环氧塑封料性能及成型技术简介.pdf

是春环氧塑封料性能及成型技术简介Technical Service Depart CCSB是春Epoxy Molding Compound/Typical formulation（环氧塑封料基本配方）Raw MaterialsExampleRatioEpoxy Resin 环氧树脂Cresol Novolac（邻甲酚型），DCPD（双环戊二烯酚 型）,Bis-A（联苯型）,others10-30%Hardener 固化剂Phenol Novolac（酚醛）,Acid Anhydride（酸酎），other5-20%Filler填充料Silica powder（硅粉）,Al-oxide powder（氧化铝），others60-80%Flame retardant阻燃齐1Br Epoxy（澳化环氧），Antimony trioxide（三氧化 睇），Sb2O3,金属氢氧化物,others 10%Catalyst 固化促进剂Amine type（月,Phosphorous type（）others渔类等）Coupling Agent 偶联剂Epoxy Silane（环氧硅烷），Amino Silane（氨基硅烷），othersOthersPigment（色素），Wax（蜡），Wax Modifiers（蜡改性 剂）EME的原材料和生产过程舀口屋-tXTYT自/EME Product y添加剜Additive环氧塑封料是以环氧树脂为基体树脂（粘连剂），以酚醛 树脂为固化剂，加上填料、促进剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂及其它微量组分，按一定的比例经过前混合、混炼（挤出）、冷却、粉碎、磁选、后混合、锭粒成型（打饼）等工艺制成。主要成分及性能是春成分性能Epoxy Resin 环氧树脂环氧树脂是环氧塑封料的重要组成部分之一,起粘连作用。环氧树脂的种类和它所占 比例的不同，不但直接影响着环氧模塑料的流动特性,还直接影响着环氧模塑料的热性 能和电特性。Hardener 固化剂固化剂的主要作用是与环氧树脂反应形成一种稳定的三维网状结构。固化剂和环氧树 脂一起影响着环氧模塑料的流动特性、热性能和电特性。目前常用的固化剂为酚醛树 脂。Filler 填充料环氧塑封料一般选用硅粉（二氧化硅）作为填料，主要有结晶型、熔融型和球型二种 类型。Flame retardant 阻燃剂阻燃剂主要作用是使环氧塑封料满足UL规定的阻燃等级。目前普通材主要使用滨化环 氧树脂及三氧化二锦。环保材主要使用金属氢氧化物或通过提高填充料添加比例，从 而不添加任何阻燃剂。Catalyst 固化促进剂目前实际生产中，成型周期约在20-200秒之间，为使环氧塑封料满足生产需求，达到 短时间内硬化目的，必须在塑封料中添加固化促进剂以缩短固化时间。Coupling Agent 偶联剂偶联剂主要作用就是通过化学反应或者化学吸附的办法来改变填料表面的物理化学性 能，提高其在树脂和有机物中的分散性增进填料与树脂等基体界面的相容性，进而提 高材料的力学性能、化学性能以及电性能。Others着色、脱模等辅助作用。反应机理:是春环氧塑封料是由环氧树脂作粘接剂，酚醛树脂作固化剂，与其他组份 按照一定的比例称量、混合、再经热混合之后制备的单一组份组合物。在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反 应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。固化后的环氧模塑料具 有优良的粘结性，优异的电绝缘性，机械强度高，耐热性和耐化学腐 蚀性好，吸水率低，成型收缩小，成型工艺性能好等特点。具体反应 机理示意图如下所示：Typical raw material and function是春Resin and catalystEpoxy functional groupHeatPhenol hardener functional groupCatalystReaction Product4是春Crosslinking Reaction of Thermoset Resin+Phenol resin(solid)Epoxy resin(solid)Heat5是春Fillers（填料）Fillers are used to control viscosity,improve strength,reducing shrinkage,coefficient of thermal expansionand,water absorption.填料用于控制黏度，改善强度，减小收缩率，热膨胀系数，吸水率.Advantages（优点）Reduced Shrinkage减小收缩率Improved Toughness增加强度Improved Abrasion Resistance增加抗磨性Reduced Water Absorption 降低吸收率Increased Thermal Conductivity 提高导热性Reduced Thermal ExpansionCoefficient减小热膨胀系数Disadvantages缺点）Increased Viscosity 增加黏度Machining Difficulties 加工困难Increased Dielectric Constant 增加介电常数 Increased Weight 增加重量Silica Fillers SiO2是春Natural Quartz天然石英1900-2500CPure Amorphous Quartz纯净的无定形石英Crystalline Filler（结晶型）Fused Silica（熔融型）Regular Geometrical Shape晶体排列规则High Thermal Conductivity热传导系数高Good For Power Devices适用于功率器件High Mold Wear模具磨损高Flake Filler角形Spherical Filler 球形Irregular Shape（无定形）High Strength（高强度）Poor Flowability（流动性差）Round Shape圆形Poor Strength低强度Good Flowability高流动性Low a Ray Filler 低a射线High Purity Fillers for Memory Device to ReduceFiller induced Soft Error.高纯度填料用于防止存储器时出现软体错误。是春Crystalline silicaFused silicaItemUnitCrystallineFusedCTEE-7/degC505Thermal conductivityE-4cal/cm-sec-degC30030CTE Filler type&content(OC4O=uo-suedxa-PEOWOC&OOOFiller content(vol%)结晶型硅砂(crystal silica)是春结晶硅微粉是利用高品位的天然石英，通过特殊工艺生产加工硒，产品纯度高、粒度分布可控。结晶硅微粉的主要特点有：电绝爆性优良。硬度曷，耐磨。化学性质稳定，除与氢氟酸和强碱姓反应外，不与其他任何物质反应相比其他硅微粉，其融性能更好。白度好。熔融型硅砂(fused silica)是春天然高她石英在高温下其微观结构会变成无定型结构的熔融石英。翩硅微箱是选用优质熔融石英，经过特殊研磨工艺加 工而成产品纯度很高、粒度分布可控。该产品主要具有以下物性:炖黯，电性能优异。硬度后，耐磨。化学性质稳定，除与氢氟酸和强碱发生反应外，不与其他任何物质反应。白度好。球形硅砂(spherical silica)晨春球粒硅微粉选用角形结晶型硅微粉或角形熔融型硅微粉经独特工艺 加工而成,目前主要的加工工艺有:高温熔融喷射法、气体火焰法、液 相中控制正硅酸乙酯、四氯化硅水解法。因目前普遍采用的加工工艺须经高温(16002500)处理，故球形硅 微粉不管其最初采用角形结晶型硅微粉或角形熔融型硅微粉,最终都 属于熔融型硅微粉.春Flake SilicaSEM Observation of Package Cross Section(FC=70wt%)Flake Silica is unsuitable for high filler loading EME10春|Spherical SilicaSEM Observation of Package Cross Section(FC=88wt%)Leadframe interfaceHigh filler Loading春Combination of sharp distribution FillerImageoR10091.50.414R6.50.225R1.85Porosity29.5%19.0%12是春EME固化（交联）程度行为曲线EME是一种热固性材料，在一定温度条件下会发生不可逆的交联反应。因此在 生产、储存、使用环节必须注意温度及时间控制，防止材料变质。是春充填过程中的EME黏度行为曲线Viscosity behavior during fillingS S U P J B L I O HTime是春EME系列胶化时间&螺旋流动长度v.s.模温EME Series Gel Time&Spiral Flow v.s.Molding Temperatureoo o o o o o6 5 4 3 2 155165乃18551911-K-11-D725-D325-D7MOLDING TEMPI C)MOLDING TEMP.(C)是春成型 Molding黑胶准备 Compound Preparation回温原理说明Storage Life VS Temp.-M春STORAGE LIFEgLL-sLL-OIN 山 O H W d IlnAs 山 H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14TIME(DAY)EME存储寿命随着存储温度的提高显著短缩。是春成型条件 Molding Conditions模温 Mold Temperature160-200 sec于真热温度Preheat Temp.80110转进压力Transfer30100kgf/cm2Pressure合模压力 Clamp Pressure80160kgf/cm2转进时间Transfer Time固化时间Cure Time后固化时间Post Cure(at 175)2040 sec20T 80 sec48 hrs160-200 sec30100kgf/cm280160kgf/cm2520 sec2080 sec48 hrsa锭粒预热Preheating of Pellet锭粒间留有适当间隙，保证预热温度均匀.锭粒与电极板之间距离保持3-5mm,尽量不要通过调整极板高度来调 节预热温度。b.残留饼厚度/锭重 Cull Thickness/Pellet Weight通过获得合适的残留饼厚度确认锭粒重量是否合适ADJUST PELLET WEIGHT TO GET PROPER CULL THICKNESS转进方向 Transfer direction是春理想的厚度IDEAL THICKNESS太厚TOO THICK_黑胶的浪费，cull固化不完全(COMPOUND LOSS,UNCURED CULL)太薄TOO THIN(不完全充填INCOMPLETE FILL)C.转进压力IRANSF1KZB1SSUB1是春正确的判断表压和实际转进压力之间的关系ACCURATE ADJUSTMENT IS REQUIRED GAUGE PRESSURE VS ACTUAL PRESSURE注意NOTE实际的转进压力需要周期性地用压力计校正ACTUAL PRESSURE SHOULD BE CHECKED PERIODICALLYWITH DILLON GAUGE(FORCE GAUGE)转进头和转进筒需要周期性地进行更换PLUNGER HEAD AND TRANSFER POT SHOULD BE REPLACED PERIODICALLY.(PREVENT PRESSURE LOSS)转进压力Transfer Pressure表压和实际的转进压力Gauge pressure v.s.Actual pressurePr x Sr=Pp x SpSr=iT(Dr/2)2Sp=iT(Dp/2)2Dr:Diameter of RamDp:Diameter of PlungerPp:actual pressure to PKG.Pr:oil pressure shown on Gage with unit kg/cm2(Also all Ram pressure(=Pr x Sr)is shown on the same gage with unit ton)Die surface area doesnt relate in ideal.But complexed runner and cavity structure will make pressure loss.是春dMBMWilMBANSFERSPEED/TD4E转进速度是通过转进距离除于转进时间得到的TR.SPEED IS CALCULATED WITH TR.DISTANCE AND TR.TIMETR.SPEED(CM/SEC)=TR.DISTANCE(L)L=PELLET VOLUME POT_SECTION AREA=r2hn/TTR2TR.DISTANCE(CM)TR.TIME(SEC.)2r:锭粒直径PELLET DIAMETER h:锭粒高度PELLET HEIGHT n:锭粒的颗数NO.OF PELLETS 2R:转进筒直径POT DIAMETER 锭粒的直径应该要和转进筒的直径相近PELLET DIAMETER SHOULD BE CLOSE TO POT DIAMETEREXAMPLE 2R=50mm 2r=48mm e.后固化POST MOLD CURE是春烘箱OVEN为了加热的均匀性，烘箱必需是通过热风扇加热OVEN WITH INSIDE HEATING FAN IS DESIRABLE FORUNIFORM HEATING固化温度和时间CURE TEMP AND TIME 后固化时间要在烘箱达到合适的温度后开始计时CURE TIME SHOULD BE COUNTED AFTER REACHING PROPERTEMP.LEVELTIMETg v.s.PMC time6)WH-ST-7100PMC Time(lu)-B-EME-1200D3CTE(Alpha 2)v.s.PMC time 曲折弓拿度v.s.PMC time 曲折弹性率v.s.PMC timePMC Time(hr)0D3(ZUIUI/MMUQBS-EJnxoEsn3pon IRmxgEPMC Time(hr)EME成型常见问题及其对策充填不良(Incomplete Fill)气孔(Voids)麻点(Pin Hole)溢料(Resin Bleed)流痕(Flow mark)黏模(Stick)开裂(Crack)冲线(Wire sweep)分层(Delamination)EMC封装成型不良相关因素是春关联因素备注EMC性能胶化时间、黏度、流动性、脱模性、粘接 性、耐湿性、耐热性、溢料性、应力、强 度、模量等；模具浇道、浇口、型腔、排气口设计与引线框 架设计的匹配程度等封装工艺合模压力、注塑压力、注塑速度、预热温 度、模具温度、固化时等。其它人员操作/成型机台及周边设备状况充填不良(Incomplete Fill)充填不良（趋向性）是春可能原因建议对策因储存/使用不当或过期，黑胶品质发 生变异（流动性下降）取样检测流动性/胶化时间，并注意黑胶的使 用及保管条件成型工艺与黑胶性能不匹配调整成型工艺参数：预热温度T转进压力&速度T 模温!中心块（cull）厚度过薄检查模具/转进缸及转进杆是否磨损，黑胶锭粒 重量是否足够等.充填不良（随机性）可能原因建议对策模具进胶口（gate）尺寸过小增大gate尺寸黑胶所用硅砂粒径过粗变更硅砂粒径规格模具清洗不当或成型碎屑残留注意洗模方法，同时每次成型后必须用铜刷 和气枪清理干净模面残屑。气孔(Void)三19外部气孔（gate侧）是春可能原因建议对策成型工与黑胶性能不匹配预热温度J 转进压力T速度J 模具温度；或T外部气孔（airvent侧）可能原因建议对策成型工艺与黑胶性能不匹配预热温度J或T 转进压力T速度T内部气孔可能原因建议对策成型工2；与黑胶性能不匹配预热温度J转进压力T速度；模具温度J麻点 a春在封装成形后，封装体的表面有时会出现大量微细小孔，而且位置都比较集中，看卜去是一片麻 点。这些缺陷往往会伴随其他缺陷同时出现,比如充填不良、气孔等。这种缺陷产生的原因主麻点是春可能原因建议对策调整锭粒与高频预热机电极板之间的距离，一般设定3-5mm 的间隙。锭粒预热不均调整锭粒摆放位置，使锭粒间保持均匀间隙，详见下图：锭粒无间隙，预热不均锭粒有间隙（均匀摆放），预热均匀溢料(Resin bleed/Flash)是春溢料 是春可能原因建议对策黑胶黏度过低/填料粒度分布不合理提高树脂黏度/调整填料粒径及分布。成型工艺与黑胶性能不匹配合模压力T转进压力&速度1 模温J模具表面磨损或成型机基座不平整修理模具，调整基座平整度模具模腔 d77777/八树脂流（W:宽;d:深度/厚度L:长度）流痕(Flow Mark)是春可能原因)0离型剂添加过量或混合不均调整离型剂添加量，加强混炼。(2)禺型剂局部累积在模具表面模具清洗频度T黏模黏模是春可能原因建议对策成型工艺与黑胶性能不匹配固化时间（保压时间）t模温T（需检查模温加热装置是否有异常）模面脏污清模频度T黑胶脱模性较差改善黑胶脱模性能或者在封装过程中,适当外 喷脱模剂.是春开裂开裂是春可能原因建议对策粘模固化时间（保压时间）t模温T（需检查模温加热装置是否有异常）清模频度T改善黑胶脱模性能/外敷适量脱模剂各材料间膨胀系数不匹配选择与芯片、框架等材料膨胀系数匹配的黑 胶。（详见附件参考资料）黑胶吸湿 注意存储及使用条件,避免吸湿。择高ig，低膨胀系数、低吸水率、高黏结 力的黑胶。塑封器件开裂原因 及对策是春Mismatch of CTE between Materials17是春冲线(wire sweep)80 kV2.19 W Max Mag 100256 frames2.5mmTube voltage Tube power:Fitter used:Filter strength;Averaging冲线 1冲线二f（粘度，速度）其它因素：模塑料流动不均匀使金线扭曲 由气泡引起的内部应力变化使金线变形 操作迟缓导致模塑料开始固化 大颗粒的充填剂冲击 金线特性：直径，长度，弧度，强度等线对策M春调整注模时间注模速度模温模塑料凝胶时间粘度延长凝胶时间降低催化剂含量 降低模温降低粘度时间降低催化剂含量 降低树脂分子量 提高模温是春分层(Delamination)MSL3处理前分层(Delamination)MSL3处理后是春分层(Delamination)是春可能原因建议对策黑胶性能不足提升密着性 降低热膨胀系数 降低吸水率成型，艺不当调整模温（视package而定）增加转进压力延长保压时间是春结语塑封成形的不良种类很多，在不同的封装形式上有不同的表现形式，发 生的几率和位置也有很大的差异，产生的原因也比较复杂，并且互相牵连，互相影响，所以应该在分别研究的基础上，综合考虑，制定出相应的解决 方法与对策。