EMC封裝成形常(chang)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(liào)、粘模等🌍進行分析(xī)與研究，并提出行(hang)之有效的解決辦(bàn)法與對策。

    塑料封(feng)裝以其獨特的優(you)勢而成爲當前微(wēi)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(su)料封裝帶來了前(qián)所未有的發展，但(dan)是幾乎所有的塑(su)💋封産品🈲成形缺陷(xiàn)問題總是普遍存(cun)🌍在的，也無🏃🏻論是采(cǎi)用先進的傳遞模(mó)注封裝，還是采☔用(yong)傳統的單☁️注塑模(mó)封裝,都是無法完(wán)全避免的。相比較(jiao)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(neng)，主要包括膠化時(shí)間、黏度、流動性、脫(tuō)模性、粘接性、耐㊙️濕(shi)性、耐熱性、溢料性(xing)、應力、強度、模量等(deng);B、模具，主要包括澆(jiao)道、澆口、型腔、排氣(qì)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(wǎng)往會出現不同的(de)缺陷🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，所以優化封(feng)裝形式的🚶‍♀️設計👌，會(hui)大大減少不良缺(quē)陷的發生;D、工藝參(cān)數，主要包括合模(mó)壓力⛹🏻‍♀️、注塑壓力、注(zhù)塑速度、預熱溫度(du)、模具溫度、固化時(shí)間等🔅。

   下面主要對(duì)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(jiě)✔️決辦法與對策。

  1.封(fēng)裝成形未充填及(jí)其對策

  封裝成形(xíng)未充填現象主要(yao)有兩種情況：一種(zhǒng)是有趨向性的未(wèi)🔅充填，主要是由于(yu)封裝工藝與EMC的性(xing)能參數不匹配造(zào)🈚成的;一種是随機(ji)性的未充填，主要(yào)是由于模具清洗(xǐ)不當🧡、EMC中不溶性雜(zá)質太大、模具進料(liao)口太小等原因，引(yǐn)起模具澆口堵塞(sāi)而造成的。從✂️封裝(zhuang)形式上看，在DIP和QFP中(zhong)比較容易出現🤞未(wèi)充填現象，而從外(wài)形上看，DIP未充填主(zhǔ)要表現爲完全未(wèi)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(du)過高，或者說封裝(zhuāng)工藝與EMC的性能參(can)數不匹配☀️而引起(qǐ)的有趨向性的未(wèi)充填。預熱後的EMC在(zài)高溫下反應速度(dù)加快，緻使EMC的膠化(huà)時間相對變☀️短，流(liú)動性變差，在型腔(qiang)還未完全充滿時(shi)，EMC的黏度便♻️會急劇(ju)上升，流動阻力也(ye)變大🏃🏻‍♂️，以至于未能(néng)得到良好的充填(tian)，從☎️而形成有趨向(xiàng)性的未充填。在VLSI封(fēng)裝中比較容易出(chū)現這種現象，因爲(wèi)這些大規模電路(lù)每模EMC的用量往往(wang)比較大，爲使在短(duan)時間内達到均勻(yún)受熱的效果，其設(shè)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(yǒu)趨向性💁的未充填(tián)主要是由于EMC流動(dong)性不充分而引起(qǐ)的，可以采🌈用提高(gao)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(huǎn)反應速度，相對延(yán)長EMC的膠化時間，從(cóng)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(wú)法有效注入，以及(ji)由于模具清洗不(bú)🐕當造成排氣孔堵(du)塞，也會引起未充(chōng)填，而且這種🙇‍♀️未充(chong)填在模具中的位(wèi)置也是毫無規律(lǜ)的。特别是在小⁉️型(xing)封裝❌中，由于澆口(kǒu)、排💯氣口相對較小(xiǎo)，所以最✊容易引起(qi)堵塞而産生未充(chōng)填現象。對于這種(zhǒng)未充填，可以用工(gong)具清除堵塞物，并(bìng)塗上少量✉️的脫模(mó)劑，并且在每模封(fēng)裝後，都要用**和刷(shua)子将料筒和模具(jù)上的EMC固化料清除(chú)幹淨。

   (3)雖然封裝工(gong)藝與EMC的性能參數(shù)匹配良好，但是由(you)于🏃‍♀️保管不當⛱️或🌈者(zhe)過期，緻使EMC的流動(dòng)性下降，黏度太大(dà)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(you)合适的黏度和膠(jiao)化時間的EMC，并按照(zhao)EMC的儲存和使用要(yào)求妥善保管。

   (4)由于(yú)EMC用量不夠而引起(qǐ)的未充填，這種情(qing)況一般出現🌈在更(gèng)換EMC、封裝類型或者(zhe)更換模具的時候(hou)，其解決☀️辦法🤟也比(bǐ)較簡單，隻要選擇(ze)與封裝類型和模(mó)具相匹配的⭐EMC用量(liàng)，即👨‍❤️‍👨可解決，但是用(yong)🏃🏻‍♂️量不宜過多或者(zhě)過少。

  2、封裝成形氣(qi)孔及其對策

  在封(feng)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(qi)孔，而外部氣孔又(yòu)可以分爲頂端氣(qì)孔和澆口氣孔。氣(qi)孔不僅嚴重影響(xiǎng)塑封體的外觀，而(er)且直接影響塑封(fēng)器件的可靠性，尤(you)其是内部氣孔更(geng)✊應重視。常見的氣(qì)孔主要🚩是外部氣(qì)孔，内部氣孔無☀️法(fǎ)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(guo)x射線也看不清楚(chu)，這也爲克服⭐氣孔(kong)缺陷帶來很大困(kun)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(dàn)是嚴💁格來說，氣孔(kǒng)無法🈲完全消除，隻(zhī)能多方面采取措(cuo)施來改善，把氣孔(kǒng)缺陷控制在良品(pin)範圍之内。

   從氣孔(kǒng)的表面來看，形成(chéng)的原因似乎很簡(jiǎn)單，隻是型腔内有(yǒu)殘餘氣體沒有有(yǒu)效排出而形成的(de)。事實上，引㊙️起氣孔(kong)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(kuò)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(mó)具方面，與料筒的(de)形狀、型💞腔的形狀(zhuang)和排列、澆口和排(pai)氣口的形狀與位(wèi)置等有關;C、封裝工(gōng)💰藝方面，主⚽要與預(yu)熱溫度、模📧具溫度(du)、注塑速度、注塑壓(ya)力、注塑時間等有(you)關。

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

   (1)、頂(dǐng)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(lì)無法有效✉️傳遞到(dào)頂端，以至于頂端(duān)殘留的氣體無法(fǎ)排出而🐪造成氣孔(kǒng)缺陷;一種是EMC的流(liú)動速度太🌈慢，以至(zhì)于型腔沒有完💘全(quán)充滿就🌐開始發生(sheng)固化交聯反應，這(zhe)樣也會形成氣孔(kǒng)缺陷。解決這種缺(que)陷最有效的方法(fǎ)🐉就是增加注塑速(sù)度，适當調整💰預熱(rè)溫度也會🐕有些改(gǎi)善。

   (2)、澆口氣孔産生(sheng)的主要原因是EMC在(zài)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(liào)堵塞，最後殘留氣(qì)體在注塑壓力的(de)作用下♈，往往會被(bei)壓縮而留在澆口(kǒu)附近。解決這種氣(qi)孔缺陷的有效方(fāng)法就是減慢注塑(su)速‼️度，适當降低預(yù)熱溫度，以使EMC在模(mo)具中💞的流動速度(dù)減緩;同時爲了促(cù)🌍進揮發性物質的(de)逸出，可以适⛹🏻‍♀️當提(ti)高模具溫度。

  (3)、内部(bu)氣孔的形成原因(yin)主要是由于模具(ju)表面的溫🌈度過高(gāo)🔞，使型腔表面的EMC過(guò)快或者過早發生(sheng)固化反應，加上較(jiào)快的🔞注塑🤞速度使(shi)得排氣口部位充(chong)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(chéng)氣孔。這種氣孔缺(que)陷一般多發生在(zài)🚩大體積電路封裝(zhuang)中，而且多出現在(zài)澆口端和中間位(wèi)置。要有效的降低(dī)這種氣孔的發生(shēng)率，首先要适當降(jiàng)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(deng)其他缺陷，比較合(he)适的壓力範🔴圍是(shì)8～10Mpa。

  3、封裝成形麻點及(ji)其對策

在封裝成(chéng)形後，封裝體的表(biao)面有時會出現大(da)量微細小👉孔🤟，而🏃且(qiě)位置都比較集中(zhōng)，看蔔去是一片麻(má)點。這些缺陷往往(wang)會伴随其他缺陷(xian)同時出現，比如未(wei)充填、開裂等。這種(zhǒng)缺陷産生的原因(yīn)主✍️要是料餅在✉️預(yu)熱的過程中受熱(re)不均勻，各部位的(de)溫差較大，注入模(mó)腔後引起固化反(fǎn)應😘不一緻，以至于(yu)形成麻點缺陷。引(yǐn)起料🤞餅受熱不均(jun)勻的因素也比較(jiao)多，但是主要有以(yǐ)下三種情況：

   (1)、料餅(bing)破損缺角。對于一(yi)般破損缺角的料(liào)餅，其缺損的長度(du)☂️小于🌈料餅高度的(de)1/3，并且在預熱機輥(gun)子上轉動平穩，方(fang)🔞可使用，而且爲⚽了(le)防止預熱時傾倒(dao)，可以将破損的料(liào)餅夾在中間。在投(tóu)入料筒時，最好将(jiang)破損的料餅置于(yu)底部💋或頂部，這樣(yàng)可以改🏃🏻‍♂️善料餅之(zhi)間的溫差。對于破(pò)損嚴重的料餅，隻(zhī)能放棄不用。

   (2)、料餅(bǐng)預熱時放置不當(dang)。在預熱結束取出(chū)料餅時，往往會發(fā)現⛹🏻‍♀️料⚽餅的兩端比(bi)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(yòu)，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(bǐng)之間留有一定的(de)空隙來放置，使各(gè)料⚽餅都能充分均(jun1)勻受熱。經☎️驗表明(míng)，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(er)帶來的缺陷。

   (3)、預熱(rè)機加熱闆高度不(bu)合理，也會引起受(shòu)熱不均勻，從而🔴導(dǎo)㊙️緻麻點的産生。這(zhè)種情況多發生在(zài)同一預熱機上使(shi)用不同大小的料(liào)餅時，而沒有調整(zhěng)加熱📧闆的高度，使(shǐ)得加熱闆與料餅(bǐng)距離忽遠忽近，以(yǐ)至于料餅受熱不(bú)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(feng)裝成形沖絲及其(qí)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(dòng)速度，所以自然具(jù)有一定的沖力，這(zhè)種沖力作用在金(jīn)絲上，很容易使金(jin)絲發生偏移，嚴重(zhòng)的會造成金絲沖(chong)斷👣。這種沖♉絲現象(xiang)在塑封的過程中(zhong)是很常見的，也是(shì)無法完全消除的(de)，但是如果選擇适(shi)當的黏度和流速(su)還是可以控制在(zài)良品範圍之内的(de)。EMC的熔🔴融黏度和流(liu)動速度對金絲的(de)沖力影響，可以通(tōng)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(wèi)常數，η爲EMC的熔融黏(nián)度，υ爲流動💜速度，Q爲(wèi)流動方向與金絲(sī)的夾角。從公式可(ke)以看出：η越大，υ越♈大(dà)，F越大㊙️;Q越大，F也越大(dà);F越大，沖絲越嚴重(zhong)。

   要改善沖絲缺陷(xian)的發生率，關鍵是(shi)如何選擇和控🐕制(zhì)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(dào)低再到高的一個(ge)變化過程，而且存(cún)在一個低👨‍❤️‍👨黏度期(qi)，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(hen)多，可以從注塑速(su)度、模具溫度、模具(ju)流道、澆口等因素(su)🌈來考慮。另外，長金(jin)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻絲的封裝産品比(bi)短金絲的封裝産(chǎn)☀️品更容易發生沖(chòng)絲現象，所以🚶‍♀️芯片(piàn)的尺寸與小島的(de)🤩尺寸要匹配，避免(miǎn)大島小芯片現象(xiang)，以減小沖🏃‍♀️絲程度(du)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。)

  5、封裝成形開裂及(ji)其對策

  在封裝成(cheng)形的過程中，粘模(mo)、EMC吸濕、各材料的膨(peng)脹系數不🚩匹🔞配🐪等(děng)都會造成開裂缺(que)陷。

   對于粘模引起(qǐ)的開裂現象，主要(yào)是由于固化時間(jian)過短、EMC的脫模性能(néng)較差或者模具表(biǎo)面玷污等因素造(zào)成的。在成形工藝(yì)上，可以采取延長(zhang)固化時間，使之充(chōng)分固化;在材料方(fang)面，可以改善EMC的脫(tuo)模性能;在操作方(fāng)面，可以每模前将(jiāng)模具表面清除幹(gàn)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(cái)料上，可以選擇具(ju)有高Tg、低膨脹、低吸(xī)水率、高黏結力的(de)EMC。對于各材料膨脹(zhàng)系數不匹配引起(qi)的🈚開裂現象，可以(yǐ)選擇與芯片、框架(jia)等材料膨脹系數(shù)相匹配的

  6、封裝成(chéng)形溢料及其對策(ce)

   在封裝成形的過(guo)程中，溢料又是一(yi)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(zhī)會影響後來的可(kě)焊⚽性和外觀。溢料(liao)産生的原因可以(yǐ)從兩個方面來考(kao)慮，一是材料方面(mian)，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(kě)以選擇黏度較大(dà)的㊙️樹脂，并調整填(tian)料的粒度分布，提(ti)高填充量，這樣可(ke)以從EMC的自身上提(tí)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(liào)的産生，可以通過(guò)适當降低注塑壓(yā)力和提高合模壓(ya)力，來改善㊙️這一缺(que)陷。由于塑封模長(zhang)期使用後表面磨(mo)損或基座不平整(zhěng)，緻使合模後的間(jiān)隙較大，也會造成(chéng)溢料，而生産中見(jian)到的嚴重溢料現(xiàn)象往往都是這種(zhong)原因引起的，可以(yi)☂️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(zhan)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(wán)🔆全固化而造成的(de)粘模，可以适當延(yán)長固化時間，增加(jia)合模時間使之充(chong)分固化;B、EMC本身脫模(mó)性能較差而造成(chéng)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(wū)也會引起粘模，可(kě)以通過清洗模具(jù)來解決;D、模具溫度(du)過低同樣會引起(qi)粘模現象，可以适(shi)當提高模具溫度(dù)來加以改善👅。   

  8.結語(yu)

    總之，塑封成形的(de)缺陷種類很多，在(zài)不同的封裝形式(shì)上有不同的表現(xian)形式，發生的幾率(lü)和位置也有很大(da)的差異，産生的原(yuan)因也比較複雜，并(bing)且互相牽連，互相(xiàng)影響，所以應該在(zài)分别研究的基礎(chu)上，綜合☁️考慮，制定(ding)出相應的行之有(yǒu)效的解決方法與(yǔ)對策🔴。
 

   文章整理：昊(hao)瑞電子/