EMC封裝成形常(cháng)見缺陷及其對策(cè)

  摘要：本文(wén)主要通過對EMC封裝(zhuāng)成形的過程中常(chang)出現的問題(缺陷(xiàn))一未填充、氣孔、麻(ma)點、沖絲、開裂、溢料(liào)、粘模等🐆進行分析(xi)與研究，并🐆提出行(hang)之有效的解決辦(bàn)法與對策。

    塑料封(fēng)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(dàn)是幾乎所有的塑(sù)🔴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(mo)注封💘裝，還是采用(yòng)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(mo)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(tuō)模性、粘接性、耐濕(shī)性、耐熱性、溢料性(xìng)、應力、強度、模量等(deng);B、模具，主要包括澆(jiāo)💞道、澆口、型腔、排氣(qì)口設計與引線框(kuàng)架設計的匹配🏃程(chéng)度等;C、封裝形式，不(bu)同的封裝🚩形式往(wang)往會出現不同的(de)缺陷🐇，所以優化封(feng)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(zhu)塑速度、預熱溫度(dù)、模具溫度、固化時(shí)間等。

   下面主要對(dui)在塑封成形中常(cháng)見的缺陷問題産(chan)生的原因進行分(fen)析研究，并提出相(xiang)應有效可行的解(jie)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(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(zá)質太大、模具進🈲料(liao)口太小等原因，引(yin)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(wai)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(zhuang)工藝與EMC的性能參(can)數不匹配而👣引起(qǐ)的有趨向性的未(wei)充填。預熱後的EMC在(zai)高🍉溫下反應速度(dù)加快，緻使EMC的膠化(hua)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(ye)變大，以至于未能(néng)得到良🙇🏻好的充填(tián)，從而形成有趨向(xiang)性的未充填。在VLSI封(feng)裝中比較容易出(chu)現這種現象，因爲(wei)這些大規模電路(lù)每模EMC的用量往往(wǎng)比較大，爲使在短(duǎn)時間内達到均勻(yun)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(tian)主要是由于EMC流動(dòng)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(zhu)塑壓力和速度，使(shi)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(chong)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(jí)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(lǜ)的。特别是在小型(xíng)封裝中，由于💞澆口(kou)、排氣口相對較小(xiǎo)，所以最容易引起(qi)堵塞而産生未充(chong)填現象。對于這種(zhong)未充填，可以用工(gōng)具清除堵塞物，并(bing)塗上少量🈚的脫模(mo)劑，并且在每模封(feng)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(shu)匹配良好，但是由(yóu)于保管不當或者(zhe)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(chōng)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(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(qǐ)的未充填，這種情(qíng)況一般出現在更(gèng)換EMC、封裝類型或者(zhě)更換模具的時候(hou)，其解決辦法也比(bi)較簡單，隻要選擇(zé)與封裝類型和模(mó)具相🧡匹配的EMC用量(liang)，即可解決，但是用(yòng)☁️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(zai)✔️塑封♌體上産生的(de)部位可以分爲内(nèi)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(qì)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(gèng)💰應重視。常見的氣(qi)孔主要是外部氣(qì)孔，内部氣孔無法(fǎ)直接看到，必須通(tong)過X射線儀才能觀(guān)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(kun)難。那麽，要解決氣(qì)孔缺陷問題，必須(xū)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(zhi)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(kong)的表面來看，形成(chéng)的原因似乎很簡(jian)單，隻是型腔内有(you)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(xia)幾個方面：A、封裝材(cái)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(liào)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(pai)氣口的形狀與位(wei)置等有關;C、封裝工(gong)藝方面，主要與預(yù)熱溫度、模具溫度(du)、注塑速度、注塑壓(ya)力、注塑時間等有(yǒu)關。

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

   (1)、頂(dǐng)端氣孔的形成主(zhǔ)要有兩種情況，一(yī)種是由于各種🐪因(yin)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(shēng)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(gai)善。

   (2)、澆口氣孔産生(shēng)的主要原因是EMC在(zài)模具中的流動速(su)度太快，當型腔充(chong)滿時，還有部分殘(can)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(bei)壓縮而留在澆口(kǒu)附近。解決這種氣(qì)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(du)減🛀緩;同時爲了促(cù)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(jù)表面的溫度☂️過高(gao)，使型腔表面的EMC過(guo)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(chōng)滿，以至于内📞部的(de)部分氣體⭕無法克(kè)服表面的固化層(ceng)而留在内部形成(chéng)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(zài)澆口端和中間♍位(wei)置。要有效的降低(di)這種氣孔🈲的發生(sheng)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(huì)引起沖絲、溢料等(děng)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(jí)其對策

在封裝成(cheng)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(wei)充填、開裂等。這🔴種(zhǒng)缺陷産生的原因(yin)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(fan)應不一緻，以至于(yu)形成麻點✉️缺陷。引(yǐn)起料餅受熱不均(jun1)勻的⚽因素也比較(jiào)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(liao)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(fāng)可使用，而且爲📱了(le)防止預熱時傾倒(dǎo)，可以将破損的料(liào)餅夾在中間。在投(tóu)入料筒🌐時，最好将(jiāng)破💁損的料餅置于(yú)底部🌍或頂部，這樣(yang)可以改善料餅之(zhī)間的溫差。對于破(po)損嚴重的料餅，隻(zhī)能放棄不用。

   (2)、料餅(bing)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(bǐ)較軟，而中間的比(bǐ)較硬，溫差較大。一(yī)般預🤟熱溫度設置(zhi)在84-88℃時，溫差在8～10℃左右(you)，這樣封裝成形時(shí)最容易出現麻點(dian)缺陷。要解決因溫(wēn)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(gè)料餅都能充分♍均(jun)勻受熱。經☀️驗表明(míng)，在投料時先投中(zhong)間料餅💃🏻後投兩端(duān)料餅，也會改善這(zhe)種🔴因溫差較大而(er)帶來的缺陷。

   (3)、預熱(re)機加熱闆高度不(bú)合理，也會引起受(shou)熱不均勻☁️，從而導(dǎo)緻麻🔆點的産生。這(zhe)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(shi)得🏃🏻‍♂️加熱闆與料餅(bǐng)💋距離忽遠忽近，以(yi)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(zhe)過遠均📐不合适。

   4、封(fēng)裝成形沖絲及其(qí)對策

   在封裝成形(xíng)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(zhòng)的會造成金絲沖(chòng)斷。這種沖絲現象(xiàng)在塑封的過程中(zhōng)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(liú)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(yǐ)假設✔️熔融的EMC爲理(lǐ)想流體，則沖力F=KηυSinQ，K爲(wèi)常數，η爲EMC的熔融黏(nian)度，υ爲流動速度，Q爲(wèi)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(liú)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(qī)💋，所以選💯擇一個合(he)理的注塑時💘間，使(shǐ)模腔中的EMC在低黏(nián)度期中流動，以減(jiǎn)少❓沖力。選擇一個(ge)合适的流動速度(dù)💁也是減小沖力的(de)有效辦法，影響流(liu)動速度的因素很(hen)多，可以從注塑速(su)度、模具溫度、模具(jù)流道、澆口等因素(su)來考慮。另外，長金(jīn)🥰絲的封裝産品比(bǐ)短金絲的封裝産(chǎn)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(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(jí)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(que)陷。

   對于粘模引起(qi)的開裂現象，主要(yao)是由于固化時間(jiān)過短、EMC的🈲脫模性能(néng)較差或者模具表(biǎo)面玷污等因素造(zao)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(tuō)模性能;在♍操作方(fang)面🔱，可以每模前将(jiang)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(shī)引起的開裂現象(xiàng)⭕，在工藝上，要保證(zhèng)在保管和恢複💔常(cháng)溫💋的過程中，避免(miǎn)吸🔱濕的發生;在材(cai)料上，可以選擇具(jù)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(jià)等材料膨脹♌系數(shù)相匹配的

  6、封裝成(cheng)形溢料及其對策(cè)

   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(ke)焊性和外觀。溢料(liao)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(yì)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(ti)高填充量，這樣可(kě)以從EMC的自👣身上提(tí)⛹🏻‍♀️高其抗溢料性能(neng);二是封裝工藝方(fāng)♋面，注塑壓力過大(da)，合模壓力過低，同(tóng)樣可以引起溢料(liao)的産生，可以通過(guò)适當降低注塑壓(ya)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(zheng)🤩，緻使合模後的間(jian)隙較💁大，也會造成(cheng)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(diào)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(zhuang)成形粘模産生的(de)原因及其對策：A、固(gù)化時間太短，EMC未完(wán)全固㊙️化而造成的(de)粘模，可以适當延(yan)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(cái)料方面✌️來改善EMC的(de)脫模性能，或者封(feng)裝成形的過程中(zhōng)，适當的外加脫模(mó)✨劑;C、模具表面沾污(wu)也會引👨‍❤️‍👨起粘模，可(ke)以通過清洗模🔞具(ju)來解決;D、模⚽具溫度(dù)過低同樣會引起(qǐ)粘模現象，可以适(shi)當提高模具溫度(dù)來加以改善。   

  8.結語(yǔ)

    總之，塑封成形的(de)缺陷種類很多，在(zai)不同的封裝形式(shì)上有不🚶‍♀️同的表現(xian)形式，發生的幾率(lǜ)和位置也有👨‍❤️‍👨很大(da)✂️的差異，産生的原(yuán)因也比較複雜，并(bìng)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(dìng)出相應的行之有(you)效的解決方法與(yu)對策。
 

   文章整理：昊(hào)瑞電子/