塑封分立器件的分层问题之我见

杨秀伦，张 鹏

（中国振华集团永光电子有限公司，贵阳 550018）

随着我国科学技术发展越来越快，封装过程中半导体器件的封装与贴装技术的发现脚步也在不断加快，对于封装领域而言，塑料封装工艺至关重要。封装过程中使用塑封器件不仅可以大幅度的降低资金成本，还能减轻整机的体积和重量，但是现在塑封工艺的完善方面仍然会产生各种各样的问题，如塑封分立器件出现严重的分层现象就会直接影响塑封器件的正常使用，造成内部电路运行不正常。所以我们解决了塑封器件的分层问题，就能提高塑封器件的可靠性。

1 分层概述

塑封器件使用的时候会产生内应力问题，指的是不同参数不同材料的塑封器在使用过程中出现材料间的粘结界面出现分离或者剥离现象，导致塑封器件不仅不能保证使用寿命，严重时还不能完成其工作职能。由于不同的材料的热膨胀系数不一样，所以在热应力和湿气的破坏下会出现分层。

分析框架式塑封器件时，我们可以知道芯片界面和封装树脂、引线框架界面和封装树脂、引线框架界面、载片界面和封装树脂、芯片这些部位都容易出现分层问题。铜基片DAP与封装树脂界面是出现分层问题的主要区域。如图1所示为塑封期间的基本结构。

图1 塑封器件结构图

2 分层分类分析

2.1 热应力分析

金属引线框架、焊丝、封装树脂、粘接料以及芯片都是作为塑封器件的结构材料，其中封装树脂的热膨胀系数比引线框架、芯片大一个数量级，塑封器件材料的热膨胀系数会由于温度的高低而产生差异，进而不同材料粘接位置产生的常见应力不同。如果应力大于材料间粘接所能承受的最大应力，就会在断裂强度与屈服强度的基础下发生分层。

分析界面应力数值时。我们可以利用区域能量释放理论、有限元法、虚拟裂纹闭合技术以及积分法等多种方法完成，在封装失效分析过程中适合使用有限元分析法，这种方法除了可以提前知道封装内部的应力分布情况，还会让载片、芯片、塑封当中产生的应力发生转移。近十年，我们都在应力失效分析中应用有限元分析法，最大程度地保证了分析的准确度。分析薄型阵列塑封器件的界面的时候，我们重点考虑温度对塑封器件的形变影响，当模型外部不受任何应力、温度下降速度一致时，塑封器件会产生垂直收缩的形变。

在铜基片DAP与封装树脂当中使用有限元分析法，我们发现其可以产生较大应力，两种材料的拉伸，应力也会统一出现在

材料的某一部分，一旦拉伸应力大于铜基片DAP与封装树脂材

料中的任何一项数值，材料都会发生开裂现象。

2.2 湿气的影响

塑封采用的是非气密性封装，湿气可能进入封装器件当中的途径是封装树脂和引线框架之间的界面，也可能会从封装树脂直接进到塑封器件当中，这两种方式都会对塑封器件内部产生腐蚀。芯片在封装时，湿气腐蚀会使金属表面产生水和氧化物，而氧化物会在封装树脂与金属界面当中吸收一部分的水汽，增强其脆弱度并导致粘接失效，进而造成塑封器件产生失效。如果钾、钠、氯的离子出现在湿气中，会造成芯片引线框架以及DAP腐蚀速度的加快，离解树脂的同时出现分层或者剥离的现象。分层会提高湿气进入的速度，进而最大程度地缩短器件可靠性。高温回流的操作中的器件板组装，不仅会导致湿气气化出现过多的蒸汽压力，也会让热应力与蒸汽压力的共同作用下的塑封材料界面产生分层。轻微的分层现象只是让器件产生裂纹，如果分层现象严重则会导致塑封器件外部出现开裂，进而引发爆米花效应。

3 分层解决方案的制定

制定分层解决方案需要结合分层产生的原因，由此我们可以从封装材料的改进、湿气的预防方面来设计方案。

3.1 改进封装材料

封装树脂材料的吸湿性、应力以及粘接性等都会让分层出现变化。在使用塑封料时，会使用到大量的填料，不同的填料会让封装材料有不一样的使用效果。环氧树脂的热膨胀系数是（50-90）×10-6℃，环氧树脂的1%可以表示硅微粉的热膨，就是0.6×10-6℃，所以，最小的热膨胀系数材料是高填料的最佳选用材料，可以减少热应力对封装材料的影响。硅微粉具备较高的弹性模量，如果用这种材料作为填料，一旦使用的太多的就会让应力变得更大。所以，工作人员要谨慎选用合适的封装材料。

一旦Cl-、Na+等离子杂质出现在塑封材料中，芯片表面会产生带离子的湿气，进而在器件表面产生湿气腐蚀。高纯度是塑封料的特性。所以在对塑封进行操作时，要最大程度的降低芯片表面存在的离子浓度。

3.2 做好引线框架

对于塑封产品成型分离加工而言，生产厂家在进行自动冲切成型系统时，会在系统的上料部分添加一个检测机构。这个检测机构能够识别产品功能，并且可以防止混料情况。如果两个品种的条带和塑封体的外部形状相同，只是在塑封体的厚度上面有一些区别，但也不能通过画像处理检测进行明确的区分，如果在上述条件下，引线框架太薄的话，也不能通过单单的机械传感接触来检测它们的区别。

3.3 预防湿气

工作人员在操作塑封之前首先要观察芯片表面，一旦有脏东西或者发黄的现象出现在芯片表面，就需要先对芯片进行离子清洗操作，再进行塑封，这样才可以最大程度的降低分层问题出现的概率；塑封操作完成要进行器件测试，如果器件测试之后，性能良好的就能使用真空烘烤。塑封后要定期进行器件湿气检查，MSL可靠性或者超声扫描分层检查都能完成这项操作。一旦湿气已经侵入到器件中，就需要根据相关除潮标准对器件进行去湿操作，其中常用方式为：时间24小时，高温125℃烘培。使用去湿后的塑封器件可以增加器件的有效使用时间。工作人员在使用防静电真空包装时，要在静电包装塑料袋当中放置干燥剂，以起到预防湿气的作用。

4 结束语

近几年，对于塑料封装产业而言，市场需求和销售利润变得越来越大，所以，我们更应该解决好分层问题来更好的发展塑封产业。所以，对于相关技术工作人员，在塑封分立器件的处理销售，应该注重器件的选材和湿气防止方面的问题，进而提高塑封半导体器件的可靠性，进一步提高塑封技术的应用范围和应用效果。

[1] 谢广超.EMC封装成形常见缺陷及其对策[J].中国集成电路封装与测试2004，10（65）：53-56.

[2] 赵军毅.低介电常数工艺集成电路的封装技术研究[D].上海：上海复旦大学，2009.

[3] 谢广超.EMC封装成形常见缺陷及其对策[J].中国集成电路封装与测试，2004，10（65）：53-56.