塑封分立器件的分層問題探討

李朋

摘要：近年來，在電子產(chǎn)品的具體生產(chǎn)過程中，塑封分立器件的應(yīng)用越來越廣泛。但是，針對產(chǎn)品分層而言，其屬于一種相對嚴(yán)重的質(zhì)量異常情況，對產(chǎn)品自身可靠性以及安全性有著非常大的影響。因此，采用何種方式對分層現(xiàn)象進(jìn)行基礎(chǔ)處理和解決，保證其不會(huì)對電路造成干擾，已經(jīng)逐漸成為了確保塑封分立器件良好應(yīng)用的技術(shù)要領(lǐng)。在這種背景下，文中即以塑封分立器件為主要研究對象，分析了當(dāng)前塑封分立器件的分層問題，希望可以為提升器件的整體使用效率提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：塑封分立器件;分層問題;可靠性

中圖分類號：TN406

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0122-02

0引言

在社會(huì)不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的新時(shí)期下，我國制造行業(yè)以及輕工業(yè)的發(fā)展水平也得到了前所未有的提升，尤其實(shí)際我國的電子產(chǎn)品，無論是在品種方面，還是在技術(shù)層面，都已經(jīng)躋身于世界前沿，得到了世界各個(gè)國家的廣泛認(rèn)可。當(dāng)前，集成電路的良好發(fā)展，使得電子產(chǎn)品越來越輕便，方便攜帶，因此這一技術(shù)在不斷進(jìn)步以及發(fā)展過程中已經(jīng)逐漸成為了確保行業(yè)優(yōu)勢的主要核心目標(biāo)。其中，針對封裝技術(shù)而言，塑封技術(shù)水平的高低可以在一定程度上對集成電路板塊的使用壽命產(chǎn)生應(yīng)用。所以，應(yīng)該強(qiáng)化對塑封分立器件的分層問題的研究，對這一技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)。

分層簡述

在對塑封分立器件具體的使用期間，由于使用的參數(shù)存在很大差異，所以會(huì)使得不同的材料，其粘結(jié)界面也存在著分離或者剝離的情況，而對于這一情況而言，其屬于內(nèi)應(yīng)力問題的一種，會(huì)很大程度上對塑封其的正常應(yīng)用以及使用壽命造成影響。所謂的分層，其主要是指由于材料存在差異所導(dǎo)致的熱膨脹系數(shù)不同，進(jìn)而對濕氣與熱應(yīng)力造成了不同程度的干擾和破壞。同時(shí)，針對框架式塑封器件問題，通常集中在芯片截面以及封裝樹脂等層面。

針對半導(dǎo)體器件而言，其主要的封裝流程大致可分為芯片切割、芯片粘結(jié)、金線鍵合、塑封、電鍍、切筋成型、測試和出貨等。針對芯片切割，金剛石刀具將芯片從硅片上獨(dú)立出來。用藍(lán)膜將硅片封裝好，將封裝好的硅片放進(jìn)溫度為90～100°C的烘箱烘5～10min。再放到日本DISC公司生產(chǎn)的全自動(dòng)切割機(jī)上進(jìn)行切割。針對劃片后，硅片被轉(zhuǎn)移到自動(dòng)貼片機(jī)上。自動(dòng)粘片焊線機(jī)，每小時(shí)可焊接兩萬六千粒芯片和五萬兩千條金線，首先上料臂將鍍銅框架吸入軌道，再由送片爪運(yùn)送到焊接窗口，由粘片嘴把硅片上已被切割好的芯片一粒一粒的粘在框架上粘接完成后整個(gè)框架又被送入緊連的金線鍵合機(jī)上。針對塑封，其生產(chǎn)所使用設(shè)備是TOWA自動(dòng)模機(jī)，可以有效提升工作效率。

2常見分層情況及其成因研究

2.1材料內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的邊界剝離情況

在對塑封器件進(jìn)行具體的操作期間，由于金屬材料內(nèi)應(yīng)力存在一定的問題和弊端，使得非常容易出現(xiàn)不同材料的粘結(jié)面存在剝離情況，如果沒有及時(shí)的進(jìn)行處理和解決，那么，久而久之，就會(huì)對塑封器件的使用壽命大大降低。同時(shí)，由于參數(shù)設(shè)計(jì)存在一定差異，也會(huì)使得材料的熱膨脹系數(shù)不能得到同時(shí)兼顧，使得有一些材料經(jīng)常會(huì)因?yàn)闈瘢ǖ挠绊?，進(jìn)而出現(xiàn)損壞的情況2]。

2.2金屬基片的粘合度相對較低

通常情況下，在框架塑封器件中，在芯片截面以及封裝樹脂的層面，非常容易出現(xiàn)剝離的情況。并且，封裝使用的樹脂等區(qū)域，也會(huì)經(jīng)常因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。同時(shí)，在具體的DFP樹脂材料的封裝流程中，出現(xiàn)最多的分成情況就是由于金屬極片粘合度非常低，致使銅基片與樹脂封裝交界處出現(xiàn)了分離的情況。

2.3金屬氧化物的濕度相對較大

一般而言，塑封屬于一種非氣密性封裝，因此，在具體的引用期間，濕氣非常容易進(jìn)入到塑封器中，使得塑封器件的內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕等情況，對器件的正常應(yīng)用造成了很嚴(yán)重的影響和制約。并且，在對芯片進(jìn)行具體的封裝階段，濕氣腐蝕還會(huì)使得器件失效，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)讓金屬表面出現(xiàn)水和氧化物。而針對出現(xiàn)的氧化物而言，經(jīng)過一段反應(yīng)之后又會(huì)吸收一部分的水汽，使得在封裝樹脂與金屬基片中，出現(xiàn)了相對薄弱的部分，進(jìn)而引發(fā)粘接失效等問題的出現(xiàn)。此外，如果濕氣的蒸騰作用使得大量鉀和納以離子的形式，隨意的游離于空氣中，那么芯片等就會(huì)遭受非常嚴(yán)重的腐蝕，甚至還會(huì)導(dǎo)致樹脂出現(xiàn)離解剝離的現(xiàn)象。

3分層改進(jìn)的具體方案及對策研究

3.1對熱應(yīng)力進(jìn)行合理的處理

所謂的熱應(yīng)力，其主要是指在具體的塑封工作進(jìn)行階段，物體由于外在的約束以及內(nèi)部各個(gè)部分之間的相互約束力，受溫度不斷改變而出現(xiàn)的應(yīng)力。從客觀的角度上分析和研究，對于任何一種封裝材料來說，其屈服強(qiáng)度或者斷裂強(qiáng)度都一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料的熱應(yīng)力水平，只有這樣，才能夠確保熱應(yīng)力張力引起的分層情況能夠有效規(guī)避和降低4。一般而言，EMC的玻璃化臨界值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的材料，環(huán)氧塑封材料的膨脹系數(shù)等在溫度發(fā)生變化的情況下，環(huán)氧塑封材料的熱膨脹系數(shù)等也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，而在這種工作環(huán)境下，塑封器件的可靠性就不能得到良好的保證。同時(shí)，結(jié)合大量的研究和分析得知，封裝分層的出現(xiàn)，大多都發(fā)生于失效情況及封裝體與芯片等粘結(jié)面，由于其受熱應(yīng)力的影響，最終出現(xiàn)爆裂的情況，再加上部分芯片材料的散熱效果并不能符合相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，從而使得芯片表層的金屬鈍化，進(jìn)而引發(fā)分層問題。

3.2側(cè)重分析對塑封體與氧化體二者的強(qiáng)度

一般而言，當(dāng)金屬表面出現(xiàn)氧化反應(yīng)之后，其無論是化學(xué)性質(zhì)，還是物理性質(zhì)，都會(huì)發(fā)生不同程度的改變。如：一些金屬氧化物的表面會(huì)具有一定的濕潤性，表層的張力以及結(jié)合力等都會(huì)發(fā)生不同程度的改變。電解液中會(huì)有游離很多的氧離子，對會(huì)與銅離子最終形成氧化亞銅，并經(jīng)過一定的沉淀之后，會(huì)形成固態(tài)，針對這種狀態(tài)來說，其非常容易出現(xiàn)氧化銅，并釋放出大量的熱量，從而對塑封分立器件造成一定腐蝕。所以，這對這一問題，相關(guān)人員一定要嚴(yán)格的注意，科學(xué)的進(jìn)行把控，保證不會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，降低分層問題的出現(xiàn)幾率。

3.3對塑封材料的有利效應(yīng)進(jìn)行不斷的降低

通常情況下，塑封起的界面應(yīng)力指數(shù)越高，則說明塑封體界面的應(yīng)力越大，通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測試得知，其最終的結(jié)果說明材料應(yīng)力與產(chǎn)生分層的情況成正比。因此，二者之間有著非常緊密的聯(lián)系，并且，通過對測試的結(jié)果進(jìn)一步研究和分析，通過對照得知，導(dǎo)致塑封材料熱應(yīng)力的因素有很多，包括：塑封料的楊氏彈性模量以及材料的熱膨脹系數(shù)的等。所以為了可以從根本上對分層情況進(jìn)行降低，確保其使用的科學(xué)性，合理性以及有效性，在今后的應(yīng)用過程中，一定要對上述系數(shù)進(jìn)行合理的平衡，明確其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，保證能夠最大程度的對應(yīng)力問題進(jìn)行處理和解決[5]。同時(shí)，在對塑料的玻璃化溫度進(jìn)行降低的過程中，應(yīng)該確保材料的機(jī)械性的不會(huì)隨之降低而發(fā)生改變，保證可以從整體的角度對其效果和水平進(jìn)行提升。此外，由于塑料的膨脹系數(shù)以及楊氏彈性模量，對封裝體內(nèi)的應(yīng)力會(huì)造成非常大的干擾和阻礙。所以，在具體的解決過程中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)膶钍蠌椥阅Ａ窟M(jìn)行減少，也可以有效的降低熱膨脹系數(shù)，確?？梢詫λ芊獠牧蠈?yīng)力進(jìn)行有效的抑制。當(dāng)然，為了保險(xiǎn)起見，仍然需要對熱應(yīng)力相對較小的材料進(jìn)行應(yīng)用，以保證可以對分層問題從根源進(jìn)行降低。

4結(jié)束語

近年來，隨著社會(huì)發(fā)展速度的進(jìn)一步提升，塑料封裝產(chǎn)業(yè)無論是在市場需求層面，還是銷售利潤層面，都得到很大程度上的提升。所以，為了可以有效這一穩(wěn)定態(tài)勢進(jìn)行有效的維持，一定要對塑封分立器件分層問題進(jìn)行合理的解決以及處理。在具體的發(fā)展過程中，相關(guān)人員應(yīng)該深入研究選材以及防止?jié)駳獾葍?nèi)容，不斷對其可靠性以及強(qiáng)塑性進(jìn)行強(qiáng)化，保證可以進(jìn)一步提升塑封技術(shù)的應(yīng)用效果。

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