第9章塑料封裝高等教學(xué)

1、第9章 塑料封裝1行業(yè)學(xué)習(xí) 塑料封裝塑料封裝的散熱性、耐熱性、密封性散熱性、耐熱性、密封性雖遜于陶瓷封裝和金屬封裝，但塑料封裝具有低成本、薄型化、工藝較為低成本、薄型化、工藝較為簡(jiǎn)單、適合自動(dòng)化生產(chǎn)簡(jiǎn)單、適合自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用范圍極廣。2行業(yè)學(xué)習(xí)9.19.1塑料封裝簡(jiǎn)介塑料封裝簡(jiǎn)介1、塑料封裝的結(jié)構(gòu) 塑料封裝包括：芯片、金屬支撐底座或框架、連接芯片到框架的焊線以及保護(hù)芯片及內(nèi)部連線的環(huán)氧塑封料。框架可用銅合金，或用42合金（42ni-58fe）或50合金（50ni-50fe）制成，然后鍍金、銀或者鈀，可以在鎳或鎳-鈷合金上全鍍或選鍍。3行業(yè)學(xué)習(xí)2.塑料封裝的形式塑料封裝的形式 塑封微電

2、子器件一般可制成表面安裝式或通孔插裝式。通孔插裝式通孔插裝式安裝器件又分為以下幾種：（1）塑料雙列直插式封裝塑料雙列直插式封裝：矩形的塑封體，在矩形塑封體比較長(zhǎng)的兩側(cè)面有雙列管腳，相鄰管腳之間的節(jié)距為2.54mm，適合于大批量低成本生產(chǎn)。（2）單列直插式封裝單列直插式封裝形狀為矩形，管腳在邊長(zhǎng)的一側(cè)，特點(diǎn)是外形高，焊接區(qū)小，成本低。（3）塑料針柵封裝塑料針柵封裝是密度最高的插孔式安裝封裝外，為塑封器件提供了最高的有用的管腳數(shù).4行業(yè)學(xué)習(xí)塑料封裝的形式塑料封裝的形式(2) 表面安裝器件分為：小外形封裝（sop）、塑料有引線片式載體（plcc）及塑料四邊引線扁平封裝（pqfp）。 sop與dip相

3、似，只是管腳形狀是翼形。soj是sop的演變，其管腳按照j字形彎曲并折向塑封體。特點(diǎn)是焊盤所占pwb面積比翼形小，但焊點(diǎn)不易檢驗(yàn)。plcc是引線在封裝體的四周，節(jié)距為1.27mm，并形成j字形結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)是安裝密度高，管腳短且一致性較好。pqfp是正方形或矩形封裝。分布于四邊。5行業(yè)學(xué)習(xí)3.3.封裝工藝分類封裝工藝分類 塑料封裝有預(yù)塑或后塑兩種方法： 預(yù)塑預(yù)塑是先模制出一個(gè)塑料底座，然后將芯片放在上面，用引線將芯片連接到i/o的輸出端，環(huán)氧樹脂粘附到框架管腳上形成一個(gè)腔體。預(yù)塑模式通常用于多管腳器件或針柵陣列封裝。6行業(yè)學(xué)習(xí)3.3.封裝工藝分類封裝工藝分類 后塑后塑是先將芯片粘接到框架，再將框架

4、送入多個(gè)型腔的包封模，通過(guò)遞模成型工藝用熱固型塑料進(jìn)行包封。后塑模式比預(yù)封模式便宜。7行業(yè)學(xué)習(xí)4.4.塑料封裝與陶瓷封裝的比較塑料封裝與陶瓷封裝的比較 塑料封裝器件在尺寸、重量、性能、成本、可靠性及實(shí)用性方面優(yōu)于氣密性封裝。估計(jì)塑封器件占世界商用芯片封裝市場(chǎng)的97。 尺寸及重量：大部分塑封器件重量大約是陶瓷封裝的一半。如14腳雙列直插封裝（dip）重量大約為1g，而14腳陶瓷封裝重2g。較小結(jié)構(gòu)如小外形封裝（sop），較薄的結(jié)構(gòu)如薄形小外形封裝（tsop）僅適用于塑封。從而提高組裝密度，減少器件傳遞延遲。 性能：塑料的介電特性優(yōu)于陶瓷。與標(biāo)準(zhǔn)的共燒陶瓷相比，環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)較低，而銅框架的引

5、線電感較可伐框架小。8行業(yè)學(xué)習(xí)塑料封裝與陶瓷封裝的比較（塑料封裝與陶瓷封裝的比較（2 2） 成本：塑封器件成本較陶瓷封裝低很多。一個(gè)完整的塑封電路成本由下列因素決定，如芯片、包封、生產(chǎn)量、尺寸、組裝費(fèi)用及成品率、篩選、早期老煉及成品率，最終老煉測(cè)試及成品率、強(qiáng)制性的質(zhì)量鑒定試驗(yàn)?？煽啃裕禾沾煞庋b可靠性較高。近年來(lái)，塑封器件的可靠性有了極大的提高，主要是由于封裝材料、芯片鈍化及制造工藝有了改進(jìn)，特別是現(xiàn)代塑封材料的雜質(zhì)離子含量低，對(duì)其它封裝材料有很好的粘附性、玻璃轉(zhuǎn)化溫度較高、熱導(dǎo)率高、與框架的熱膨脹系數(shù)能較好地匹配可用性：在全球競(jìng)爭(zhēng)下，工業(yè)上材料及制造工藝的研究集中在塑封器件方面，97以上的集

6、成電路封裝形式為塑封。9行業(yè)學(xué)習(xí)塑料封裝與陶瓷封裝的比較（塑料封裝與陶瓷封裝的比較（3 3） 塑料封裝走過(guò)了漫長(zhǎng)的歷程，它在外形、重量、性能、成本及可用性方面都顯著地超過(guò)了陶瓷封裝，塑封器件的可靠性不再是制約它廣泛使用的障礙。早期潮氣誘發(fā)的失效機(jī)理如腐蝕、裂紋、界面脫層非常顯著，但包封料、芯片鈍化、金屬化技術(shù)及全自動(dòng)組裝的發(fā)展使塑料封裝成為包封技術(shù)的未來(lái)。10行業(yè)學(xué)習(xí)9.29.2塑料封裝材料塑料封裝材料 9.2.1塑料封裝主要材料 酚醛樹脂、硅膠等熱硬化型塑膠為塑料封裝最主要的材料。 早期酚醛樹脂材料有氯與鈉離子殘余。酚醛樹脂本身不產(chǎn)生氨，但在使用時(shí)加入了六亞甲基四胺以利于固化，這些元素會(huì)在加

7、熱時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，這會(huì)造成腐蝕破壞。 由于材料純化技術(shù)的進(jìn)步，酚醛樹脂中的殘余氯離子濃度已經(jīng)可以控制在數(shù)個(gè)ppm一下，因此它仍然是最普通的塑料封裝材料。 11行業(yè)學(xué)習(xí)塑料封裝主要材料（塑料封裝主要材料（2 2） 硅膠樹脂的主要優(yōu)點(diǎn)為無(wú)殘余的氯、鈉離子，低玻璃轉(zhuǎn)移溫度（約在2070），材質(zhì)光滑故鑄膜成型時(shí)無(wú)須加入模具松脫劑（mold release agent）。但材質(zhì)光滑也是主要的缺點(diǎn)，硅膠樹脂光滑的材質(zhì)使其與ic芯片，導(dǎo)線之間的黏著性質(zhì)不佳，而衍生密封性不良的問(wèn)題。12行業(yè)學(xué)習(xí)塑料封裝主要材料（塑料封裝主要材料（3） 以上所述的兩種鑄膜材料均不具有完整的理想特性，不能單獨(dú)適用于塑料封裝的鑄膜

8、成型，因此塑料鑄膜材料必須添加多種有機(jī)與無(wú)機(jī)材料，以使其具有最佳的性質(zhì)。13行業(yè)學(xué)習(xí)9.2.29.2.2主要添加劑主要添加劑（1）加速劑：其通常與硬化劑拌和使用，功能為在鑄膜熱壓過(guò)程中引發(fā)樹脂的交聯(lián)作用，加速其反應(yīng)，加速劑含量將影響鑄膜材料的凝膠硬化速度。（2）硬化劑：某種化學(xué)活性化合物，加入它可使環(huán)氧樹脂從液態(tài)（熱塑性）變成堅(jiān)硬的固態(tài)。（3）填充劑主要功能為鑄膜材料的基底強(qiáng)化、降低熱膨脹系數(shù)、提高熱傳導(dǎo)率及熱震波阻抗性等；同時(shí)，無(wú)機(jī)填充劑較樹脂類材料價(jià)格低廉，故可降低鑄膜材料的制作成本。14行業(yè)學(xué)習(xí)9.2.29.2.2主要添加劑（主要添加劑（2 2）（4）阻燃劑：由于樹脂材料本身易燃，因而要

9、加入鹵素形態(tài)的阻燃劑。（5）脫模劑：由于樹脂材料對(duì)各種表面有很好的粘附性，這給塑封料從模具上分離造成困難。因此需要加入脫模劑。脫模劑是一種用在兩個(gè)彼此易于粘著的物體表面的一個(gè)界面涂層，它可使物體表面易于脫離、光滑及潔凈。 （6）黑色色素是為外殼顏色美觀與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，塑料封裝外觀通常以黑色為標(biāo)準(zhǔn)色澤 。15行業(yè)學(xué)習(xí)9.39.3塑料封裝工藝塑料封裝工藝1.自動(dòng)排片 自動(dòng)排片機(jī)大大提高了塑封的自動(dòng)化，它通過(guò)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)將多個(gè)片盒中的框架送到排料等待區(qū)，再由x，y運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將框架放到料架上，由加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。16行業(yè)學(xué)習(xí)2 2、塑封、塑封 塑封裝置分為很多種，其主要有：傳遞塑封機(jī)和反應(yīng)射出成型機(jī)。（1）傳遞

10、塑封機(jī) 傳遞塑模工藝是集成電路封裝最普遍的方法。它通過(guò)加壓，將加料室中熱的黏稠狀態(tài)的熱固性材料，通過(guò)料道、澆口進(jìn)入閉合閉合模腔內(nèi)制造塑封元件的過(guò)程。17行業(yè)學(xué)習(xí)18行業(yè)學(xué)習(xí) 模具可區(qū)分為上、下兩部分，接合的部分稱為隔線（paring line），每一部分各有一組壓印板（platen）與模板（chase），壓印板是與擠制桿相連的厚鋼片，其功能為鑄模壓力與熱的傳送，底部的壓印板還有推出桿（ejector pins）與凸輪（cams）裝置以供鑄模完成，元器件退出使用。模板為刻有元器件的鑄孔、進(jìn)料、閘口（gates）與輸送道的鋼板以供軟化的樹脂原料流入而完成鑄模。19行業(yè)學(xué)習(xí)圖 塑封模具20行業(yè)學(xué)習(xí)（

11、2 2）反應(yīng)噴射成型）反應(yīng)噴射成型 反應(yīng)式射出成型的塑膠封裝是將所需的原料分別置于兩組容器中攪拌，再輸入鑄孔中使其發(fā)生聚合反應(yīng)完成涂封，它的制備設(shè)備如下圖所示。 21行業(yè)學(xué)習(xí) 反應(yīng)式射出成型工藝能免除傳輸鑄模工藝的缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)有：n能源成本低；n低鑄模壓力（約0.30.5mpa），能減低倒線發(fā)生的機(jī)會(huì)；n使用的原料一般有較佳的芯片表面濕潤(rùn)能力；n適用于以tab連線的ic芯片密封；n可使用熱固化型與熱塑型材料進(jìn)行鑄模。 反應(yīng)式射出成型工藝的缺點(diǎn)則為：n原料須均勻地?cái)嚢?n目前尚無(wú)一標(biāo)準(zhǔn)化的樹脂原料為電子封裝業(yè)者所接受。22行業(yè)學(xué)習(xí)3 3、去溢料、去溢料 集成電路在封裝過(guò)程中由于框架精度與模具不匹

12、配（模具磨損、模具不平整、捏合不足）、壓邊問(wèn)題、注塑工藝條件和框架表面粗糙度等問(wèn)題造成塑封料溢出模具，在電路包封后引線框架引腳周圍的溢料沒(méi)有去除會(huì)導(dǎo)致電鍍時(shí)氧化無(wú)法去除溢料附近的氧化皮，從而使引腳無(wú)法鍍上錫，造成鍍層剝離。23行業(yè)學(xué)習(xí) 1) 機(jī)械噴沙（干法/濕法），也叫介質(zhì)去飛毛刺，使用專用的高壓噴沙機(jī)，將研磨料（如粒狀的料球）噴在集成電路引線框架表面上，打磨去掉溢料。2) 堿性電解法，是在堿性藥水中通過(guò)電解的方法去除溢料。引線框架與陰極相連（即設(shè)備的傳送鋼帶），在藥水中引腳產(chǎn)生大量氣泡溢出時(shí)將溢料松動(dòng)產(chǎn)生空隙，堿液滲入將產(chǎn)品表面的溢料泡軟，利用高壓水打掉溢料。3) 化學(xué)浸泡+高壓水噴法，這是

13、目前比較流行的方法。先利用軟化藥水在一定溫度、浸煮一段時(shí)間將塑封體表面的溢料泡軟，再將產(chǎn)品放入專用的高壓噴水去溢料設(shè)備，去除軟化的產(chǎn)品溢料。去溢料方法去溢料方法24行業(yè)學(xué)習(xí)beforeafter去溢料后效果去溢料后效果25行業(yè)學(xué)習(xí)4 4、切筋成型、切筋成型切筋切筋：將一條片的：將一條片的lead framelead frame切割成單獨(dú)的切割成單獨(dú)的unitunit（icic）的過(guò)程；）的過(guò)程；成型成型：對(duì)：對(duì)trimtrim后的后的icic產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝需要求的形狀，產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝需要求的形狀， 并放置進(jìn)并放置進(jìn)tubetube或者托盤中；或者托盤中；26行業(yè)學(xué)習(xí)5

14、5、引腳處理、引腳處理 對(duì)封裝后外引腳的后處理可以是電鍍或是浸錫。該工序是在框架引腳上做保護(hù)性鍍層，以增加其可焊性。（1）電鍍：是在流水線式的電鍍槽中進(jìn)行，包括清洗，再在不同濃度的電鍍槽中進(jìn)行電鍍，最后沖洗、吹干，放入烘箱烘干。27行業(yè)學(xué)習(xí)（2）浸錫：清洗，助焊劑浸泡，再浸入熔融錫合金溶液。 圖 lts200浸錫機(jī)28行業(yè)學(xué)習(xí)6 6、印字打標(biāo)、印字打標(biāo) 主要有油墨打標(biāo)和激光打標(biāo)。（1）油墨打標(biāo)：工藝過(guò)程像敲橡皮圖章，油墨通常是高分子化合物，需要進(jìn)行熱固化或紫外光固化。（2）激光打標(biāo)：利用高能量密度的激光束對(duì)目標(biāo)作用，在材料表面發(fā)生物理或化學(xué)變化，使材料迅速汽化，形成凹坑，從而形成永久可見(jiàn)的圖形

15、。29行業(yè)學(xué)習(xí)圖 激光打標(biāo)機(jī)30行業(yè)學(xué)習(xí)7 7、產(chǎn)品包裝與運(yùn)輸、產(chǎn)品包裝與運(yùn)輸 對(duì)潮氣敏感的塑封微電路，裝運(yùn)成本可高達(dá)總成本的10%。包裝運(yùn)輸不當(dāng)會(huì)使成品電路成品率降低。有時(shí)塑封電路需提供干燥的氮?dú)猸h(huán)境包裝。31行業(yè)學(xué)習(xí)9.49.4可靠性測(cè)試可靠性測(cè)試 塑料封裝中使用的材料包括金屬、半導(dǎo)體、高分子材料等，這些材料的相互作用使塑料封裝的可靠性成為一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。塑料封裝破壞的機(jī)制大致可區(qū)分為因材料熱膨脹系數(shù)差異所引致的熱應(yīng)力破壞與濕氣滲透所引致的腐蝕破壞兩大類，常用來(lái)試驗(yàn)塑料封裝的可靠性的方法有三種：高溫偏壓試驗(yàn) ，溫度循環(huán)試驗(yàn) ，溫度/濕度/偏壓測(cè)試 32行業(yè)學(xué)習(xí)（1）高溫偏壓試驗(yàn)（high temperature/voltage bias test）。試驗(yàn)的方法是將封裝元器件置于125150的測(cè)試腔中，并使其在最高的電壓與電流負(fù)荷的條件下操作，其目的是實(shí)驗(yàn)元器件與材料相互作用所引致的破壞。33行業(yè)學(xué)習(xí)（2）溫度循環(huán)試驗(yàn)（temperature cycle test）。采用的試驗(yàn)條件有： 65150循環(huán)變化，在最高與最低溫各停留1h； 5