環氧樹脂
半導體(LED)封裝業占領了海內集成電路財產的主體職位地方，如何選擇電子封裝材料的需要解答的題目顯患上更加劇要。按照資料顯示，90％以上的結晶體管及70％~80％的集成電路已施用份子化合物塑料封裝材料，而環氧樹膠封裝塑粉是最多見的份子化合物塑料封裝材料。本文將對環氧樹膠封裝塑粉的身分、特性、施用材料加以介紹，但愿對IC封裝工程師們在選擇材料、闡發封裝機理方面有所幫助。
1.LED封裝的目的
半導體封裝使諸如二極管、結晶體管、IC等為了維護自己的氣密性，并掩護不受四周情況中濕度與溫度的影響，以及防止電子組件遭到機械振蕩、沖擊孕育發生破損而造成組件特性的變化。因此，封裝的目的有下面所開列幾點：
(1)、防止濕疹等由外部侵入；
(2)、以機械體式格局撐持導線；
(3)、有用地將內部孕育發生的熱排出；
(4)、供給可以容或者手持的形體。
以瓷陶、金屬材料封裝的半導體組件的氣密性較佳，成本較高，合用于可*性要求較高的施用途合。以份子化合物塑料封裝的半導體組件的氣密性較差，可是成本低，因此成為電視、電話機、計較機、無線電收音機等平易近用品的主流。
2.封裝所施用的份子化合物塑料材料
半導體產物的封裝大部門都采用環氧樹膠。它具備的一般特性包孕：成形性、耐熱性、杰出的機械強度及電器絕緣性。同時為防止對封裝產物的特性劣化，樹膠的熱體脹系數要小，水蒸氣的透過性要小，不含對元件有影響的不純物，引針腳(LEAD)的接著性要杰出。純真的一種樹膠要能純粹饜足上面所說的特性是很堅苦的，因此大大都樹膠中均插手填充劑、巧合劑、硬化劑等而成為復合材料來施用。一般說來環氧樹膠比其他樹膠更具備優勝的電氣性、接著性及杰出的低壓成形流動性，而且價格自制，因此成為最常用的半導體塑封材料。
3.環氧樹膠膠粉的構成
一般施用的封裝膠粉中除了環氧樹膠之外，還含有硬化劑、增進劑、抗燃劑、巧合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤滑油劑等身分，現別離介紹如下：
3．1環氧樹膠(EPOXYRESIN)
施用在封裝塑粉中的環氧樹膠品類有雙酚A系(BISPHENOL-A)、NOVOLACEPOXY、環狀脂肪族環氧樹膠(CYCLICALIPHATICEPOXY)、環氧化的丁二烯等。封裝塑粉所選用的環氧樹膠必須含有較低的離子含量，以降低對半導體芯片外貌鋁條的腐化，同時要具備高的熱變型溫度，杰出的耐熱及耐化學性，以及對硬化劑具備杰出的反映性。可選用純一樹膠，也能夠二種以上的樹膠混淆施用。
本文將對環氧樹膠封裝塑粉的機理、特性、施用材料加以介紹，但愿對IC封裝工程師們在選擇材料、闡發封裝機理方面有所幫助。
半導體(LED)封裝業占領了海內集成電路財產的主體職位地方，如何選擇電子封裝材料的需要解答的題目顯患上更加劇要。按照資料顯示，90％以上的結晶體管及70％~80％的集成電路已施用份子化合物塑料封裝材料，而環氧樹膠封裝塑粉是最多見的份子化合物塑料封裝材料。本文將對環氧樹膠封裝塑粉的身分、特性、施用材料加以介紹，但愿對IC封裝工程師們在選擇材料、闡發封裝機理方面有所幫助。
1.LED封裝的目的
半導體封裝使諸如二極管、結晶體管、IC等為了維護自己的氣密性，并掩護不受四周情況中濕度與溫度的影響，以及防止電子組件遭到機械振蕩、沖擊孕育發生破損而造成組件特性的變化。因此，封裝的目的有下面所開列幾點：
(1)、防止濕疹等由外部侵入；
(2)、以機械體式格局撐持導線；
(3)、有用地將內部孕育發生的熱排出；
(4)、供給可以容或者手持的形體。
以瓷陶、金屬材料封裝的半導體組件的氣密性較佳，成本較高，合用于可*性要求較高的施用途合。以份子化合物塑料封裝的半導體組件的氣密性較差，可是成本低，因此成為電視、電話機、計較機、無線電收音機等平易近用品的主流。
2.封裝所施用的份子化合物塑料材料
半導體產物的封裝大部門都采用環氧樹膠。它具備的一般特性包孕：成形性、耐熱性、杰出的機械強度及電器絕緣性。同時為防止對封裝產物的特性劣化，樹膠的熱體脹系數要小，水蒸氣的透過性要小，不含對元件有影響的不純物，引針腳(LEAD)的接著性要杰出。純真的一種樹膠要能純粹饜足上面所說的特性是很堅苦的，因此大大都樹膠中均插手填充劑、巧合劑、硬化劑等而成為復合材料來施用。一般說來環氧樹膠比其他樹膠更具備優勝的電氣性、接著性及杰出的低壓成形流動性，而且價格自制，因此成為最常用的半導體塑封材料。
3.環氧樹膠膠粉的構成
一般施用的封裝膠粉中除了環氧樹膠之外，還含有硬化劑、增進劑、抗燃劑、巧合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤滑油劑等身分，現別離介紹如下：
3．1環氧樹膠(EPOXYRESIN)
施用在封裝塑粉中的環氧樹膠品類有雙酚A系(BISPHENOL-A)、NOVOLACEPOXY、環狀脂肪族環氧樹膠(CYCLICALIPHATICEPOXY)、環氧化的丁二烯等。封裝塑粉所選用的環氧樹膠必須含有較低的離子含量，以降低對半導體芯片外貌鋁條的腐化，同時要具備高的熱變型溫度，杰出的耐熱及耐化學性，以及對硬化劑具備杰出的反映性。可選用純一樹膠，也能夠二種以上的樹膠混淆施用。
3．2硬化劑(HARDENER)
在封裝塑粉頂用來與環氧樹膠起交聯(CROSSLINKING)效用的硬化劑可大抵分成兩類：
(1)、碳酸酐類(ANHYDRIDES)；
(2)、酚樹膠(PHENOLICNOVOLAC)。
以酚樹膠硬化和碳酸酐硬化的環氧樹膠體系就象下的特性比力：弗以酚樹膠硬化的體系的溢膠量少，脫模較易，抗濕性及不改變性別均較碳酸酐硬化者為佳；以碳酸酐硬化者需要較長的硬化時間及較高溫度的后硬化(POSTCURE)；弗以碳酸酐硬化者對外貌泄電流敏銳的元件具備較佳的相容性；費以酚樹膠硬化者在150-175~C之間有較佳的熱不改變性別，但溫度高于175~(2則以碳酸酐硬化者為佳。
硬化劑的選擇除了電氣性子之外，尚要思量作業性、耐濕性、生存性、價格、對人的身體安全性等因素。
3．3增進劑(ACCELERATOORCATALYST)
環氧樹膠封裝塑粉的硬化周期(CURINGCYCLE)約在90-180秒之間，必須可以容或者在瞬息間內硬化，因此在塑粉中新增增進劑以縮短硬化時間是必要的。
此刻大量施用的環氧樹膠塑粉，因為內含硬化劑、增進劑，在混淆加工(COMPOUNDING)后已成為部門交聯的B-STAGE樹膠。在封裝施用完結以前塑粉自己會不停的舉行交聯硬化反映，因此必須將塑粉存貯于5℃以下的冷柜中，以按捺塑粉的硬化速度，而且塑粉也有生存的刻日。要是想制患上不消低溫生存，且具備長的生存刻日(LNOGSHELFLIFE)的塑粉，則肯定是要選用潛在性增進劑(LATENTCATALYST)，這類增進劑在室溫中不會加速硬化反映，只有在高溫時才會產牛增進硬化反映的效驗。今朝日本已有出產沒必要低溫存貯的環氧樹膠膠粉，其要害乃在潛在性增進劑的選用。
3．4抗燃劑(FLAMERETARDANT)
環氧樹膠膠粉中的抗燃劑可分成有機與無機兩種。有機系為溴化的環氧樹膠或者四溴化雙酚A(TETRABROMOBISPHENOLA)。無機系則為三氧化二銻Sb203)的粉末。二者可分隔單獨施用，也可歸并施用，而以歸并施用的抗燃劑效驗為佳。
3．5填充料(LILLER)
在封裝塑粉中，填充料所占的比例至多，約在70％擺布，因此填充料在封裝朔粉中飾演著十分重要的腳色。
3．5．1在塑粉中插手數量適宜適質的填充料，具備下面所開列幾個目的：
(1)削減塑粉硬化后的收縮；
(2)降低環氧樹膠的熱體脹系數；
(3)改善熱傳導；
(4)吸收反映熱；
(5)改善硬化樹膠的機械性子與電學性子；
(6)降低塑粉成本。
3．5．2填充料的品類
施用于環氧樹膠塑粉中的填充料，除了要能改善電絕緣性、電媒質特性之外，尚須具備化學穩固性及低吸濕性。一般常用的填充料有以下幾種：
(1)石英；
(2)高純凈度二氧化硅(施用最為廣泛)；
(3)氫氧化鋁
(4)氧化鋁；
(5)云母粉末；
(6)碳化硅。
3．5．3二氧化硅(SiO2,Silica)
環氧樹膠的熱體脹系數均等約為65×10-6m／cm／℃；，比對封裝樹膠中的金屬埋人件的熱體脹系數大許多。半導體所用的框架(LEADFRAME)與環氧樹膠相差甚遠。若以純樹膠來封裝半導體元件，因為相互間熱體脹系數的差異及元件工作時所孕育發生的熱，將會孕育發生內部策應力及熱應力而造成封裝材料的龜裂。因此插手塑粉中的填充料，除了要能削減樹膠與金屬埋入件間的熱體脹系數外，也要具備杰出的傳熱功效。
二氧化硅粉末可分成結晶性二氧化硅及熔化二氧化硅。結晶性二氧化磚具備較佳的傳熱性但熱體脹系數較大，對熱沖擊的抵當性差。熔化二氧化硅的傳熱性子較差，但卻領有較小的熱體脹系數，對熱沖擊的抵當性較佳。表2是熔化性與結晶性二氧化硅充填的環氧樹膠膠粉的性子比力，可看出熔化性二氧化硅除了傳熱性子較差外，撓曲強度及耐濕性均低于結晶性二氧化硅。
此外，填充料用量的幾多以及粒子的巨細、外形、粒度分布等對于塑粉在移送成形(Transfermolding)時的流動性，以及封裝后制品的電氣性子均會造成影響，這些個因素在選用填充料時均要加以思量。
3．6巧合劑(COUPLIUNGAGENT)
在環氧樹膠中新增少數的巧合劑，能孕育發生下面所開列效用：
增加填充料與樹膠之間的相容性與親和力；
增加膠粉與埋人元件間的接出力；
削減吸水性；
提高撓曲強度；
降低成形中塑粉的粘度，改善流動性；
改善膠粉的熱消散因數(THERMALDUSSIPATIONFACTOR)、損掉因數(LOSSFAC-TOR)及泄電流(LEAKAGECURRENT)。
3．7脫模劑(日ELEASEAGENT)
環氧樹膠的粘著性杰出，對生產模型也會孕育發生接出力，而影響加工封裝完結后的脫模，因此插手脫模劑來改善膠粉與生產模型之間的脫模能力。一般常用的脫模劑有：臘、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。脫模劑的品類與用量要視塑粉方子(樹膠、硬化劑、填充料)而定。脫模劑的用量要適當，要是用量太少會使脫模不易；相反，要是用量過多，不單容易污染生產模型，更會降低膠粉與埋入框架、引線間的粘出力，直接影響到元件的耐濕性及可靠性。下圖為脫模劑新增量與接出力的瓜葛，脫模劑新增愈多，膠粉與埋人件間的接出力降落也愈多。
3．8顏料(PIGMENT)
凡是視制品的色彩來新增顏料。一般的封裝膠粉均以煤黑為顏料，因此制品具備玄色的外不雅。
3．9潤滑油劑(LUBRICANT)
為了增加膠粉在加工成形中的流動性，有時候可插手部門潤滑油劑來降低粘度。可是此舉往往會造成膠粉的玻璃轉移溫度(Tg，GLASSTRANSISTIONTEMPERATURE)的降低及電氣特性的劣化，因此如有需要插手潤滑油劑，最佳選用反映性稀釋劑(RE-ACTIVEDILUENT)，使稀釋劑份子能與樹膠孕育發生化*合，以制止T2及電氣特性的劣化。
4.環氧樹膠塑粉的基本特性
前邊咱們已提到一些塑粉所要具備的特性，下面將進一步切磋這些個特性。
4．1耐熱性
4．1．1玻璃轉移溫度，Tg
要是以熱劣化性為耐熱性的思量要端，則可以Tg來看做參考值。塑粉的Tg值主要取決塑粉的交聯疏密程度：Tgl=Tg0+k／ncTgi：交聯后的TgTg0：未交聯前的TgK：實驗常數nc：兩交聯點前的均等原子數。交聯疏密程度愈高，其Tg值也愈高；耐熱性愈佳，熱變型溫度也愈高。一般封裝塑粉的Tg值約在160℃擺布，太高的Ts會使制品過硬呈脆性，降低對熱沖擊的抵當性。
4．1．2Tg的標定
標定Tg的方法許多,今朝本所施用熱膨脹計(DIALTOMETER)DSC(DIFFERENTIALCANNINGCALORIMETRY)、流變儀(RHEOMETRIC)、TBA(TORSIONALBRAIDANALYZER)等攝譜儀來標定Tg值。
4．2耐腐化性
由從事塑膠封裝電路的故障闡發者所提出的故障成因中，以鋁條腐化(CORROSIONOFALUMINUNMETALLIZATION)所占比例最高，因此耐腐化性實為封裝塑粉的首要思量因素。
4．2．1腐化的成因
就環氧樹膠塑粉而言，造成鋁條腐化的主因為塑粉中所含的氯離子及可水分解性氯(HYDROLYZABLECHLORIDE)。當大氣中的濕疹經由樹膠自己及其與引針腳(LEAD)間的界面，廓張步入半導體的內部，這些個侵入的水氣會與樹膠中的離子性不純物聯合，出格是C1-，而增加不純物的游動性(MOBILITY)。當這些個不純物達到晶片外貌時，即與鋁條形成腐化反映，粉碎極薄的鋁層，造成半導體的故障。
4．2．2腐化的防止
(1)、降低不純物含量
對半導體封裝業者而言，選擇低氯離子含量的封裝膠粉是必要的。今朝一般塑粉中離子性不純物的含量均在10ppm以下。環氧脂因為在合成歷程中施用EPICHLOROHYDRIN，因此沒有辦法制止有氯離子的存在，因此樹膠要經醇化去除大部門氯離子后，再用來出產封裝塑粉。表3為日本廠家的環氧樹膠封裝膠粉的離子含量及電導度。
(2)、新增腐化按捺劑(CORROSIONINHIBITOR)
在膠粉新增腐化按捺劑能減低鋁條的腐化速度，滋擾陽極或者陰極的腐化反映，故而降低腐化全反映(OVERALLREACTION)的速度。所選用的按捺劑要具備如下的性子：①按捺劑中不克不及含有對電路工作有害的離子；②插手按捺劑后所增加的離子電導度不克不及孕育發生有害于電路的副反映；③按捺劑需能形成錯合物(COMPLEX)；④對有機系按捺劑而言，不克不及與環氧樹膠發生反映，在移送面形成硬化歷程中具備穩固性；⑤對無機系按捺劑而言，其所孕育發生的離子不成滲入Si或者SiO：絕緣層中，以避免影響電路的工作。
一般以無機系腐化按捺劑的效驗最佳。其中以鎢酸銨(AMMONIUMTUNGSTATE)、寧檬酸鈣(CALCIUMCITRATE)為常用。
4．3低的熱體脹系數(CTE，COEFFICTENTOFTHERMALEXPANSION)
在前邊咱們已提過因為樹膠與埋人件CTE的差別而孕育發生內部策應力，造成制品*的原因。在此咱們將具體介紹CTE對膠粉影響。
4．3．1GTE與內部策應力的瓜葛
內部策應力可用DANNENBERG’S方程式表示：
σ：內部策應力(internalstress)O：熱體脹系數(CTE)E：彈性模數(elasticmodulus)S：剖面積(crosssectionarea)R：樹膠(resin)：埋人件，框架，晶片口nsertcomponent，leadframe,c你好p)由方程式⑷中，咱們可清楚的看出樹膠與埋人件之間的CTE差愈大，所孕育發生的內部策應力也就愈大。由內部策應力所導致的龜裂(CRACK)將成為外部濕疹及污染侵入的通路，進一步造成元件的故障，因此環氧樹膠膠粉必備低的CTE值。今朝也有人從降低彈性模數來使內部策應力變小。4．3．2影響CTE的因素CTE值可由Tg或者交聯疏密程度來加以控制。此外，以下各因素也會影響CTE：1)濕疹污染；
(2)可塑劑或者潤滑油劑的流掉；
(3)應力的消掉；
(4)未反映的化學品；
(5)后硬化的時間與溫度。
對環氧樹膠塑粉而言，要領有低CTE值必須從填充料上邊來入手。1個塑粉方子工程師必須將Tg及CTE常記在心，作為參考及尋覓需要解答的題目的工具，因為低的CTE及高的Tg對熱沖擊抵當性而言是十分重要的。
4．4成形性
意義廣泛的成形性包孕半導體封裝后的尺寸穩固性、離型性(脫模)、加工成形時的流動性等等。
4．5硬化時的放熱塑粉在硬化特殊情況放出聚合反映熱，要是方子調配不妥發燒量太大特殊情況造成龜裂并賜與元件應力。因此化學工程師在舉行塑粉方子研究時應思量硬化放熱量不成過大。
究竟上塑粉的交聯可分成兩個階段。先膠化，再硬化。低份子量的樹膠膠化的速度比高份子量者快。增進劑的濃度小，則膠化時間由熱或者動力決定；要是增進劑的濃度大，則膠化時間由份子廓張至正確的反映位置決定：
欲快速膠化則增加熱量，所患上材料具備低交聯疏密程度、高CTE、熱收縮性大。欲慢速膠化，則削減熱量，所患上材料具備較高交聯疏密程度、低CTE及較小的熱收縮。
4．6抗燃性
在UL規格中是以94V-O為標準的環氧樹膠塑粉均能饜足此一規格。
4．7接著性與脫模性
前邊已提過脫模劑的用量增加，樹膠的接出力會降低。如果是脫模劑的新增量削減，雖則可以使樹膠與腳架引線的接出力提高，可是生產模型和成形品間的接出力也增加，造成脫模的堅苦。因此脫模劑的新增量要選擇接著性與脫模性兼顧者為好。
4．8低α粒子效應(LOWα-PARTICLEEFFEC)
環氧樹膠膠粉中采用二氧化硅為填充料，而二氧化硅是天然界的礦物，含有微量的鈾、釷等放射性元素。這些個放射性元素在衰變歷程中會放出α粒子。DYNAMICRAM’S及CCD’S等牛導體元件會受α粒子的影響而發生軟性紕繆(SOFFERROR)。STATICRAM’S、ROM’S、PROM’S及EPROM’S等元件則不受。粒子的影響。
當α粒子經過活性元件區域(ACTIVEDEVICEREGIONS)時，會在電子與空穴從頭聯合之前，使N-區域收集電子P-區域收集空穴。要是在一特別指定的區域收集到足夠的電荷，將會侵擾所存貯的資料或者思維規律狀況(LOGICSTATES)。要是所收集和孕育發生的電子數跨越臨界電荷的話，即造成所謂的軟性紕繆。
除了填充料之外，基板(SUBSTRATE)、鋁條(METALLIZATION)也會放出α粒子，可是以填充料為α。粒子的主要孕育發小時候起歷。為了制止α粒子效應除了可用聚亞酸胺(POLYIMIDE)作為掩護涂膜之外，可采用低放射性元素含量的二氧化硅看做填充料。日本已有出產放射性元素含量在1ppb以下的二氧化硅，這些個二氧化硅是經過醇化精辟的，價格也較高。對高可*度牛導體元件而言，必須想法制止α粒子效應。
4．9持久生存性
目前大多膠粉的膠化時間約在30秒擺布，硬化成形后凡是需要后硬化，而且又需冷藏存貯。若要成長出能快速硬化，又能在室溫(MAX40-45℃)生存6個月以上而不掉膠粉的流動性，則肯定是要在潛在性增進劑上加以研究與改良。
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