用于集成電路封裝模具清洗材料的研究

周心其，曹有名，謝 飛，田俊玲

（廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 51006）

用于集成電路封裝模具清洗材料的研究

周心其，曹有名，謝 飛，田俊玲

（廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 51006）

以乙丙橡膠（EPDM）和順丁橡膠（BR）為主要材料，通過共混復(fù)合的方法，制備出用于集成電路封裝模具清洗的橡膠復(fù)合材料．對其力學(xué)性能進(jìn)行了測試，清洗效果用紅外光譜（IR）和掃描電鏡（SEM）進(jìn)行分析．結(jié)果表明，隨著過氧化二異丙苯（DCP）的增加，復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度急劇下降而拉伸強(qiáng)度變化不大．不同清洗成分具有不同的清洗效果；通過IR和SEM證實(shí)，采用混合胺類清洗成分的橡膠復(fù)合材料，清洗效果優(yōu)良．

乙丙橡膠；順丁橡膠；封裝清洗材料

環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物由于具有優(yōu)異的粘結(jié)性能、耐腐蝕性及電性能而被大量應(yīng)用在集成電路封裝中，在晶體管、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路中也有應(yīng)用[1]．

在集成電路的封裝過程中，封裝模具由于反復(fù)使用環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物，長時(shí)間使用后，使得模腔內(nèi)表面粘附有封裝物，影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以對封裝模具的清洗是十分必要．

模具的清洗方法主要有物理法和化學(xué)法．目前國內(nèi)使用較為普遍的物理法主要有手工打磨法、噴砂法、干冰法以及激光和超聲波[2]；化學(xué)法一般采用橡膠材料為主體，復(fù)合一些清模成分，當(dāng)橡膠硫化時(shí)，清洗成分通過滲透等作用，與殘留的封裝物形成化學(xué)結(jié)合，隨著橡膠硫化的進(jìn)行，殘留封裝物與橡膠材料形成一個(gè)整體，使得殘留封裝物從模具的內(nèi)表面剝離，從而達(dá)到清洗模具的目的．

本研究采用化學(xué)法，以未硫化的乙丙橡膠（EPDM）和順丁橡膠（BR）為原料，研究硫化劑DCP的用量對胺類清洗成分清洗效果的影響．目前，國內(nèi)使用的清模材料以進(jìn)口為主[3]，國內(nèi)外這一方面的研究報(bào)道很少．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要原材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備

EPDM，牌號3850；BR，牌號9000，廣東信力特征橡膠制品有限公司生產(chǎn)．二乙烯三胺，上海晶純試劑有限公司生產(chǎn)；三乙醇胺，天津百世試劑有限公司生產(chǎn)；2－（甲胺基）乙醇，上海晶純試劑有限公司生產(chǎn)；硫化促進(jìn)劑，實(shí)驗(yàn)室合成；99%的N－（2－羥乙基）乙二醇，上海晶純試劑有限公司生產(chǎn)．

XSK－160型開煉機(jī)和QLB－D400×400電熱平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；XL－100型拉力試驗(yàn)機(jī)，廣州廣材實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；百分側(cè)厚儀，上海六菱儀器廠產(chǎn)品．

1．2 實(shí)驗(yàn)配方及試樣制備

對國外清模材料專利的分析發(fā)現(xiàn)[4]，清模材料還含有二氧化鈦（加入量1～10phr）和二氧化硅（加入量40～50phr）．本研究所用的配方列于表1．

在橡膠開煉機(jī)上，先加入EPDM/BR塑煉一段時(shí)間后，再加入二氧化硅，二氧化鈦以及胺類清洗劑，在開煉機(jī)上煉至橡膠以完全吃粉后最后加入硫化劑和促進(jìn)劑，待橡膠吃完硫化劑后，薄通打三角包，放寬輥距至3 mm，出片．

表1 實(shí)驗(yàn)配方

在電熱平板硫化儀上硫化，硫化條件為175℃/10 MPa×6 min．

1．3 機(jī)械性能測試

硫化膠拉伸性能按GB/T528－1998測試，啞鈴狀試樣；撕裂強(qiáng)度按GB/T529－1999測試，直角型試樣．通過機(jī)械性能測試，選用性能較好的橡膠配方去工廠現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)．

1．4 紅外光譜測試

分別選用環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物、清模作業(yè)后的硫化橡膠和未清模作業(yè)的硫化橡膠的三個(gè)樣品，其中環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物和清模作業(yè)橡后的硫化橡膠樣品處理成為粉末狀，與NaBr一起研磨后壓片；未進(jìn)行清模作業(yè)橡膠樣品用四氫呋喃溶解，分別送入紅外測試儀中進(jìn)行測試．

2 結(jié)果與討論

2．1 硫化劑DCP用量對清洗材料力學(xué)性能的影響

硫化劑DCP的用量對清洗材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的影響如圖1所示．由圖1可知，DCP用量對拉伸強(qiáng)度的影響不大，而對撕裂強(qiáng)度的影響較大，隨著DCP用量的增加，撕裂強(qiáng)度呈明顯的下降趨勢．當(dāng)DCP用量在2．0 phr以下時(shí)，硫化橡膠雖然具有較大的撕裂強(qiáng)度，但容易粘在模具上，不易脫模，且清洗能力較差．當(dāng)DCP用量大于3．0 phr時(shí)，橡膠在高溫、高壓下容易過硫化，撕裂強(qiáng)度過低，硫化橡膠較脆，不容易從模具中取出．因此，DCP的最佳用量為2．0～3．0 phr．

圖1 DCP用量對力學(xué)性能的影響

2．2 不同清洗劑對清洗效果的影響

清洗劑種類及用量對清洗效果的影響列于表2．由表2可以看出三乙醇胺與2－（甲胺基）乙醇混合清洗的清洗效果最好．

表2 不同清洗劑的清洗效果

2．3 紅外圖譜及掃描電鏡分析

幾種聚合物的IR曲線如圖2所示．圖2中，曲線1為沒有固化的環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物，即集成電路的封裝材料．這些封裝材料經(jīng)過多次在模具中進(jìn)行封裝，極少量粘附在模具表面而變成需要清洗雜質(zhì)．曲線2為清模作業(yè)后的硫化橡膠，曲線3為沒有進(jìn)行清模作業(yè)的硫化橡膠．曲線1與曲線2進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，曲線2中多了環(huán)氧樹脂的特征吸收峰：分別出現(xiàn)在3011．3 cm－1和1251．4 cm－1處，說明經(jīng)過清模作業(yè)后，粘附在模具內(nèi)表面的環(huán)氧樹脂已經(jīng)與清模膠結(jié)合．曲線2和曲線3進(jìn)行比較可知，曲線3上3214．2cm－1處的胺基伸縮振動(dòng)峰在曲線2中已經(jīng)消失，說明所加入的胺類清洗成分在清模過程中完全反應(yīng)，達(dá)到了預(yù)期的清模效果．

經(jīng)清模作業(yè)后的硫化橡膠掃描電鏡如圖3所示，由圖3可見，硫化橡膠表面層粘附了很多雜物，表明模具內(nèi)表面的粘附物得到了清除．

圖2 幾種聚合物的紅外光譜圖

圖3 清模作業(yè)后的硫化橡膠SEM

3 結(jié) 論

（1）硫化劑DCP對硫化橡膠的撕裂強(qiáng)度影響較大，DCP用量為2．0～3．0 phr時(shí)清洗效果和開模效果最好．

（2）混合胺類的清模橡膠清洗能力和清模效果好．

（3）紅外分析和掃描電鏡分析證明模具內(nèi)表面所粘附的雜質(zhì)可被清模橡膠清洗．

[1]曹有名 林尚安．電子封裝材料用環(huán)氧樹脂增韌研究進(jìn)展[J]．粘接，2002，23（3）：34－38．

[2]彭永紅．淺析橡膠硫化模具的化學(xué)清洗[J]．橡膠技術(shù)與裝備，2002，28（11）：21－23．

[3]劉玉強(qiáng)．橡膠模具的原位清洗[J]．特種橡膠制品，1998，19（2）：20－21．

[4]高島浩一．模具清洗組合物：日本，2006－145544[P]．2006－05－25．

The study of mold cleaning rubber composites for IC packaging

ZHOU Xin－qi，CAO You－ming，XIE Fei，TIAN Jun－ling
（Faculty of Polymer Materials and Engineering，School of Materials and Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou 51006，China）

With ethylene propylene rubber（EPDM）and butadiene rubber（BR）as the main row material，through the blend method，the rubber composites were prepared for the IC packaging mold cleaning．The mechanical properties were measured，the cleaning effect was analysized by infrared spectroscopy（IR）and scanning electron microscopy（SEM）．The results showed that，with the addition of dicumyl peroxide（DCP）increased，tear strength of the composite decreased sharply and tensile strength was little changed．The rubber composites contained amine cleaning ingredients showed excellent cleaning effect by IR and SEM analysis．

ethylene propylene rubber；butadiene rubber；packaging cleaning materials

TQ330．6

A

1673－9981（2010）04－0351－04

2010－10－18

周心其（1987—），男，江西上饒人，碩士研究生．