(huán)保型環(huán)氧塑封料KHG700經(jīng)過產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)優(yōu)化，整合各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，進(jìn)行MSL-3考核測試，結(jié)果見表6。可以看出，塑封料達(dá)到MSL-3考核要求。

表6 MSL前后超聲波掃描圖片

4 結(jié) 論

綜上所述，環(huán)氧塑封料在封裝LQFP產(chǎn)品時關(guān)注分層問題，提高粘接力、加快固化速度、降低線膨脹系數(shù)和吸水率將對分層測試結(jié)果的產(chǎn)生積極影響。經(jīng)過各項(xiàng)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，環(huán)保型環(huán)氧塑封料KHG700產(chǎn)品封裝LQFP產(chǎn)品可以達(dá)到MSL-3考核水平。

[1] 孫忠賢.電子化學(xué)品[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2] 中國電子學(xué)會譯.微電子封裝手冊（MICROELECTRONICS PACKAGING HANDBOOK）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.