解读EMC封装成形常见缺陷及其对策[1]

　　0 前言

　　塑料封装以其独特的优势而成为当前微电子封装的主流，约占封装市场的95%以上。塑封产品的广泛应用，也为塑料封装带来了前所未有的发展，但是几乎所有的塑封产品成形缺陷问题总是普遍存在的，也无论是采用先进的传递模注封装，还是采用传统的单注塑模封装，都是无法完全避免的。相比较而言，传统塑封模成形缺陷几率较大，种类也较多，尺寸越大，发生的几率也越大。塑封产品的质量优劣主要由四个方面因素来决定：A、EMC的性能，主要包括胶化时间、黏度、流动性、脱模性、粘接性、耐湿性、耐热性、溢料性、应力、强度、模量等;B、模具，主要包括浇道、浇口、型腔、排气口设计与引线框架设计的匹配程度等;C、封装形式，不同的封装形式往往会出现不同的缺陷，所以优化封装形式的设计，会大大减少不良缺陷的发生;D、工艺参数，主要包括合模压力、注塑压力、注塑速度、预热温度、模具温度、固化时间等。

　　1 封装成形未充填及其对策

　　封装成形未充填现象主要有两种情况：一种是有趋向性的未充填，主要是由于封装工艺与EMC的性能参数不匹配造成的;一种是随机性的未充填，主要是由于模具清洗不当、EMC中不溶性杂质太大、模具进料口太小等原因，引起模具浇口堵塞而造成的。从封装形式上看，在DIP和QFP中比较容易出现未充填现象，而从外形上看，DIP未充填主要表现为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对策：

　　(1)由于模具温度过高，或者说封装工艺与EMC的性能参数不匹配而引起的有趋向性的未充填。预热后的EMC在高温下反应速度加快，致使EMC的胶化时间相对变短，流动性变差，在型腔还未完全充满时，EMC的黏度便会急剧上升，流动阻力也变大，以至于未能得到良好的充填，从而形成有趋向性的未充填。在VLSI封装中比较容易出现这种现象，因为这些大规模电路每模EMC的用量往往比较大，为使在短时间内达到均匀受热的效果，其设定的温度往往也比较高，所以容易产生这种未充填现象。) 对于这种有趋向性的未充填主要是由于EMC流动性不充分而引起的，可以采用提高EMC的预热温度，使其均匀受热;增加注塑压力和速度，使EMC的流速加快;降低模具温度，以减缓反应速度，相对延长EMC的胶化时间，从而达到充分填充的效果。

　　(2)由于模具浇口堵塞，致使EMC无法有效注入，以及由于模具清洗不当造成排气孔堵塞，也会引起未充填，而且这种未充填在模具中的位置也是毫无规律的。特别是在小型封装中，由于浇口、排气口相对较小，所以最容易引起堵塞而产生未充填现象。对于这种未充填，可以用工具清除堵塞物，并涂上少量的脱模剂，并且在每模封装后，都要用刷子将料筒和模具上的EMC固化料清除干净。

　　(3)虽然封装工艺与EMC的性能参数匹配良好，但是由于保管不当或者过期，致使EMC的流动性下降，黏度太大或者胶化时间太短，均会引起填充不良。其解决办法主要是选择具有合适的黏度和胶化时间的EMC，并按照EMC的储存和使用要求妥善保管。

　　(4)由于EMC用量不够而引起的未充填，这种情况一般出现在更换EMC、封装类型或者更换模具的时候，其解决办法也比较简单，只要选择与封装类型和模具相匹配的EMC用量，即可解决，但是用量不宜过多或者过少。

　　2 封装成形气孔及其对策

　　在封装成形的过程中，气孔是最常见的缺陷。根据气孔在塑封体上产生的部位可以分为内部气孔和外部气孔，而外部气孔又可以分为顶端气孔和浇口气孔。气孔不仅严重影响塑封体的外观，而且直接影响塑封器件的可靠性，尤其是内部气孔更应重视。常见的气孔主要是外部气孔，内部气孔无法直接看到，必须通过X射线仪才能观察到，而且较小的内部气孔Bp使通过x射线也看不清楚，这也为克服气孔缺陷带来很大困难。那么，要解决气孔缺陷问题，必须仔细研究各类气孔形成的过程。但是严格来说，气孔无法完全消除，只能多方面采取措施来改善，把气孔缺陷控制在良品范围之内。

　　从气孔的表面来看，形成的原因似乎很简单，只是型腔内有残余气体没有有效排出而形成的。事实上，引起气孔缺陷的因素很多，主要表现在以下几个方面：A、封装材料方面，主要包括EMC的胶化时间、黏度、流动性、挥发物含量、水分含量、空气含量、料饼密度、料饼直径与料简直径不相匹配等;B、模具方面，与料筒的形状、型腔的形状和排列、浇口和排气口的形状与位置等有关;C、封装工艺方面，主要与预热温度、模具温度、注塑速度、注塑压力、注塑时间等有关。

　　在封装成形的过程中，顶端气孔、浇口气孔和内部气孔产生的主要原因及其对策：

　　(1)顶端气孔的形成主要有两种情况，一种是由于各种因素使EMC黏度急据上升，致使注塑压力无法有效传递到顶端，以至于顶端残留的气体无法排出而造成气孔缺陷;一种是EMC的流动速度太慢，以至于型腔没有完全充满就开始发生固化交联反应，这样也会形成气孔缺陷。解决这种缺陷最有效的方法就是增加注塑速度，适当调整预热温度也会有些改善。

　　(2)浇口气孔产生的主要原因是EMC在模具中的流动速度太快，当型腔充满时，还有部分残余气体未能及时排出，而此时排气口已经被溢出料堵塞，最后残留气体在注塑压力的作用下，往往会被压缩而留在浇口附近。解决这种气孔缺陷的有效方法就是减慢注塑速度，适当降低预热温度，以使EMC在模具中的流动速度减缓;同时为了促进挥发性物质的逸出，可以适当提高模具温度。

　　(3)内部气孔的形成原因主要是由于模具表面的温度过高，使型腔表面的EMC过快或者过早发生固化反应，加上较快的注塑速度使得排气口部位充满，以至于内部的部分气体无法克服表面的固化层而留在内部形成气孔。这种气孔缺陷一般多发生在大体积电路封装中，而且多出现在浇口端和中间位置。要有效的降低这种气孔的发生率，首先要适当降低模具温度，其次可以考虑适当提高注塑压力，但是过分增加压力会引起冲丝、溢料等其他缺陷，比较合适的压力范围是8～10Mpa。