一.國外國內塑封料廠家情況
國外:環氧塑封料生產廠家主要集中在日本、美國、韓國、新加坡等國,主要有住友電木、日東電工、日立化成、松下電工、信越化學、東芝,Hysol、Plaskon、Samsung等,現在,環氧塑封料的主流產品是適用于0.35μm-0.18μm特征尺寸集成電路的封裝材料,研究水平已經達到0.1μm-0.09μm,主要用于SOP、QFP、BGA、CSP、MCM、SIP等
國內:環氧塑封料廠家總共有8家,分別是漢高華威電子有限公司、北京科化所、成都齊創、浙江新前電子、佛山億通電子、浙江恒耀電子、住友(蘇州)電子、長興(昆山)電子,臺灣長春和日立化成也已經分別在常熟和蘇州建廠。現在,國內大規模生產技術能夠滿足0.35μm-0.25μm技術用,開發水平達到0.13μm-0.10μm,主要應用于SIP、DIP、SOP、PQFP、PBGA等形式的封裝。
另外,國內還有部分外資環氧塑封料生產廠家,由于他們依靠國外比較成熟的技術和先進的研發手段,以及強大的實力作為后盾,所以他們的產品主要處在中高檔水平,主要應用于QFP、BGA、CSP等比較先進的封裝形式以及環保封裝領域,基本上占據了國內大部分的中高端市場
二 環氧塑封料的工藝選擇
1.1 預成型料塊的處理
(1) 預成型模塑料塊一般都儲存在5℃-10℃的環境中,必會有不同程度的吸潮。因此在使用前應在干燥的地方室溫醒料,一般不低于16小時。
(2)料塊的密度要高。疏松的料塊會含有過多的空氣和濕氣,經醒料和高頻預熱也不易揮發干凈,會造成器件包封層內水平增多。
(3) 料塊大小要適中,料塊小,模具填充不良;料塊大,啟模困難,模具與注塑桿沾污嚴重并造成材料的浪費。
1.2 模具的溫度
生產過程中,模具溫度控制在略高于模塑料玻璃化溫度Tg時,能獲得較理想的流動性,約160℃-180℃。模具溫度過高,塑封料固化過快,內應力增大,包封層與框架粘接力下降。同時,固化過快也會使模具沖不滿;模具溫度過低,模塑料流動性差,同樣會出現模具填充不良,包封層機械強度下降。同時,保持模具各區域溫度均勻是非常重要的,因為模具溫度不均勻,會造成塑封料固化程度不均勻,導致器件機械強度不一致。
1.3 注塑壓力
注塑壓力的選擇,要根據模塑料的流動性和模具溫度而定,壓力過小,器件包封層密度低,與框架黏結性差,易發生吸濕腐蝕,并出現模具沒有注滿塑封料提前固化的情況;壓力過大,對內引線沖擊力增大,造成內引線被沖歪或沖斷,并可能出現溢料,堵塞出氣孔,產生氣泡和填充不良。
1.4 注模速度
注模速度的選擇主要根據模塑料的凝膠化時間確定。凝膠化時間短,注模速度要稍快,反之亦然。注模要在凝膠化時間結束前完成,否則由于模塑料的提前固化造成內引線沖斷或包封層缺陷。
1.5 塑封工藝調整
對工藝調整的同時,還應注意到預成型料塊的保管、模具的清洗、環境的溫濕度等原因對塑封工序的影響。
2 塑封料性能對器件可靠性的影響
2.1 模塑料的吸濕性和化學粘接性
對塑封器件而言,濕氣滲入是影響其氣密性導致失效的重要原因之一。濕氣滲入器件主要有兩條途徑:
① 通過塑封料包封層本體;②通過塑封料包封層與金屬框架間的間隙。
當濕氣通過這兩條途徑到達芯片表面時,在其表面形成一層導電水膜,并將塑封料中的Na+、CL-離子也隨之帶入,在電位差的作為下,加速了對芯片表面鋁布線的電化學腐蝕,最終導致電路內引線開路。隨著電路集成度的不斷提高,鋁布線越來越細,因此,鋁布線腐蝕對器件壽命的影響就越發嚴重。
針對上述問題,我們必須要求:
l 模塑料要有較高的純度,Na+、CL離子降至最低;
l 模塑料的主要成分環境標環氧樹脂與無機填料的結合力要高,以阻止濕氣由本體的滲入。
l 模塑料與框架金屬要有較好的粘接性;
l 芯片表面的鈍化層要盡可能地完善,其對濕氣也有很好的屏蔽作用。
2.2 模塑料的內應力
由于模塑料、芯片、金屬框架的線膨脹系數不匹配而產生的內應力,對器件密封性有著不可忽視的影響。因為模塑料膨脹系數(20-26E-6/℃)比芯片、框架(-16E-6/℃)的較大,在注模成型冷卻或在器件使用環境的溫差較大時,有可能導致壓焊點脫開,焊線斷裂甚至包封層與框架粘接處脫離,由此而引起其器件失效。
由此可見,模塑料的線膨脹系數應盡可能的低,但這個降低是收到限制的,因為在降低應力的同時,模塑料的熱導率也隨之降低,這對于封裝大功率的器件十分不利,要使這兩個方面得以兼顧,取決于配方中填料的類型和用量。填料一般為熔融型或結晶型硅粉,在某些性能需要方面有時候還需要添加球形或氣相硅粉。
2.3 模塑料的流動性
注塑時模具溫度在160℃-180℃,塑料呈熔融狀態,其流動性對注模成功與否至關重要,流動性低于焊線沖擊增大(金絲抗拉力5g-12g),焊線易被沖歪或沖斷,并易造成模具沖不滿,包封層表面出現褶皺和坑洼;流動性過高,溢料嚴重,當溢料過早地將模具出氣孔堵塞時,空氣排不盡,包封層會出現氣孔或氣泡。
在模塑料諸成分中,對流動性起主要作用的是主體環氧樹脂的熔融黏度和填料二氧化硅的用量和顆粒粗細。結晶型硅粉具有高導熱性,但黏度高,比重大,流速下降。熔融型硅粉流動性好,但導熱差。因此在世紀生產中應根據封裝器件性能不同選擇使用,包括兩者的混合使用。
總之,我們要不斷開發新型的綠色塑封料,不斷改進封裝工藝,才能滿足不斷發展的半導體器件的要求.