1、环氧塑封料(Epoxy Molding Compound) EMC之基本介紹,2,EMC 外观,3,基本材料,內容物,重量比%,环氧树脂(Epoxy),硬化剂(Hardener),填充剂(Filler),阻燃剂(Flame Retard),催化剂(Catalyst),离型剂(Releasing),其他,Cresol Novolac, Bi-Phenyl,Phenol Novolac, Flexible Phenol,二氧化硅 (SiO2),Br 树脂, Sb2O3,N 化合物, P 化合物,Silane Compound,天然蜡(Wax), 合成蜡,碳黑，低应力添加剂,5 - 10,5 - 1
2、0,60 - 90, 10, 1, 1, 1, 1,1.1 EMC之主要成份,偶联剂(Coupling),4,1.2.1 环氧树脂(Epoxy)和硬化剂Hardener),1.2 典型反应过程,5,热固型(Thermo-set)树脂之键合反应,6,1.2.2 填充剂(Filler),優點,缺點,降低收縮 改善強度 降低磨損 降低吸水率 增加熱傳導率 降低熱膨脹係數(CTE),黏稠度變大 製造難度增加 導電係數增加 重量增加,填充物用來控制黏稠度, 改善強度,減少收縮 降低熱膨脹係數(CTE)及吸水率,7,SiO2填充物(Filler),天然石英,純非結晶態石英,結晶態石英填充物,1900-25
3、00C,融溶態石英,不規則狀(Flake) 填充物,球狀(Spherical) 填充物,規則幾何形狀 導熱性高 適合高功率產品 模具磨損快,不規則形狀 強度較高 流動性差,球狀 強度較弱 流動性佳,低放射線(Low)填充物,為降低填充物對記憶體產品所可能造成 信號干擾(Soft Error)的高純度填充物,8,結晶狀(Crystalline)石英,融溶狀(Melted)石英,9,不規則狀(Flake)填充物,IC断面(使用电子显微镜) 填充物含量=70wt%）,不規則狀並不適用於 需高填充物含量之EMC,10,IC斷面(使用電子顯微鏡) 填充物含量=88wt% ）,导线架(Lead Frame
4、)界面,球狀(Spherical)填充物,11,結合不同形狀及大小分佈的填充物,高含量填充物(High Filler Content),12,樹脂(Epoxy),硬化劑(Hardener),填充物(Filler),添加物(Additives),混合,揉煉,冷卻,粉碎,後混合,打錠,1.3 EMC制造流程,13,1.4 EMC 的基本功能及特性,环氧塑封料的主要功能如下：1、 保护芯片不受外界环境的影响（抵抗外部湿气，溶剂，以及冲击）2、 良好的安装性能（抵抗安装时的热冲击和机械震动）3、 使芯片和外界环境电绝缘4、 热扩散,14,IC加速老化试验以得实际操作之寿命,湿度测试,压力锅测试Pres
5、sure Cooker Test)(PCT) 高温高湿测试(Highly Accelerated Temperature & Humidity Stress Test)(HAST) 吸湿程度测试(Moisture Sensitivity Level) (MSL1-6),高温储存测试,高温储存寿命(High Temp Storage Life)(HTSL) 高温操作寿命(High Temp Operation Life) (HTOL),温度循环测试,温度循环(Temperature Cycle Test)(TCT) 温度冲击(Thermo Shock Test)(TST),1.5.1 Packa
6、ge 可靠度測試,1.5 EMC對 IC可靠度(Reliability)之影響,15,1.5.2 抗湿性(Humidity resistance),內部線路,Au wire,分层(delamination),湿气,湿气,水份 離子不純物 (Na,Cl 等),IC鋁路腐蝕,壓力鍋測試(PCT) 高溫高濕測試(HAST),范例,16,1.5.3 热应力(Thermo Stress),環氧樹脂(EMC),2,4,6,8,10-7,10-6,10-5,10-4,2,4,6,8,2,4,6,8,2,4,SiO2,晶圓層積層,Si3N4,Si 矽晶體,A42 合金,Al 鋁,Ag 銀,Cu 銅,Au 金,
7、不同材料間之不同的熱膨脹係數(CTE),BT 樹脂,黏晶銀膠(D/B Glue),黏晶薄膜(Film),液態環氧樹脂,Solder Ball 錫球,17,應力計算,E (T) x a (T) dT,s =,S = Stress(應力) a = CTE(熱膨脹係數) E = Modulus(模數) T = Temperature(溫度),s = (a1-ai) . E1 . (Tg-T0) + (a2-ai) . E2 . (T1-Tg),a1, a2 = EMC熱膨脹係數 ai = 另一材料之熱膨脹係數 E1, E2 = EMCs modulus (模數) Tg = EMCs 玻璃轉換點 T0
8、, T1 = 不同區間之溫度(如從成型溫度(T1)降至室溫(T0),18,SAT (超音波)照片,內腳鍍銀區之Delam,內部裂縫,Die Pad區之Delam,上板後(after Surface Mount Reflow)典型的不良品現象,基板與EMC間之Delam,Delamination on Chip,19,上板過錫爐(IR Reflow)時所造成不良之現象如下,儲存環境所吸之水份,上板高溫時之內應力及水份蒸發之力量 Delamination,Delamination 延伸,裂縫產生,降低吸濕性,降低因高溫所造成之應力,提高不同材料間之結合力,增強高溫時之膠体強度,改善方向,20,1.
9、5.5 非“添加阻燃剂(Br/Sb)型”之“新型抗燃系統”,新型M. A. R.系統之抗燃方式 使用多芳香环（Multi Aromatic ）聚合物之快速碳化特性 因长型聚合结构特性,使得其因加熱而易軟化並呈發泡狀,而达到阻隔燃燒之效果,阻隔氧气及热,21,燃烧测试后样品,碳化层,发泡结构,22,1.5.6 测试条件总表,产品可靠度(Reliability)测试,23,2. 成型作業性(Moldability),24,2.1 主要成型膠体之缺點與相關之材料特性,材料特性 流動性(Flowability) 螺旋長度(Spiral Flow) 黏稠度(Koka Viscosity) 填充性(Fil
10、ling ability) 丙酮不溶物(Acetone Insoluble Content)(Gel Content) 硬化性(Curability) 硬化時間(Gel Time ) Curelastmeter Torque 硬度(Hot Hardness) 可揮發性(Volatile Matters) 可揮發含量(Volatile Content) 含水量(Moisture Absorption),成型膠体之缺點 填不滿(Incomplete Fill) 洞孔(外/內)Void (External / Internal) Pad 移動(Pad Shift) 沖線(Wire Sweep) 薄膜
11、/溢膠(Flash / Resin Bleed) 模面沾污(膠体表面)Mold Stain(PKG Appearance) 注膠口殘留(Gate Remain) 黏模(Sticking) 膠体翹曲(Warpage) 脫層(Delamination) 打印标示(Markability) (Ink, LASER),25,螺旋流动长度Spiral Flow / 流動性(Flowability),成型條件 試品 Powder 模溫 175 注膠壓力(Transfer Pressure) 70kg/cm2 合模時間(Cure Time) 120sec Cull 厚度 3.00.3 mm量測 讀得Spir
12、al Flow長度值,熱板,熱板,熱板,26,Koka Viscosity / Flowability,Hargen - Poiseuilles 方程式h = pR4P/8LQ 代號(Symbols) h 黏稠度(Viscosity) P 壓力(Pressure) R 孔半徑(Nozzle Radius) L 孔長度(Nozzle Length) Q 流量(Flow Quantity) S 衝桿截面積(Plunger Section) W 荷重(Load)標準條件 Temp. 175 degC R 0.25 mm L 1 mm W 98 N,P = W/S,27,丙酮不溶物(Acetone I
13、nsoluble Content) / 填充性,測試條件 試品 300g 丙酮 500g 搖動時間 30min 丙酮不溶物含量 = xxx mg / 300g x 10 (%),粉狀試品 + 丙酮,搖動,xxx mg,乾了後秤重,過濾不溶物質,28,硬化時間(Gel Time) /硬化性(Curability),穩定的撥動試品於熱板上 從開始軟化至硬化（無法撥動）所需之時間即為定義之硬化時間(Gel Time),試品,熱板,29,硬度(Hot Hardness) / Curability,Note 開模後,第十秒時量測,Barcol#935 : Hard type#936 : Soft typ
14、e,Shore D,Hardness,合模時間(Cure Time),針头,Package,30,Curelastmeter / 硬化性(Curability),藍線 : 高產能(Fast Cure), 但不適用於大尺寸及線長較長之產品紅線 : 適用於大尺寸及線長較長之產品,但產能較低綠線 : 理想目標,Twist,扭力計,Time,扭力,31,挥发份含量(Volatile Content) /含水量(water absorption),挥发份含量(Volatile Content) 當105 3hrs之後,量測重量減少之比例含水量(Moisture Absorption) 使用P2O5吸收水
15、份,量測重量減少之比例,32,未充填(Incomplete Fill),硬化物杂质(Gel Particle),注胶口残留(Gate Remain),Gate 阻塞,Spiral Flow太短 / Gel Time太短,33,气孔(Void),Void照片,外部气孔 External Void,內部气孔 Internal Void (Black Dot),水泡Blister (Bubble),34,气孔（Void）,Void 形成原因及解決方案 (1),水泡Blister (Bubble),改善方式 減少 Tablet 与 Pot 之间隙 选择合适的Tablet（饼料）直径，增加注模压力(Tr
16、ansfer Pressure）,Air,主要因素,現象,35,气孔（Void）,Void形成原因及解決方案 (2),不規則 External Void,主要因素,饼料异常吸湿 EMC挥发物 饼料密度不够 注模压力不足 模具狀況注膠口堵塞,Internal Void,改善方式,调整回温时间及检查储存环境状况(温湿度) EMC包装增加干燥剂 增加打饼压力 调整最佳注模条件 注模压力, 模温 , 预热状况 ,注模时间 / 速度, 等.,現象,36,气孔（Void）,Void形成原因(3),主因,固定区域的外部气孔（ External Void）,Pad Shift 所造成的 External Vo
17、id,上下模流不平衡(下模流较快),37,Pad Shift (Pad 傾斜(Tilt),Pad Shift 照片,Die Pad露出,注胶口,下模流較快,上模流較快,Die 露出,Die Pad 露出,38,冲线(Wire Sweep),Chip,Die Pad,Au Wire,Support Bar,Inner Lead,Wire Sweep照片(X-Ray),Wire Sweep 值 = a / b x 100 (%),b,a,39,冲线（Wire Sweep）,Wire Sweep原因 塑封料（Molding Compound） Viscosity 低粘稠度较佳 Curability
18、慢硬化型较佳金线(Gold Wire) 线径Diameter 线长Length 硬度Hardness Hard type对 wire sweep 较佳但粘结能力较差 焊垫间距Bonding Pitch成型条件(Mold Condition) 注模速度(Transfer Speed) 模温(Mold Temp.) 饼料预热(Tablet Preheating),40,飞边/溢胶(Flash / Resin Bleed) (导致电镀不全),照片,41,模面沾污(Mold Stain),照片,42,3. 环氧塑封料使用说明,43,保存/运输,环氧塑封料在打饼完成后保存在双层塑料袋中，并用纸箱包装。
19、由于环氧塑封料含有树脂与硬化剂，其中的活性基团容易发生反应。因此，环氧塑封料在保存和运输过程中都必须保持在低温环境中。（通常情况下，温度的升高可以显著增加化学反应的速度。） 由于这种化学反应的存在，环氧塑封料都有一定的温度和保存期限要求（根据其中使用树脂的种类不同有差异）。 下表为住友电木集团代表等级的保存温度和期限：,对于具体等级的保存温度和期限请咨询住友电木。,44,醒料,由于环氧塑封料必须保存在冷冻环境中，在使用前必须回复到室温(一般为25)。防止塑封料在使用中由于温差作用表面产生冷凝水，影响产品品质。此过程通常称为“醒料”。 通常情况下，醒料需要24小时左右（纸箱不开封，达到箱内饼料温
20、度均匀）。,注意事项：,通常, 塑封料必须用双层塑料袋包装。必须保持塑料袋完好/密封，防止在醒料过程中水气进入。 当仅需要少量样品时，建议在冷库中取样。并在取样完成后立即扎紧袋口。少量样品的醒料时间可以根据实际情况相应缩短。,45,使用（1）,建议环氧塑封料的使用环境： 温度： 20 +/- 5 度 湿度：相对湿度 50 +/- 10 %,下表为住友电木集团代表等级的推荐现场使用期限（推荐使用环境下）,* 以上信息仅供参考，非作任何保证。,对于具体等级的详细信息，请咨询住友电木,46,使用（2）,半导体封装（后道）的生产流程,清模,润模,连续塑封,在连续生产过程中，塑封料中的蜡和树脂成分会在模
21、具表面积聚。积聚物在高温下易发生氧化，导致外观不良或粘模的发生。,清模的目的 - 去除模具表面的积聚物,润模的目的 - 提供初始脱模性,在清模后，模具表面处于原始状态（无脱模力）塑封料中的蜡质成分只能提供连续生产中需要的脱模力。,47,再入库及过期材料处理,再入库,如材料无法如期使用结束需要再入库，则请参考下面方法：总计时间不超过推荐现场使用期限。第2次醒料后24小时内用完。再入库仅限1次。,过期材料,如材料超过品质保证期限，不建议继续使用。 由于实际状况需要继续使用的，推荐由原制造厂家重新进行检测确认。,48,废弃,由于环氧塑封料中含有环氧树脂，硬化剂，催化剂以及其他种类的添加剂。根据环境保护法，该类物质（包括已固化的材料，如： 生产中产生的残胶，生产中空封的产品等）必须按照国家和当地的有关规定进行处置。,推荐废弃方法：在装备有加力燃烧室和清除装置的化学焚烧炉中焚烧。 污染的包装容器同样处置。,49,希望这份资料能帮助您进一步了解塑封料，并给您的工作带来便利，谢谢！,结束语,
