塑料封裝以其獨特的優(yōu)勢而成為當前微電子封裝的主流，約占封裝市場(chǎng)的95%以上。塑封產(chǎn)品的廣泛應用，也為塑料封裝帶來(lái)了前所未有的發(fā)展，但是幾乎所有的塑封產(chǎn)品成形缺陷問(wèn)題總是普遍存在的，也無(wú)論是采用先進(jìn)的傳遞模注封裝，還是采用傳統的單注塑模封裝，都是無(wú)法完全避免的。相比較而言，傳統塑封模成形缺陷幾率較大，種類(lèi)也較多，尺寸越大，發(fā)生的幾率也越大。
塑封產(chǎn)品的質(zhì)量?jì)?yōu)劣主要由四個(gè)方面因素來(lái)決定：A、EMC的性能，主要包括膠化時(shí)間、黏度、流動(dòng)性、脫模性、粘接性、耐濕性、耐熱性、溢料性、應力、強度、模量等；B、模具，主要包括澆道、澆口、型腔、排氣口設計與引線(xiàn)框架設計的匹配程度等；C、封裝形式，不同的封裝形式往往會(huì )出現不同的缺陷，所以?xún)?yōu)化封裝形式的設計，會(huì )大大減少不良缺陷的發(fā)生；D、工藝參數，主要包括合模壓力、注塑壓力、注塑速度、預熱溫度、模具溫度、固化時(shí)間等。
下面主要對在塑封成形中常見(jiàn)的缺陷問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析研究，并提出相應有效可行的解決辦法與對策。
1.封裝成形未充填及其對策
封裝成形未充填現象主要有兩種情況：一種是有趨向性的未充填，主要是由于封裝工藝與EMC的性能參數不匹配造成的；一種是隨機性的未充填，主要是由于模具清洗不當、EMC中不溶性雜質(zhì)太大、模具進(jìn)料口太小等原因，引起模具澆口堵塞而造成的。從封裝形式上看，在DIP和QFP中比較容易出現未充填現象，而從外形上看，DIP未充填主要表現為完全未充填和部分未充填，QFP主要存在角部未充填。 未充填的主要原因及其對策：
(1)由于模具溫度過(guò)高，或者說(shuō)封裝工藝與EMC的性能參數不匹配而引起的有趨向性的未充填。預熱后的EMC在高溫下反應速度加快，致使EMC的膠化時(shí)間相對變短，流動(dòng)性變差，在型腔還未完全充滿(mǎn)時(shí)，EMC的黏度便會(huì )急劇上升，流動(dòng)阻力也變大，以至于未能得到良好的充填，從而形成有趨向性的未充填。在VLSI封裝中比較容易出現這種現象，因為這些大規模電路每模EMC的用量往往比較大，為使在短時(shí)間內達到均勻受熱的效果，其設定的溫度往往也比較高，所以容易產(chǎn)生這種未充填現象。) 對于這種有趨向性的未充填主要是由于EMC流動(dòng)性不充分而引起的，可以采用提高EMC的預熱溫度，使其均勻受熱；增加注塑壓力和速度，使EMC的流速加快；降低模具溫度，以減緩反應速度，相對延長(cháng)EMC的膠化時(shí)間，從而達到充分填充的效果。
(2)由于模具澆口堵塞，致使EMC無(wú)法有效注入，以及由于模具清洗不當造成排氣孔堵塞，也會(huì )引起未充填，而且這種未充填在模具中的位置也是毫無(wú)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(chǎn)生未充填現象。對于這種未充填，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，都要用刷子將料筒和模具上的EMC固化料清除干凈。
(3)雖然封裝工藝與EMC的性能參數匹配良好，但是由于保管不當或者過(guò)期，致使EMC的流動(dòng)性下降，黏度太大或者膠化時(shí)間太短，均會(huì )引起填充不良。其解決辦法主要是選擇具有合適的黏度和膠化時(shí)間的EMC，并按照EMC的儲存和使用要求妥善保管。
(4)由于EMC用量不夠而引起的未充填，這種情況一般出現在更換EMC、封裝類(lèi)型或者更換模具的時(shí)候，其解決辦法也比較簡(jiǎn)單，只要選擇與封裝類(lèi)型和模具相匹配的EMC用量，即可解決，但是用量不宜過(guò)多或者過(guò)少。
2、封裝成形氣孔及其對策
在封裝成形的過(guò)程中，氣孔是最常見(jiàn)的缺陷。根據氣孔在塑封體上產(chǎn)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(guān)，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。常見(jiàn)的氣孔主要是外部氣孔，內部氣孔無(wú)法直接看到，必須通過(guò)X射線(xiàn)儀才能觀(guān)察到，而且較小的內部氣孔Bp使通過(guò)x射線(xiàn)也看不清楚，這也為克服氣孔缺陷帶來(lái)很大困難。那么，要解決氣孔缺陷問(wèn)題，必須仔細研究各類(lèi)氣孔形成的過(guò)程。但是嚴格來(lái)說(shuō)，氣孔無(wú)法完全消除，只能多方面采取措施來(lái)改善，把氣孔缺陷控制在良品范圍之內。
從氣孔的表面來(lái)看，形成的原因似乎很簡(jiǎn)單，只是型腔內有殘余氣體沒(méi)有有效排出而形成的。事實(shí)上，引起氣孔缺陷的因素很多，主要表現在以下幾個(gè)方面：A、封裝材料方面，主要包括EMC的膠化時(shí)間、黏度、流動(dòng)性、揮發(fā)物含量、水分含量、空氣含量、料餅密度、料餅直徑與料簡(jiǎn)直徑不相匹配等；B、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(guān)；C、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(shí)間等有關(guān)。
在封裝成形的過(guò)程中，頂端氣孔、澆口氣孔和內部氣孔產(chǎn)生的主要原因及其對策：
(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EMC黏度急劇-上升，致使注塑壓力無(wú)法有效傳遞到頂端，以至于頂端殘留的氣體無(wú)法排出而造成氣孔缺陷；一種是EMC的流動(dòng)速度太慢，以至于型腔沒(méi)有完全充滿(mǎn)就開(kāi)始發(fā)生固化交聯(lián)反應，這樣也會(huì )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(huì )有些改善。
(2)、澆口氣孔產(chǎn)生的主要原因是EMC在模具中的流動(dòng)速度太快，當型腔充滿(mǎn)時(shí)，還有部分殘余氣體未能及時(shí)排出，而此時(shí)排氣口已經(jīng)被溢出料堵塞，最后殘留氣體在注塑壓力的作用下，往往會(huì )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EMC在模具中的流動(dòng)速度減緩；同時(shí)為了促進(jìn)揮發(fā)性物質(zhì)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(guò)高，使型腔表面的EMC過(guò)快或者過(guò)早發(fā)生固化反應，加上較快的注塑速度使得排氣口部位充滿(mǎn)，以至于內部的部分氣體無(wú)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(fā)生在大體積電路封裝中，而且多出現在澆口端和中間位置。要有效的降低這種氣孔的發(fā)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(guò)分增加壓力會(huì )引起沖絲、溢料等其他缺陷，比較合適的壓力范圍是8～10Mpa。
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3、封裝成形麻點(diǎn)及其對策
在封裝成形后，封裝體的表面有時(shí)會(huì )出現大量微細小孔，而且位置都比較集中，看卜去是一片麻點(diǎn)。這些缺陷往往會(huì )伴隨其他缺陷同時(shí)出現，比如未充填、開(kāi)裂等。這種缺陷產(chǎn)生的原因主要是料餅在預熱的過(guò)程中受熱不均勻，各部位的溫差較大，注入模腔后引起固化反應不一致，以至于形成麻點(diǎn)缺陷。引起料餅受熱不均勻的因素也比較多，但是主要有以下三種情況：
(1)、料餅破損缺角。對于一般破損缺角的料餅，其缺損的長(cháng)度小于料餅高度的1/3，并且在預熱機輥子上轉動(dòng)平穩，方可使用，而且為了防止預熱時(shí)傾倒，可以將破損的料餅夾在中間。在投入料筒時(shí)，最好將破損的料餅置于底部或頂部，這樣可以改善料餅之間的溫差。對于破損嚴重的料餅，只能放棄不用。
(2)、料餅預熱時(shí)放置不當。在預熱結束取出料餅時(shí)，往往會(huì )發(fā)現料餅的兩端比較軟，而中間的比較硬，溫差較大。一般預熱溫度設置在84-88℃時(shí)，溫差在8～10℃左右，這樣封裝成形時(shí)最容易出現麻點(diǎn)缺陷。要解決因溫差較大而引起的麻點(diǎn)缺陷，可以在預熱時(shí)將各料餅之間留有一定的空隙來(lái)放置，使各料餅都能充分均勻受熱。經(jīng)驗表明，在投料時(shí)先投中間料餅后投兩端料餅，也會(huì )改善這種因溫差較大而帶來(lái)的缺陷。
(3)、預熱機加熱板高度不合理，也會(huì )引起受熱不均勻，從而導致麻點(diǎn)的產(chǎn)生。這種情況多發(fā)生在同一預熱機上使用不同大小的料餅時(shí)，而沒(méi)有調整加熱板的高度，使得加熱板與料餅距離忽遠忽近，以至于料餅受熱不均。經(jīng)驗證明，它們之間比較合理的距離是3-5mm，過(guò)近或者過(guò)遠均不合適。
4、封裝成形沖絲及其對策
在封裝成形時(shí)，EMC呈現熔融狀態(tài)，由于具有一定的熔融黏度和流動(dòng)速度，所以自然具有一定的沖力，這種沖力作用在金絲上，很容易使金絲發(fā)生偏移，嚴重的會(huì )造成金絲沖斷。這種沖絲現象在塑封的過(guò)程中是很常見(jiàn)的，也是無(wú)法完全消除的，但是如果選擇適當的黏度和流速還是可以控制在良品范圍之內的。EMC的熔融黏度和流動(dòng)速度對金絲的沖力影響，可以通過(guò)建立一個(gè)數學(xué)模型來(lái)解釋?？梢约僭O熔融的EMC為理想流體，則沖力F=KηυSinQ，K為常數，η為EMC的熔融黏度，υ為流動(dòng)速度，Q為流動(dòng)方向與金絲的夾角。從公式可以看出：η越大，υ越大，F越大；Q越大，F也越大；F越大，沖絲越嚴重。
要改善沖絲缺陷的發(fā)生率，關(guān)鍵是如何選擇和控制EMC的熔融黏度和流速。一般來(lái)說(shuō)，EMC的熔融黏度是由高到低再到高的一個(gè)變化過(guò)程，而且存在一個(gè)低黏度期，所以選擇一個(gè)合理的注塑時(shí)間，使模腔中的EMC在低黏度期中流動(dòng)，以減少沖力。選擇一個(gè)合適的流動(dòng)速度也是減小沖力的有效辦法，影響流動(dòng)速度的因素很多，可以從注塑速度、模具溫度、模具流道、澆口等因素來(lái)考慮。另外，長(cháng)金絲的封裝產(chǎn)品比短金絲的封裝產(chǎn)品更容易發(fā)生沖絲現象，所以芯片的尺寸與小島的尺寸要匹配，避免大島小芯片現象，以減小沖絲程度。
5、封裝成形開(kāi)裂及其對策
在封裝成形的過(guò)程中，粘模、EMC吸濕、各材料的膨脹系數不匹配等都會(huì )造成開(kāi)裂缺陷。
對于粘模引起的開(kāi)裂現象，主要是由于固化時(shí)間過(guò)短、EMC的脫模性能較差或者模具表面玷污等因素造成的。在成形工藝上，可以采取延長(cháng)固化時(shí)間，使之充分固化；在材料方面，可以改善EMC的脫模性能；在操作方面，可以每模前將模具表面清除干凈，也可以將模具表面涂上適量的脫模劑。對于EMC吸濕引起的開(kāi)裂現象，在工藝上，要保證在保管和恢復常溫的過(guò)程中，避免吸濕的發(fā)生；在材料上，可以選擇具有高Tg、低膨脹、低吸水率、高黏結力的EMC。對于各材料膨脹系數不匹配引起的開(kāi)裂現象，可以選擇與芯片、框架等材料膨脹系數相匹配的
6、封裝成形溢料及其對策
在封裝成形的過(guò)程中，溢料又是一個(gè)常見(jiàn)的缺陷形式，而這種缺陷本身對封裝產(chǎn)品的性能沒(méi)有影響，只會(huì )影響后來(lái)的可焊性和外觀(guān)。溢料產(chǎn)生的原因可以從兩個(gè)方面來(lái)考慮，一是材料方面，樹(shù)脂黏度過(guò)低、填料粒度分布不合理等都會(huì )引起溢料的發(fā)生，在黏度的允許范圍內，可以選擇黏度較大的樹(shù)脂，并調整填料的粒度分布，提高填充量，這樣可以從EMC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(guò)大，合模壓力過(guò)低，同樣可以引起溢料的產(chǎn)生，可以通過(guò)適當降低注塑壓力和提高合模壓力，來(lái)改善這一缺陷。由于塑封模長(cháng)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(huì )造成溢料，而生產(chǎn)中見(jiàn)到的嚴重溢料現象往往都是這種原因引起的，可以盡量減少磨損，調整基座的平整度，來(lái)解決這種溢料缺陷。
7、封裝成形粘模及其對策
封裝成形粘模產(chǎn)生的原因及其對策：A、固化時(shí)間太短，EMC未完全固化而造成的粘模，可以適當延長(cháng)固化時(shí)間，增加合模時(shí)間使之充分固化；B、EMC本身脫模性能較差而造成的粘模只能從材料方面來(lái)改善EMC的脫模性能，或者封裝成形的過(guò)程中，適當的外加脫模劑；C、模具表面沾污也會(huì )引起粘模，可以通過(guò)清洗模具來(lái)解決；D、模具溫度過(guò)低同樣會(huì )引起粘?，F象，可以適當提高模具溫度來(lái)加以改善。
8.結語(yǔ)
總之，塑封成形的缺陷種類(lèi)很多，在不同的封裝形式上有不同的表現形式，發(fā)生的幾率和位置也有很大的差異，產(chǎn)生的原因也比較復雜，并且互相牽連，互相影響，所以應該在分別研究的基礎上，綜合考慮，制定出相應的行之有效的解決方法與對策。
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