暗裂失效問題解析

王殿年，李 進，郭本東

（長興電子材料有限公司，江蘇 昆山 215301）

1 引言

近年來，電子封裝技術的發(fā)展越來越快，對封裝材料性能的要求也越來越高，電子封裝不僅要求封裝材料具有優(yōu)良的電性能、熱性能以及機械性能，還要求具有高可靠性和低成本，這也是封裝樹脂成為現(xiàn)代電子封裝主流材料的重要原因，其約占整個封裝材料市場的90%以上。但是由于樹脂封裝是非氣密性封裝，對外界環(huán)境的耐受能力不是很強，在封裝及測試過程中常會出現(xiàn)一些異常點，這些異常點除與塑封料本身有關外，也與整個封裝制程存在相關性，而CRACK（暗裂）問題的發(fā)生就是經(jīng)常在制程中發(fā)生的異常點之一，CRACK暗裂問題往往因不能被及時發(fā)現(xiàn)從而導致異常品流失到客戶端，嚴重的會產(chǎn)生客訴賠償問題。下面分別就封裝樹脂及封裝制程導致發(fā)生CRACK的原因進行分析和探討。

2 實驗分析

2.1 CRACK發(fā)生要因分析

如圖1的主要因素分析圖來看，人、機、料、法、環(huán)五大因素都會影響到CRACK的發(fā)生，本文將主要從“機”和“料”兩個方面著手詳細解析對CRACK問題的影響。

2.2 從“機”方面來考慮

主要影響因素是在模壓工序模具的設計，模具的設計直接關系到開模的順暢性，在使用有鹵塑封料時體現(xiàn)的還不是很明顯，但到了使用無鹵塑封料時，因阻燃劑的變更，塑封料本身的黏性會提高，如仍沿用原來的模具設計，就很有可能產(chǎn)生黏模的問題，故此時模具的設計對開模的影響就顯得尤為重要，這方面的改善可從以下幾方面著手：

（1）可增大模具的脫模角，由 5°～ 7°改為 9°～15°；

（2）可調(diào)整不同模面的粗糙度，PKG側(cè)邊愈光滑愈佳，建議Ra≤0.8，PKG上下面稍粗糙愈佳，建議Ra=2.0～2.2；

（3）模具表面硬化處理，降低EMC和模具表面密著度，表面Cr→CrN（cheap）或 Ni（nano electroplate,expansive）；

（4）使用效果良好的清模劑并增加脫模劑。

案例分析：

PKG Type ：DIP-8L；

問題點描述：暗裂；

改善方法：調(diào)整模具脫模角。

（1）暗裂發(fā)生位置均在四個邊角，無規(guī)律，如圖2。

CRACK發(fā)生位置局部放大圖如圖3。CRACK不良品解剖圖如圖4（同一個產(chǎn)品解剖）。

從解剖圖來看，標識A部分的引腳，鍍層已進入封裝體本體內(nèi)部，標識B部分的引腳未發(fā)生CRACK現(xiàn)象，鍍層未進入封裝體本體內(nèi)部，CRACK暗裂位置發(fā)生在產(chǎn)品的四個邊角部位，且在模壓階段就已發(fā)生，開模過程不順暢，導致四個邊角受力發(fā)生暗裂問題，客戶端分析此異常主要與產(chǎn)品的脫模角大小有關，故對模具的脫模角進行修改，從7°修改到10°，其他特性參數(shù)不變，以修改后模具進行生產(chǎn)觀察未再發(fā)現(xiàn)有CRACK問題，此不良問題解決。

2.3 從“料”方面來考慮

主要影響因素是在塑封料配方設計和腳架設計中。

對于塑封料來講，如配方本身設計不當，在模壓過程無法保證開模的順暢性，存在拉?；蛘衬５膯栴}，就很難避免封裝后的產(chǎn)品不會產(chǎn)生CRACK問題，塑封料的主要原物料組成見表1。

對于表1中所列出的原物料，其中影響塑封料開模特性的除了脫模劑外還有樹脂和阻燃劑等。主要影響因素為脫模劑，因為雖然樹脂的差異會影響到塑封料的開模特性，但只要脫模劑搭配合適就可以通過脫模劑的調(diào)整來克服因樹脂差異導致的粘模問題的發(fā)生；阻燃劑部分則不然，因阻燃劑本身在存儲過程中質(zhì)量上的變異會對塑封料的質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響，需要根據(jù)阻燃劑的類型來判定其對塑封料粘模問題的影響，本文對于此部分暫不進行詳細解析。

塑封料里所使用脫模劑一般可以分為固體及液體兩種，以固體為主，依其來源可分為天然蠟和合成蠟，依其處理方式又有酸化與非酸化之分，依其作用也可分為內(nèi)部潤滑和外部潤滑，所以塑封料中對于脫模劑的使用大都以組合的方式進行。

案例分析：

PKG Type ：SOT-23；

問題點描述：CRACK；

改善方法：調(diào)整配方脫模劑組成。

（1）正常產(chǎn)品如圖5。

（2）異常產(chǎn)品如圖6。

（3）改善方法

以現(xiàn)有配方調(diào)整WAX組成，以剪斷測試驗證，測試方法如圖7，具體結果如表2。

在干凈的鍍Cr片上相同位置連續(xù)成型，測試所釋放出來的蠟是否足夠本身離型，10shot以內(nèi)測試數(shù)據(jù)降到1以下即可滿足離型要求。

以改善品配方提供客戶端測試無CRACK問題再發(fā)生。

2.4 從腳架設計面來看

如設計不當易在封裝后的切筋工序發(fā)生CRACK問題，此問題的發(fā)生可由改變腳架的設計來改善。

案例分析：

PKG Type ：SOT-23；

問題點描述：CRACK；

改善方法：腳架外引腳折彎距離提高。

（1）外引腳折彎距離偏短易在切筋工序發(fā)生CRACK問題,如圖8。

（2）增加外引腳折彎距離（為原設計的1.5倍）成功改善CRACK問題，如圖9。

3 結論

當然，對于CRACK問題除了與以上所提因素有關外，還與環(huán)氧樹脂材料本身的強度及其與腳架的粘接力等有關。隨著環(huán)氧塑封料使用量的增加，在應用端除了會出現(xiàn)常見的如CRACK、分層、電性失效等異常外，可能還會有新的問題出現(xiàn)，這就需要我們結合材料本身和整個生產(chǎn)制程來分析，發(fā)現(xiàn)問題，并最終找出合適的方案予以解決。

［1］H. Lee and Y. Y. Earmme.IEEE Trans Comp, package,Manufact Technol [J]. 1996, 19,168

［2］J.H.Lupinski. Polymer Materials for Electronic Packaging and Interconnection [M]. American Chemical Society, Washing ton DC. 1989, P-286