EMC封装成形过程中的常见问题分析研究

本文主要通过对 EMC 封装成形的过程中常出现的问题（缺陷）一未填充、气孔、麻点、冲丝、开裂、溢料、粘模等进行分析与研究，并提出行之有效的解决办法与对策。

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。

下面主要对在塑封成形中常见的缺陷问题产生的原因进行分析研究，并提出相应有效可行的解决办法与对策。

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＊＊和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 黏度急剧－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。

3、封装成形麻点及其对策

在封装成形后，封装体的表面有时会出现大量微细小孔，而且位置都比较集中，看上去是一片麻点。这些缺陷往往会伴随其他缺陷同时出现，比如未充填、开裂等。这种缺陷产生的原因主要是料饼在预热的过程中受热不均匀，各部位的温差较大，注入模腔后引起固化反应不一致，以至于形成麻点缺陷。引起料饼受热不均匀的因素也比较多，但是主要有以下三种情况：

（1）、料饼破损缺角。对于一般破损缺角的料饼，其缺损的长度小于料饼高度的 1／3，并且在预热机辊子上转动平稳，方可使用，而且为了防止预热时倾倒，可以将破损的料饼夹在中间。在投入料筒时，最好将破损的料饼置于底部或顶部，这样可以改善料饼之间的温差。对于破损严重的料饼，只能放弃不用。

（2）、料饼预热时放置不当。在预热结束取出料饼时，往往会发现料饼的两端比较软，而中间的比较硬，温差较大。一般预热温度设置在 84－88℃时，温差在 8～10℃左右，这样封装成形时最容易出现麻点缺陷。要解决因温差较大而引起的麻点缺陷，可以在预热时将各料饼之间留有一定的空隙来放置，使各料饼都能充分均匀受热。经验表明，在投料时先投中间料饼后投两端料饼，也会改善这种因温差较大而带来的缺陷。

（3）、预热机加热板高度不合理，也会引起受热不均匀，从而导致麻点的产生。这种情况多发生在同一预热机上使用不同大小的料饼时，而没有调整加热板的高度，使得加热板与料饼距离忽远忽近，以至于料饼受热不均。经验证明，它们之间比较合理的距离是 3－5mm，过近或者过远均不合适。

4、封装成形冲丝及其对策

在封装成形时，EMC 呈现熔融状态，由于具有一定的熔融黏度和流动速度，所以自然具有一定的冲力，这种冲力作用在金丝上，很容易使金丝发生偏移，严重的会造成金丝冲断。这种冲丝现象在塑封的过程中是很常见的，也是无法完全消除的，但是如果选择适当的黏度和流速还是可以控制在良品范围之内的。EMC 的熔融黏度和流动速度对金丝的冲力影响，可以通过建立一个数学模型来解释。可以假设熔融的 EMC 为理想流体，则冲力 F＝KηυSinQ，K 为常数，η为 EMC 的熔融黏度，υ为流动速度，Q 为流动方向与金丝的夹角。从公式可以看出：η越大，υ越大，F 越大；Q 越大，F 也越大；F 越大，冲丝越严重。

要改善冲丝缺陷的发生率，关键是如何选择和控制 EMC 的熔融黏度和流速。一般来说，EMC 的熔融黏度是由高到低再到高的一个变化过程，而且存在一个低黏度期，所以选择一个合理的注塑时间，使模腔中的 EMC 在低黏度期中流动，以减少冲力。选择一个合适的流动速度也是减小冲力的有效办法，影响流动速度的因素很多，可以从注塑速度、模具温度、模具流道、浇口等因素来考虑。另外，长金丝的封装产品比短金丝的封装产品更容易发生冲丝现象，所以芯片的尺寸与小岛的尺寸要匹配，避免大岛小芯片现象，以减小冲丝程度。）

5、封装成形开裂及其对策

在封装成形的过程中，粘模、EMC 吸湿、各材料的膨胀系数不匹配等都会造成开裂缺陷。

对于粘模引起的开裂现象，主要是由于固化时间过短、EMC 的脱模性能较差或者模具表面玷污等因素造成的。在成形工艺上，可以采取延长固化时间，使之充分固化；在材料方面，可以改善 EMC 的脱模性能；在操作方面，可以每模前将模具表面清除干净，也可以将模具表面涂上适量的脱模剂。对于 EMC 吸湿引起的开裂现象，在工艺上，要保证在保管和恢复常温的过程中，避免吸湿的发生；在材料上，可以选择具有高 Tg、低膨胀、低吸水率、高黏结力的 EMC。对于各材料膨胀系数不匹配引起的开裂现象，可以选择与芯片、框架等材料膨胀系数相匹配的

6、封装成形溢料及其对策

在封装成形的过程中，溢料又是一个常见的缺陷形式，而这种缺陷本身对封装产品的性能没有影响，只会影响后来的可焊性和外观。溢料产生的原因可以从两个方面来考虑，一是材料方面，树脂黏度过低、填料粒度分布不合理等都会引起溢料的发生，在黏度的允许范围内，可以选择黏度较大的树脂，并调整填料的粒度分布，提高填充量，这样可以从 EMC 的自身上提高其抗溢料性能；二是封装工艺方面，注塑压力过大，合模压力过低，同样可以引起溢料的产生，可以通过适当降低注塑压力和提高合模压力，来改善这一缺陷。由于塑封模长期使用后表面磨损或基座不平整，致使合模后的间隙较大，也会造成溢料，而生产中见到的严重溢料现象往往都是这种原因引起的，可以尽量减少磨损，调整基座的平整度，来解决这种溢料缺陷。

7、封装成形粘模及其对策

封装成形粘模产生的原因及其对策：A、固化时间太短，EMC 未完全固化而造成的粘模，可以适当延长固化时间，增加合模时间使之充分固化；B、EMC 本身脱模性能较差而造成的粘模只能从材料方面来改善 EMC 的脱模性能，或者封装成形的过程中，适当的外加脱模剂；C、模具表面沾污也会引起粘模，可以通过清洗模具来解决；D、模具温度过低同样会引起粘模现象，可以适当提高模具温度来加以改善。

8、结语

总之，塑封成形的缺陷种类很多，在不同的封装形式上有不同的表现形式，发生的几率和位置也有很大的差异，产生的原因也比较复杂，并且互相牵连，互相影响，所以应该在分别研究的基础上，综合考虑，制定出相应的行之有效的解决方法与对策。
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审核编辑 黄昊宇