塑料封装电路分层浅析

穆 鹏

（陕西邮电职业技术学院，咸阳，712000）

集成电路分层是一种常见的现象，这种现象的产生主要是由于电路的内部各界面之间发生了微小的剥离或间隙，而这种分离是由于两种物质由于相互作用力之间存在区别，容易导致塑料封装里面的应力会略大于两者之间的粘接力，因为这种情况的发生会使在塑料封装的时候使两者之间的界面会出现一定的间隔。就针对于塑料封装电路来讲上述的情况主要就发生在塑料与芯片之间的界面上、封装塑料引线框；芯片与装片胶界面等等容易出现界面分离的情况，在当今的研究中界面分离的现象大约有90%的界面分层主要发生在树脂和引线框界面之间，树脂和芯片界面之间。分层现象的出现严重影响封装电路的可靠性与老化以及今后的的功能性。本文将主要对于封装工艺以及上述两种分层原因进行浅析，并对可能的预防措施进行探讨。

1 塑料封装工艺简介

塑料封装工艺指使用树脂对IC产品进行封装的操作，塑料封装工艺其实就是一种非气密封性的封装方式，而下面将主要介绍一下塑料封装工艺的主要流程具体提如图1所示。

各部分的功用如下：

（1）研磨：通过研磨来使精圆达到需要的厚度。

（2）切割：主要是将每颗芯片给分离出来。

（3）装片：将芯片粘贴到引线框或者是基板上面。

图1 封装流程Fig.1 Flow process of plastic packaging

（4）键合：通过物理的方式，将引线框和芯片连接起来。

（5）模压：模压就是要用塑料材料将芯片以及导线用塑封材料进行包装处理，这样做主要就是为了避免芯片在使用的过程中出现受损、氧化的现象。

（6）印字：在胶体上面打印出需要的产品的资讯。

（7）电镀：给引线框的外层镀上锡，方便SMT上板。

（8）切单：将每颗产品从引线框上给分离出来。

（9）包装：使用真空包装，并且将产品进行装箱以及粘贴标签。

（10）出货：按照客户的要求进行货物的配送。

通过上面的分析可以清楚地知道之所以会出现分层，其主要原因就是因为发生了模压，因此通过这个结论就要求相关的封装厂在模压之后都要对产品进行抽测检测产品是否分层从而能更快的查找原因并采取对策，以便挽回损失。

2 基塑料材料间分层问题解析

塑料封装由于具有成本低、尺寸小、质量轻和可批量生产等优点，已经被广泛使用在电子产品的封装过程中。目前塑料材料间分层经过了许多行业的支持研究下，塑料封装在各个方面已经显现出了一定的成熟性，但是关于塑料封材料的有关器件仍然存在着许多的不足之处，就比如在塑料封装中可能会出现的腐蚀失效或者是爆米花失效更可能会出现热膨胀系数（CTE）不匹配而导致的温度失效等。当今，塑料封装器件正在逐步地运用到高可靠性领域，因此在当今快速发展的社会中有关塑料封装器件的可靠性研究成为了当下的热门话题。

通过研究我们发现造成塑料封装分层的原因有许多种，首先通过研究分层的发生率，发现引线框容易分层。然后对引线框产品分层的影响因子进行分类鉴别，发现引线框和树脂两个因子很关键。通过这两个因子能够在一定的程度上降低封装树脂自身的应力、还能够在研究的过程中改善封装树脂的吸湿性的性能，另外这两个因子也能够提高封装树脂的粘接力等方式成为了解决塑料封装分层的主要方法。塑封微电路（PEM）有其固有的弱点，主要表现在温度范围、耐潮湿性、热机械应力。

铜金属构成了引线框的主要成分，基于聚丙烯的PP塑料构成了基板的主要成分。从力的结合方式来看，聚丙烯的PP塑料板中既存在物理反应又有化学反应，就比如树脂与引线框之间的结合就属于是一种物理反应；化学反应则主要体现在树脂与基板之间的结合，要是以学术性的观点看来，从物理学中的力学方面来讲，如果在进行研究的过程中温度能够达到树脂的玻璃化温度，那么树脂与引线框之间所存在的应力就会随着温度的变化而有所提高，但是应力变大的同时也会导致两者之间出现分层的现象，在当下的研究中主要是集中于引像框的成品。分层的可能因素有人为因素，机械因素，材料因素，方法因素，工作环境因素。降低封装树脂的应力、改善封装树脂的吸湿性和提高封装树脂的粘接力等方式成为了解决塑料封装分层的主要方法。塑封微电路（PEM）有其固有的弱点，主要表现在温度范围、耐潮湿性、热机械应力。分层一直困扰着产品可靠性和良率。

3 基塑料材料间分层问题解决方案

3.1 降低树脂与器件之间的应力

目前对于电子产品的封装塑料是采用高分子树脂进行封装的，这种高分子树脂是将塑料助剂加入到了环氧树脂的合成过程中去的。树脂的反应机理：环氧树脂和硬化剂在高温高压下，通过本征反应、溶液反应、自由基反应或者是其他的反应来进行产生一系列的物理化学反应，通过这些反应进行缩聚，合成预聚合物，然后将预聚合物进行冷凝、灌装得到我们需要的塑料材料。目前塑料的主要组成成分被列于表1。

表1 塑料的组成成分Tab.1 Components of plastic materials

就分层来说 ，我们主要研究树脂的应力与结合力，树脂的应力模型公式如下：

降低树脂与器件之间的应力就要首先搞清楚两者之间的形成条件，其次降低树脂与器件之间的应力可以选取一些相对分子质量大，相对分子质量分布窄的树脂，也可以选取杂质含量低的树脂，因为聚合物内的杂质即是应力的集中体，又会降低塑料的原有强度。降低树脂与器件之间的应力可以对成型加工条件进行控制，在塑料制品成型的过程中，凡是能减小制品中聚合物分子取向的成型因素都能够降低取向应力，凡有助于塑料制品脱模的加工方法都有利于降低脱模的内应力。对内应力影响较大的加工条件主要有料筒温度、模具温度等等，对于不同的厚度材料制品，其模温要求不同。对于厚壁制品其模温要适当地高一些，那么在一定的程度上就能够降低树脂与器件之间的应力。

3.2 增强树脂的粘合性

就从树脂的成份上进行分析，影响树脂的粘合性最大影响因素的就是环氧树脂的含量，另外环氧树脂对粘合性也有这不同的表现，在这种表现性中通过研究发现了软性结构的树脂实际上要比硬性的粘合性更好，软性结构的树脂的具体优点就在于能够更容易的和其他封装材料进行结合。采用联苯型环氧树脂这一方案虽具备一定的缺陷，但却具有可行性。偶联剂在塑料配混中，改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。在一定的程度上能够增强塑封料的粘合性，偶联剂的主要影响主要就体现在当塑料封装材料中加入偶联剂的时候将会导致树脂的耦合度以及它的密封度均比较的强，同时由于环氧树脂和塑料封装中的二氧化硅之间的物质的表面极性不同，当偶联剂加入到其中的时候，能够将二氧化硅的表面降低极性，增加与环氧树脂的相容性。

影响材料粘结性能的因素比较多，诸如：被粘结材料的化学组成、界面性质等，所用粘结材料的化学组成、与被粘结材料的相互作用、自身强度等。因此在选择粘结不同材料的粘合剂时，这些因素均需要考虑。就拿环氧树脂作为例子来讲，要想让环氧胶粘剂粘接强度增强我们就可以采用高性能环氧树脂；一些高性能的环氧树脂，如AG-80、AFG-90、酚醛环氧树脂、似盼F环氧树脂、双酚S环氧树脂、液晶环氧树脂、TDE-85(IJ0)、731等，单独配合或与双酚A型环氧树脂共混，都具有很高的粘接强度；选用增强性固化剂，固化剂对环氧胶粘剂的粘接强度有重要影响，选用能使环氧胶固化后粘接强度高的固化剂，如双氰胺、间苯二胺等；添加增强性填充剂，填充剂的加入降低了固化物的热膨胀系数和固化收缩率，减小了内应力。当超负荷作用出现裂纹时，有填料的胶层还能阻止裂纹扩展，从而提高了粘接强度。增强树脂的粘合性能够在一定的程度上减少分层现象的产生。

4 结论

由于产品的分层现象在一定的程度上是没有办法避免的，主要的原因就是因为两者的构成成分一个是金属，而另外一个则是由树脂构成的，构成成分的不同也就导致了两者的物理特性会发生改变，因此在一些特殊的情况下，产品总是会出现因为结合不牢或者两者之间的应力过大而出现的分层，那么既然在研究或者使用的过程中无法避免分层的现象，就要尽最大的努力去改善这种情况并且把分层的现象控制在人为能够控制的范围中。本文就基于塑料助剂的产品分层进行了分析，并对于塑料与金属之间的结合力记性了研究，对于今后降低产品分层程度具有重要的意义。