EMC封裝成形常(cháng)見缺陷及其對策(ce)

  摘要：本文(wén)主要通過對EMC封裝(zhuang)成形的過程中常(cháng)出現的問題(缺💋陷(xian))一未填充、氣孔、麻(má)點、沖絲、開裂、溢料(liao)、粘🐅模等進行分析(xi)與研究，并提出行(háng)之有效的解決辦(ban)法與對策。

    塑料封(feng)裝以其獨特的優(yōu)勢而成爲當前微(wei)電子封裝的主💛流(liu)，約占封裝市場的(de)95%以上。塑封産品的(de)廣泛應用，也爲塑(sù)料封裝帶來了前(qián)所未有的發展，但(dan)是幾乎所有的塑(sù)封産品成形缺🔴陷(xian)問題總是普遍存(cún)在的，也無論是采(cai)用先進的傳遞模(mó)注封裝，還是采用(yong)傳統的單注塑模(mo)封裝♊,都是無法完(wan)全避免的。相比較(jiào)而言，傳統塑封模(mó)成形缺陷幾率較(jiào)大，種類也較多，尺(chi)寸越大，發生的幾(jǐ)率也越大🌐。塑封産(chan)品的質量🥰優劣主(zhǔ)要由四個🔴方面因(yīn)素來決定：A、EMC的性能(néng)，主要包括膠化時(shi)間、黏度、流動性、脫(tuo)模性、粘接性、耐濕(shī)性、耐熱性、溢料性(xìng)、應力、強度、模量等(děng);B、模具，主要包括澆(jiāo)道、澆口、型腔、排氣(qi)口設計與引線框(kuàng)架設計的匹配程(cheng)度等;C、封裝形式，不(bú)同的封裝形🧑🏾‍🤝‍🧑🏼式往(wang)往會出現不同的(de)缺陷，所以優化封(fēng)裝形式的設計，會(huì)大大減少不良缺(quē)陷的發💃生;D、工藝參(can)數，主要包括合模(mó)壓力、注塑壓力、注(zhù)塑速度、預熱溫度(dù)、模具溫度、固化時(shi)間等⭕。

   下面主要對(dui)在塑封成形中常(cháng)見的缺陷問題産(chǎn)生的原🔞因進行分(fen)析研究，并提出相(xiàng)應有效可行的解(jie)決辦法與對策🚩。

  1.封(fēng)裝成形未充填及(ji)其對策

  封裝成形(xing)未充填現象主要(yào)有兩種情況：一種(zhong)是有🔞趨向性的未(wèi)充填，主要是由于(yú)封裝工藝與EMC的性(xing)能參數不匹配造(zao)成的;一種是随機(jī)性的未充填，主要(yao)是由于✌️模具清洗(xi)不當👌、EMC中不溶性雜(za)質太大、模具進料(liào)口太小等原因，引(yin)起模具澆🤞口堵塞(sai)而造成的。從封裝(zhuāng)形式上🌈看，在DIP和QFP中(zhong)比🐆較容易出現未(wei)充填現象，而從外(wài)形上看✉️，DIP未充填主(zhu)要表現爲完全未(wei)充填和部分未充(chong)填，QFP主要存在角部(bu)未充填。 未充填的(de)主要原因及其對(dui)策：

  (1)由于模具溫度(dù)過高，或者說封裝(zhuang)工藝與EMC的性能參(cān)數不匹配而🈲引起(qǐ)的有趨向性的未(wei)充填。預熱後的EMC在(zài)高溫下✉️反應速度(du)加快，緻使EMC的膠化(huà)時間相對變短，流(liu)動性變差，在型腔(qiāng)還未完全充滿時(shi)，EMC的黏度便📧會急劇(ju)上升，流動阻力也(yě)變大，以至于未能(neng)得到良好的充填(tian)，從而形成有趨向(xiàng)性的未充填。在VLSI封(feng)裝中比較容易出(chū)現㊙️這種現象，因爲(wei)☂️這些大規模電路(lu)每模EMC的用量往往(wǎng)比較大，爲使在短(duǎn)時間内達到均勻(yún)受熱的效果，其設(she)定的溫度往往也(ye)比較高，所以容易(yì)産生這種未充填(tián)現象。) 對于這種有(you)趨向性的未🚶充填(tian)主要是由于EMC流動(dong)性不充分而引起(qǐ)的，可以采🔞用提高(gāo)EMC的預🈚熱溫度，使其(qí)均勻受熱;增加注(zhù)塑壓力和速✔️度，使(shǐ)EMC的流速加快;降低(dī)模具溫度，以減緩(huan)反應速度，相對延(yan)長EMC的膠化時間，從(cong)而達到充分填充(chōng)的效果。

  (2)由于模具(jù)澆口堵塞，緻使EMC無(wu)法有效注入，以及(ji)由于模具清洗不(bu)🔞當造成排氣孔堵(du)塞，也會引起未充(chong)填，而且這種未充(chong)填在模具🐪中的位(wèi)置也是毫無規律(lü)的。特别是在小型(xíng)封裝👅中，由于澆口(kǒu)、排氣口相對較小(xiǎo)，所以最容易引起(qǐ)堵塞而産生未充(chong)填現象。對于這種(zhong)未充填，可以用工(gong)具🤟清除堵塞物，并(bìng)塗上少量的脫模(mo)劑，并🙇‍♀️且在每模封(fēng)裝後，都要用**和刷(shuā)子将料筒和模具(ju)上的EMC固化料清除(chu)幹淨。

   (3)雖然封裝工(gōng)藝與EMC的性能參數(shù)匹配良好，但是由(yóu)于保管🧑🏾‍🤝‍🧑🏼不當或者(zhě)過期，緻使EMC的流動(dòng)性下降，黏度太大(da)或者膠化時間太(tai)短，均會💚引起填充(chong)不良。其解決辦法(fa)主要是選擇具有(yǒu)合🥰适的黏度和膠(jiao)化時間的EMC，并按照(zhào)EMC的儲存和使用要(yào)求妥善保管。

   (4)由于(yu)EMC用量不夠而引起(qi)的未充填，這種情(qing)況一般出💯現在更(geng)換EMC、封裝類型或者(zhe)更換模具的時候(hòu)，其解決辦法也比(bi)較簡🎯單，隻要選擇(ze)與封裝類型和模(mó)具相⛷️匹配的EMC用量(liang)，即可解決，但是用(yong)♌量不宜㊙️過多或者(zhě)過少。

  2、封裝成形氣(qì)孔及其對策

  在封(fēng)裝成形的過程中(zhong)，氣孔是最常見的(de)缺陷。根據氣🎯孔📱在(zài)塑封體上産生的(de)部位可以分爲内(nei)部氣孔和外♍部氣(qì)💜孔，而外部氣孔又(you)可以分爲頂端氣(qì)孔和澆口氣孔。氣(qì)孔不僅嚴重影響(xiǎng)塑封體的外觀，而(er)且🈲直接影響🎯塑封(feng)器件的可靠性，尤(yóu)其是内部氣孔更(gèng)🌏應重視。常見的氣(qi)孔主要是外部氣(qi)孔🔱，内部氣孔無法(fa)直接看到，必須通(tōng)過X射線儀才能觀(guan)察到，而且較小的(de)内部🛀🏻氣孔Bp使通過(guò)x射線也看不清楚(chǔ)，這也爲克服氣孔(kong)缺陷帶來很大困(kùn)難。那麽，要解決氣(qì)孔缺陷問題，必須(xu)⛱️仔細研究各㊙️類氣(qì)孔🌍形成的過程。但(dan)是嚴格來說，氣孔(kǒng)無法完全消除，隻(zhī)能多方面采取措(cuò)施🌈來改善，把氣孔(kong)缺陷控制🌂在良品(pin)範圍之内。

   從氣孔(kong)的表面來看，形成(chéng)的原因似乎很簡(jian)單，隻是🥵型腔内有(yǒu)殘餘氣體沒有有(you)效排出而形成的(de)。事實上，引起氣孔(kǒng)缺陷的因素很多(duō)，主要表現在以下(xià)幾個方面：A、封裝材(cai)料方面，主要包括(kuo)EMC的膠化時間、黏度(du)、流動性、揮發物含(hán)量、水分含量、空氣(qì)含量、料餅密度、料(liao)餅直徑與料簡直(zhi)徑不相匹配等;B、模(mo)具方面，與料🛀🏻筒的(de)形狀、型腔的形狀(zhuang)和排列、澆口和排(pái)氣口的形✍️狀與位(wèi)置等有關💔;C、封裝工(gōng)藝方面，主要與預(yù)熱溫度、模具溫度(du)、注塑速度、注塑壓(yā)力、注塑時間等有(you)關。

  在封裝成形的(de)過程中，頂端氣孔(kǒng)、澆口氣孔和内部(bù)🙇‍♀️氣孔産生的主要(yao)原因及其對策：

   (1)、頂(ding)端氣孔的形成主(zhu)要有兩種情況，一(yī)種是由于各✉️種因(yīn)素使✏️EMC黏🆚度急劇-上(shàng)升，緻使注塑壓力(li)無法有效㊙️傳遞到(dao)頂端，以至于頂端(duan)🏃‍♀️殘留的氣體無法(fǎ)排出而㊙️造成氣孔(kong)缺陷;一種是EMC的流(liú)動速度太慢，以至(zhi)于型腔沒有完🔞全(quán)充滿就開始發生(sheng)固化交聯反應，這(zhè)樣🈲也會形成氣孔(kǒng)缺陷。解決這種缺(quē)陷最有效的方法(fa)就是增加注塑速(sù)度，适當調整預熱(re)溫度也會有些改(gǎi)善。

   (2)、澆口氣孔産生(shēng)的主要原因是EMC在(zai)模具中的流動速(su)度太快，當型腔充(chōng)滿時，還有部分殘(cán)餘氣體未能及時(shí)排出，而此時排氣(qi)口已經被溢出料(liao)堵塞，最後殘留氣(qi)體💋在注塑壓力的(de)作用下，往往會⛷️被(bèi)壓縮而留在澆口(kou)附近。解決這種氣(qi)孔缺陷的有效方(fang)法就是減慢注塑(su)速度，适當降低👣預(yù)熱溫度，以使EMC在模(mó)具中的流動速度(dù)減💃🏻緩;同時爲了促(cu)進揮發性物質的(de)逸出，可以适當提(tí)高模具溫🌐度。

  (3)、内部(bu)氣孔的形成原因(yīn)主要是由于模具(ju)表面的溫度過高(gao)，使型腔表面的EMC過(guo)快或者過早發生(shēng)固化反應，加上較(jiao)快的注塑✉️速度使(shi)得排氣口部位充(chōng)滿，以至于内部的(de)部分氣體無法克(kè)服表面的固化層(céng)而留在内部形成(cheng)氣孔🎯。這種氣孔♈缺(quē)陷一般🈲多發生在(zài)大體積電路🤩封裝(zhuāng)中，而且多出現在(zai)澆口端和中間❗位(wèi)置。要有效的降低(dī)這種氣孔的發生(sheng)率，首先要适當降(jiang)低模具溫度🏃‍♀️，其次(cì)可以考慮适⭐當提(ti)高注塑壓力，但是(shi)過分增加壓🤞力會(hui)引起沖絲、溢料等(děng)其他缺✊陷，比較合(he)适的壓力範圍是(shi)8～10Mpa。

  3、封裝成形麻點及(jí)其對策

在封裝成(chéng)形後，封裝體的表(biǎo)面有時會出現大(dà)量微細小孔，而☁️且(qie)位置都比較集中(zhong)，看蔔去是一片麻(má)點。這些缺陷往往(wǎng)會伴随其😄他缺陷(xian)同時出現，比如未(wèi)✌️充填、開裂等。這種(zhong)缺陷産生的原因(yin)主❤️要是料餅在預(yù)熱的過🐪程中受熱(rè)不均勻，各部位的(de)溫差較大，注🔆入模(mo)腔後引起固化反(fan)應不一緻，以至于(yu)形成麻點💁缺陷。引(yin)起料餅受熱不均(jun1)勻的因素也比較(jiào)多，但是主要有以(yi)下三種情況：

   (1)、料餅(bing)破損缺角。對于一(yi)般破損缺角的料(liao)餅，其缺損的♍長度(dù)小于料餅高度的(de)1/3，并且在預熱機輥(gǔn)子上轉👨‍❤️‍👨動平穩，方(fāng)可使用，而且爲了(le)防止預熱時傾倒(dǎo)，可以将破損的料(liao)餅夾在中間。在投(tóu)入料筒時，最好将(jiāng)破損的料餅置于(yu)底部或頂部，這樣(yàng)可以改善料餅之(zhī)間的溫差。對于破(pò)損嚴重的料餅，隻(zhi)能放棄不用。

   (2)、料餅(bing)預熱時放置不當(dang)。在預熱結束取出(chu)料餅時，往往會發(fa)現料餅的兩端比(bǐ)較軟，而中間的比(bi)較硬，溫差較大。一(yi)🔞般預熱溫度設置(zhì)在84-88℃時，溫差在8～10℃左右(you)，這樣封裝成形時(shi)最容易出✌️現麻點(dian)缺陷。要解決因溫(wen)差較大而引起的(de)麻點缺陷，可以在(zai)預熱時将各料餅(bing)之間留有一定的(de)空隙來放置，使各(ge)料餅都能充分均(jun1)勻受熱。經驗表明(ming)，在投料時✔️先投中(zhong)間料餅後投兩端(duan)料餅，也會改🐕善這(zhè)種因溫差較大而(ér)帶來的缺陷。

   (3)、預熱(re)機加熱闆高度不(bú)合理，也會引起受(shòu)熱不均勻，從而導(dǎo)😘緻麻點的産生。這(zhe)種情況多發生在(zai)同一預熱機上使(shǐ)用不同大小的料(liao)餅時，而沒有調整(zhěng)加熱闆的高度，使(shi)得加熱闆與料餅(bǐng)距離忽遠忽近，以(yi)至于料餅受熱不(bu)均。經驗證明，它們(men)之間比較合理的(de)距離是3-5mm，過近🔆或者(zhě)過遠均不合适。

   4、封(fēng)裝成形沖絲及其(qi)對策

   在封裝成形(xing)時，EMC呈現熔融狀态(tai)，由于具有一定的(de)熔融黏度和流動(dong)速度，所以自然具(jù)有一定的沖力，這(zhè)種沖力作用在金(jin)絲上，很容易使金(jīn)絲發生偏移，嚴重(zhong)的會造成金絲沖(chong)斷。這種沖絲現象(xiàng)在塑封的過程中(zhōng)是很常見的，也是(shi)無法完全消除的(de)，但是如果選擇适(shì)當的⚽黏度和流速(su)還是可以控制在(zai)良品範圍之内的(de)。EMC的熔融黏度和流(liú)動速度對金絲的(de)沖力影響，可以通(tong)過建🌏立一個數學(xue)模型來解釋。可以(yi)假設熔融的EMC爲理(li)想流🏃‍♂️體，則沖力F=KηυSinQ，K爲(wei)常數，η爲EMC的熔融黏(nián)⛷️度，υ爲流動速度，Q爲(wei)流動方向與金絲(si)的夾角。從公式可(ke)以看出：η越大，υ越大(da)，F越大;Q越大，F也越大(dà);F越大，沖絲越嚴重(zhòng)。

   要改善沖絲缺陷(xian)的發生率，關鍵是(shì)如何選擇和控🚶制(zhi)EMC的❌熔🆚融黏度和流(liu)速。一般來說，EMC的熔(róng)融黏度是由高到(dao)低再到高💜的一☁️個(gè)變⛱️化過程，而且存(cún)在一個低黏度期(qī)，所以選擇一個合(he)理的注塑時間，使(shi)模腔中的EMC在低黏(nián)度期中流動，以減(jian)少沖力。選擇👌一個(ge)合适的流動速度(du)也是減小沖力的(de)有效辦法，影響流(liú)動🐪速度的因素很(hěn)多，可以從注塑速(sù)度、模具溫度、模具(jù)流道、澆口等因素(sù)來考慮。另外，長金(jin)絲的封裝産品比(bi)短金絲的封裝産(chan)🆚品更容易發生沖(chong)絲現象，所以芯片(piàn)的尺✌️寸與小島的(de)尺寸要☂️匹配，避免(mian)大島✊小芯片現象(xiàng)，以減小沖🏃🏻‍♂️絲程度(du)。)

  5、封裝成形開裂及(ji)其對策

  在封裝成(chéng)形的過程中，粘模(mó)、EMC吸濕、各材料的膨(péng)脹系數🙇🏻不匹配等(děng)都會造成開裂缺(quē)陷。

   對于粘模引起(qi)的開裂現象，主要(yào)是由于固化時間(jiān)🌈過🔞短🌈、EMC的🔅脫模❄️性能(neng)較差或者模具表(biǎo)面玷污等因素造(zao)成的。在成形工藝(yi)上，可🈲以采取延長(zhǎng)固化時間，使之充(chōng)分固化;在材料方(fang)🌏面，可以改善EMC的脫(tuō)模性能;在👄操作方(fāng)面，可以每模🔴前将(jiāng)模具表面清除幹(gan)淨，也可以将模具(ju)表面塗上适量✉️的(de)脫模劑。對于EMC吸濕(shi)引起的開裂現象(xiang)，在工藝上，要保證(zhèng)在保管和恢複常(cháng)溫的過程中，避免(mian)吸濕的發生;在材(cai)料上，可以選擇具(jù)有高Tg、低膨脹、低吸(xi)水🔴率、高黏結力的(de)EMC。對于各材料膨脹(zhang)系數不匹配引起(qǐ)的開裂現象，可以(yi)選擇與🥵芯片❗、框架(jia)等材料膨脹系數(shù)相匹配的

  6、封裝成(cheng)形溢料及其對策(ce)

   在封裝成形的過(guò)程中，溢料又是一(yī)個常見的缺陷形(xíng)式㊙️，而這☔種🈚缺陷本(běn)身對封裝産品的(de)性能沒有影🍉響，隻(zhi)🌈會影響後來的可(ke)焊性和外觀。溢料(liào)産生的原🔴因可以(yi)從兩個方面來考(kao)慮，一是材料方面(miàn)，樹脂黏度過低、填(tián)料粒度分布不合(he)理等都會引起溢(yi)料的發生，在黏度(du)的允許範圍内，可(ke)以選擇黏度較大(dà)的樹脂，并調整填(tián)料的粒度分布，提(tí)高填充量，這樣可(ke)💚以從EMC的自🐆身上提(ti)高其抗溢料性能(néng);二是封裝工藝方(fāng)面，注塑壓力過大(dà)⁉️，合模壓力過低，同(tóng)樣可以引起溢料(liao)的産生，可以通過(guo)适當降低注塑壓(yā)力和提高合模壓(yā)力，來改善這一缺(quē)陷。由于塑封模長(zhǎng)期使用後表面磨(mó)損或基座不平整(zheng)，緻使合模後的間(jiān)隙較大，也會造成(chéng)溢料，而生産中見(jiàn)到💛的嚴重溢料現(xian)象往往都是⁉️這種(zhǒng)原因引起的，可以(yǐ)盡量✍️減少磨損，調(diao)☎️整基座的平整度(dù)，來解決這種溢料(liào)缺陷。

   7、封裝成形粘(zhān)模及其對策

   封裝(zhuāng)成形粘模産生的(de)原因及其對策：A、固(gu)化時間太短，EMC未完(wan)全✨固化而造成的(de)粘模，可以适當延(yán)長固化時間👄，增加(jiā)💃合模時間使之充(chōng)分固化;B、EMC本身脫模(mo)性能較差而造成(cheng)的粘模隻㊙️能從材(cai)♋料方面💰來改善EMC的(de)脫模性能，或者封(feng)裝成形的過程⭐中(zhong)，适當的外加脫模(mo)劑;C、模具表面沾污(wu)也會引起粘模，可(ke)以通過清洗模👅具(jù)來解決;D、模具溫度(du)過低同樣會引起(qǐ)粘模現象，可💋以适(shì)當提✉️高模具溫度(du)來加以改善。   

  8.結語(yǔ)

    總之，塑封成形的(de)缺陷種類很多，在(zài)不同的封裝形式(shi)上🌈有不同的表現(xian)形式，發生的幾率(lü)和位置也有很大(dà)的差異，産生的原(yuán)因🈚也比較複雜，并(bing)且互相牽連，互相(xiang)影響，所以應該在(zai)分别研究的基礎(chu)上，綜合考慮，制定(dìng)出相應的行之有(yǒu)效的解決方法與(yu)對策。
 

   文章整理：昊(hao)瑞電子/