環(huán)氧樹脂灌封料其工藝和常見問(wèn)題

1、環(huán)氧樹脂灌封料及其工藝和常有問(wèn)題環(huán)氧樹脂灌封料及其工藝和常有問(wèn)題6/6環(huán)氧樹脂灌封料及其工藝和常有問(wèn)題環(huán)氧樹脂灌封料及其工藝和常有問(wèn)題黃道生(漢高華威電子股份有限企業(yè)，江蘇連云港222006)前言在電子封裝技術(shù)領(lǐng)域以前出現(xiàn)過(guò)兩次重要的改革。第一次改革出此刻20世紀(jì)70年月前半期，其特點(diǎn)是由針腳插入式安裝技術(shù)(如DIP)過(guò)渡到四邊扁平封裝的表面貼裝技術(shù)(如QFP)；第二次轉(zhuǎn)變發(fā)生在20世紀(jì)90年月中期，其標(biāo)記是焊球陣列BGA型封裝的出現(xiàn)，與此對(duì)應(yīng)的表面貼裝技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路技術(shù)一同跨人21世紀(jì)。跟著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的封裝技術(shù)和封裝形式，如芯片直接粘接、灌封式塑料焊球陣列(CD-PBGA

2、)、倒裝片塑料焊球陣列(Fc-PBGA)、芯片尺寸封裝(CSP)以及多芯片組件(MCM)等，在這些封裝中，有相當(dāng)一部分使用了液體環(huán)氧資料封裝技術(shù)。灌封，就是將液態(tài)環(huán)氧樹脂復(fù)合物用機(jī)械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下同化成為性能優(yōu)秀的熱同性高分子絕緣資料。產(chǎn)品性能要求灌封料應(yīng)知足以下基本要求：性能好，合用期長(zhǎng)，適合大量量自動(dòng)生產(chǎn)線作業(yè)；黏度小，浸滲性強(qiáng)，可充滿元件和線間；在灌封和固化過(guò)程中，填補(bǔ)劑等粉體組分沉降小，不分層；固化放熱峰低，固化縮短??；同化物電氣性能和力學(xué)性能優(yōu)秀，耐熱性好，對(duì)多種資料有優(yōu)秀的粘接性，吸水性和線膨脹系數(shù)??；在某些場(chǎng)合還要求灌封料擁有難燃、耐

3、候、導(dǎo)熱、耐高低溫交變等性能。在詳細(xì)的半導(dǎo)體封裝中，因?yàn)橘Y料要與芯片、基板直接接觸，除知足上述要求外，還要求產(chǎn)品必然擁有與芯片裝片資料同樣的純度。在倒裝芯片的灌封中，因?yàn)樾酒c基板間的空隙很小，要求灌封料的黏度極低。為了減少芯片與封裝資料間產(chǎn)生的應(yīng)力，封裝資料的模量不可以太高。并且為了防備界面處水分浸透，封裝資料與芯片、基板之間應(yīng)擁有很好的粘接性能。1/6灌封料的主要組份及作用灌封料的作用是加強(qiáng)電子器件的整體性，提升對(duì)外來(lái)沖擊、震動(dòng)的抵擋力；提升內(nèi)部元件、線路間絕緣，有益于器件小型化、輕量化；防備元件、線路直接裸露，改良器件的防水、防潮性能。環(huán)氧樹脂灌封料是一多組分的復(fù)合系統(tǒng)，它南樹脂、固化劑

4、、增韌劑、填補(bǔ)劑等構(gòu)成，關(guān)于該系統(tǒng)的黏度、反響活性、使用期、放熱量等都需要在配方、工藝、鑄件尺寸構(gòu)造等方面作全面的設(shè)計(jì)，做到綜合均衡。31環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂灌封料一般采納低分子液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂，這種樹脂黏度較小，環(huán)氧值高。常用的有E54、E-51、E-44、E-42。在倒裝芯片下填補(bǔ)的灌封中，因?yàn)樾酒c基板之間的空隙很小，所以要求液體封裝料的黏度極低。故獨(dú)自使用雙酚A型環(huán)氧樹脂不可以知足產(chǎn)品要求。為了降低產(chǎn)品黏度，達(dá)到產(chǎn)品性能要求，我們可以采納組合樹脂：如加入黏度低的雙酚F型環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯型樹脂以及擁有較高耐熱、電絕緣性和耐候性的脂環(huán)族環(huán)氧化物。此中，脂環(huán)族環(huán)氧化物自己還擁有活性稀釋劑

5、的作用。32固化劑同化劑是環(huán)氧灌封料配方中的重要成分，固化物性能很大程度取決于固化劑的構(gòu)造。(1)室溫同化一般采納脂肪族多元胺做固化劑，但這種固化劑毒性大、刺激性強(qiáng)、放熱強(qiáng)烈，同化和使用過(guò)程中易氧化。所以，需要對(duì)多元胺進(jìn)行改性，如利用多冗胺胺基上的開朗氫，部分與環(huán)氧基合成為羥烷基化及部分與丙烯晴合成為氰乙基化的綜合改性，可使固化劑達(dá)到低黏度、低毒、低熔點(diǎn)、室溫固化并有必然韌性的綜合改性見效。2/6(2)酸酐類同化劑是雙組分加熱固化環(huán)氧灌封料最重要的同化劑。常用的同化劑有液體甲基四氫鄰苯二甲酸酐、液體甲基六氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐等。這種固化劑黏度小，配合用量大，能在灌封

6、料配方中起到同化、稀釋兩重作用，固化放熱和緩，同化物綜合性能優(yōu)秀。33固化促使劑雙組分環(huán)氧一酸酐灌封料，一般要在140左右長(zhǎng)時(shí)間加熱才能固化。這樣的固化條件，不只造成能源浪費(fèi)，并且多半電子器件中的元件、骨架外殼是難以承受的。配方中加入促使劑組分則可有效降低固化溫度、縮短固化時(shí)間。常用的促使劑有：卞基二胺、DMP-30等叔胺類。也可使用咪唑類化合物和羧酸的金屬鹽，如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑等。34偶聯(lián)劑為了增添二氧化硅和環(huán)氧樹脂之間的密著性，需加入硅烷偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑可以改良資料的粘接性和防潮性。合用于環(huán)氧樹脂的常用硅烷偶聯(lián)劑有縮水甘油氧丙基三氧基硅烷(KH-560)、苯胺基甲三乙氧基

7、硅烷、-氯代丙基三甲氧基硅烷、-巰基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、二乙烯二胺基丙基三甲氧基硅烷等。35活性稀釋劑獨(dú)自使用環(huán)氧樹脂，加入無(wú)機(jī)填料后黏度顯然增大，不利于操作和消泡，常需加入必然量的稀釋劑，以增添其流動(dòng)性和浸透I生，并延伸使用期，稀釋劑有活性和非活性之分。非活性稀釋劑不參加固化反響，加人量過(guò)多，易造成產(chǎn)品縮短率提升，降低產(chǎn)品力學(xué)性能及熱變形。活性稀釋劑參加固化反響增添了反響物的鏈節(jié)，對(duì)固化物性能影響較小。灌封猜中采納的就是活性生稀釋劑，常用的有：3/6正丁基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、二乙基己基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚。36填補(bǔ)劑灌封猜中填料的加入對(duì)提升環(huán)氧樹脂制品的某

8、些物理性能和降低成本有顯然的作用。它的增添不只能降低成本，還可以降低固化物的熱膨脹系數(shù)、縮短率以及增添熱導(dǎo)率。在環(huán)氧灌封猜中常用的填補(bǔ)劑有二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化硼等資料。表1是常有無(wú)機(jī)填料的導(dǎo)熱系數(shù)。二氧化硅又分為結(jié)晶型、熔融角型和球形二氧化硅。在電子封裝用灌封猜中，因?yàn)楫a(chǎn)品要求，精選熔融球形二氧化硅。37消泡劑為認(rèn)識(shí)決液體封裝料同化后表面留有氣泡的問(wèn)題，可加入消泡劑。常用的是乳化硅油類乳化劑。38增韌劑增韌劑在灌封猜中起重視要作用，環(huán)氧樹脂的增韌改性主要經(jīng)過(guò)加增韌劑、增塑劑等來(lái)改良其韌性，增韌劑有活性和惰性兩種，活性增韌劑能和環(huán)氧樹脂一同參加反響，增添反響物的鏈節(jié)，進(jìn)而增添固化物的韌

9、性。一般選擇端羧劑液體丁腈橡膠，在系統(tǒng)內(nèi)形成增韌的海島構(gòu)造，增添資料的沖擊韌度和耐熱沖擊性能。39其余組分為知足灌封件特定的技術(shù)、工藝要求，還可在配方中加人其余組分。如阻燃劑可提升資料的工藝性；著色劑用以知足制件外觀要求等。灌封工藝環(huán)氧樹脂灌封有常態(tài)和真空兩種工藝。圖1為手工真空灌封工藝流程。常有問(wèn)題及解決方法51放電、線間打火或擊穿現(xiàn)象4/6因?yàn)楣喾夤に嚥煌?，器件在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生放電、線間打火或擊穿現(xiàn)象，這是因?yàn)檫@種產(chǎn)品高壓線圈線徑很小(一般只有002mm004mm)，灌封料未能完滿浸透匝間，造成線圈匝問(wèn)存留空隙。因?yàn)榭障督殡姵?shù)遠(yuǎn)小于環(huán)氧灌封料，在交變高壓條件下會(huì)產(chǎn)生不平均電場(chǎng)，惹起局部放電

10、，使資料老化分解造成絕緣破壞。從工藝角度來(lái)看，造成線間空隙有雙方面原由：(1)灌封時(shí)真空度不夠高，線問(wèn)空氣未能完滿除去，使資料沒法完滿浸滲；(2)灌封前試件預(yù)熱溫度不夠，灌入試件物料黏度不可以快速降低，影響浸滲。關(guān)于手工灌封或先混淆脫泡后真空灌封工藝，物料混淆脫泡溫度高、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)或超出物料合用期以及灌封后產(chǎn)品未實(shí)時(shí)進(jìn)入加熱固化程序，都會(huì)造成物料黏度增大，影響對(duì)線圈的浸滲。熱同性環(huán)氧灌封資料復(fù)合物，初步溫度越高黏度越小，隨時(shí)間延伸黏度增添也越快速。所以，為使物料對(duì)線圈有優(yōu)秀的浸滲性，操作上應(yīng)注意做到灌封料復(fù)合物應(yīng)保持在適合的溫度范圍內(nèi)，并在合用期內(nèi)使用完成。灌封前試件要加熱到規(guī)定溫度，灌封完成

11、應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)入加熱固化程序，灌封真空度要符合技術(shù)規(guī)范要求。52器件表面縮孔、局部凹陷、開裂灌封料在加熱同化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生兩種縮短：由液態(tài)到固態(tài)相變過(guò)程中的化學(xué)縮短和降溫過(guò)程中的物理縮短。固化過(guò)程中的化學(xué)變化縮短又有兩個(gè)過(guò)程：從灌封后加熱化學(xué)交聯(lián)反響開始到微觀網(wǎng)狀構(gòu)造初步形成階段產(chǎn)生的縮短，稱之為凝膠預(yù)固化縮短；從凝膠到完滿固化階段產(chǎn)生的縮短我們稱之為后固化縮短。這兩個(gè)過(guò)程的縮短量是不同樣樣的，前者由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀構(gòu)造過(guò)程中物理狀態(tài)發(fā)生突變，反響基團(tuán)耗費(fèi)量大于后者，體積縮短量也高于后者。如灌封試件采納一次高溫固化，則固化過(guò)程中的兩個(gè)階段過(guò)于湊近，凝膠預(yù)同化和后固化近乎同時(shí)完成，這不只會(huì)惹起過(guò)高的放熱峰

12、、破壞元件，還會(huì)使灌封5/6件產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力造成產(chǎn)品內(nèi)部和外觀的缺損。為獲取優(yōu)秀的制件，必然在灌封料配方設(shè)計(jì)和固化工藝擬準(zhǔn)時(shí)，要點(diǎn)關(guān)注灌封料的同化速度與固化條件的般配問(wèn)題。平常采納的方法是依據(jù)灌封料的性質(zhì)、用途按不同樣溫劃分段同化。在凝膠預(yù)固化溫區(qū)段灌封料同化反響遲緩進(jìn)行、反響熱漸漸開釋，物料黏度增添和體積縮短和緩進(jìn)行。此階段物料處于流態(tài)，則體積縮短表現(xiàn)為液面降落直至凝膠，可完滿除去該階段體積縮短內(nèi)應(yīng)力。從凝膠預(yù)固化到后同化階段升溫應(yīng)和緩，固化完成灌封件應(yīng)隨加熱設(shè)施同步遲緩降溫，多方面減少、調(diào)控制件內(nèi)應(yīng)力散布情況，可防備制件表面產(chǎn)生縮孔、凹陷甚至開裂現(xiàn)象。對(duì)灌封料固化條件的制定，還要參照灌封器件內(nèi)元件的排布、飽滿程度及制件大小、形狀、單只灌封量等。對(duì)單只灌封量較大而封埋元件較少的，適合地降低凝膠預(yù)固化溫度并延伸時(shí)間是完滿必需的。53固化