LED的封裝

3．5．2填充料的種類
? 使用于環(huán)氧樹脂塑粉中的填充料，除了要能改善電絕緣性、電介質(zhì)特性之外，尚須具有化學(xué)安定性及低吸濕性。一般常用的填充料有以下幾種： (1)石英；
(2)高純度二氧化硅(使用最為廣泛)；
(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(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)平均約為65×10-6m／cm／℃；，比對(duì)封裝樹脂中的金屬埋人件的熱膨脹系數(shù)大很多。半導(dǎo)體所用的框架(LEAD FRAME)與環(huán)氧樹脂相差甚遠(yuǎn)。若以純樹脂來(lái)封裝半導(dǎo)體元件，由于彼此間熱膨脹系數(shù)的差異及元件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及熱應(yīng)力而造成封裝材料的龜裂。因此加入塑粉中的填充料，除了要能減少樹脂與金屬埋入件間的熱膨脹系數(shù)外，也要具有良好的導(dǎo)熱功能。

? 二氧化硅粉末可分成結(jié)晶性二氧化硅及熔融二氧化硅。結(jié)晶性二氧化磚具有較佳的導(dǎo)熱性但熱膨脹系數(shù)較大，對(duì)熱沖擊的抵抗性差。熔融二氧化硅的導(dǎo)熱性質(zhì)較差，但卻擁有較小的熱膨脹系數(shù)，對(duì)熱沖擊的抵抗性較佳。表2是熔融性與結(jié)晶性二氧化硅充填的環(huán)氧樹脂膠粉的性質(zhì)比較，可看出熔融性二氧化硅除了導(dǎo)熱性質(zhì)較差外，撓曲強(qiáng)度及耐濕性均低于結(jié)晶性二氧化硅。

? 此外，填充料用量的多少以及粒子的大小、形狀、粒度分布等對(duì)于塑粉在移送成形(Transfermolding)時(shí)的流動(dòng)性，以及封裝后成品的電氣性質(zhì)均會(huì)造成影響，這些因素在選用填充料時(shí)均要加以考慮。

3．6偶合劑(COUPLIUNG AGENT)

在環(huán)氧樹脂中添加少量的偶合劑，能產(chǎn)生下列作用：
●增加填充料與樹脂之間的相容性與親和力;
●增加膠粉與埋人元件間的接著力;
●減少吸水性;
●提高撓曲強(qiáng)度；
●降低成形中塑粉的粘度，改善流動(dòng)性;
●改善膠粉的熱消散因子(THERMALDUSSIPATION FACTOR)、損失因子(LOSS FAC-TOR)及漏電流(LEAKAGE CURRENT)。

3．7脫模劑(日ELEASE AGENT)

? 環(huán)氧樹脂的粘著性良好，對(duì)模具也會(huì)產(chǎn)生接著力，而影響加工封裝完畢后的脫模，因此加入脫模劑來(lái)改善膠粉與模具之間的脫模能力。一般常用的脫模劑有：臘、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。脫模劑的種類與用量要視塑粉配方(樹脂、硬化劑、填充料)而定。脫模劑的用量要適當(dāng)，如果用量太少會(huì)使脫模不易；相反，如果用量過多，不但容易污染模具，更會(huì)降低膠粉與埋入框架、引線間的粘著力，直接影響到元件的耐濕性及可*性。下圖為脫模劑添加量與接著力的關(guān)系，脫模劑添加愈多，膠粉與埋人件間的接著力下降也愈多。

3．8顏料(PIGMENT)

通常視成品的顏色來(lái)添加顏料。一般的封裝膠粉均以碳黑為顏料，因此成品具有黑色的外觀。

3．9潤(rùn)滑劑(LUBRICANT)
? 為了增加膠粉在加工成形中的流動(dòng)性，有時(shí)可加入部分潤(rùn)滑劑來(lái)降低粘度。但是此舉往往會(huì)造成膠粉的玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg GLASS TRANSISTION TEMPERATURE)的降低及電氣特性的劣化，因此若有需要加入潤(rùn)滑劑，最好選用反應(yīng)性稀釋劑(RE-ACTIVE DILUENT)，使稀釋劑分子能與樹脂產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，以避免T2及電氣特性的劣化。

4、環(huán)氧樹脂塑粉的基本特性

前面我們已提到一些塑粉所要具備的特性，下面將進(jìn)一步探討這些特性。

4．1耐熱性
4．1．1玻璃轉(zhuǎn)移溫度，Tg
如果以熱劣化性為耐熱性的考慮要點(diǎn)，則可以Tg來(lái)當(dāng)做參考值。塑粉的Tg值主要決定于塑粉的交聯(lián)密度： Tgl=Tg0+k／nc Tgi：交聯(lián)后的Tg Tg0：未交聯(lián)前的Tg K：實(shí)驗(yàn)常數(shù) nc：兩交聯(lián)點(diǎn)前的平均原子數(shù)。交聯(lián)密度愈高，其Tg值也愈高；耐熱性愈佳，熱變形溫度也愈高。一般封裝塑粉的Tg值約在160℃左右，過高的Ts會(huì)使成品過硬呈脆性，降低對(duì)熱沖擊的抵抗性。

4．1．2 Tg的測(cè)定

測(cè)定Tg的方法很多,目前本所使用熱膨脹計(jì)(DIALTOMETER)DSC(DIFFERENTIAL CANNING CALORIMETRY)、流變儀(RHEOMETRIC)、TBA(TORSIONAL BRAID ANALYZER)等儀器來(lái)測(cè)定Tg值。

4．2耐腐蝕性

由從事塑膠封裝電路的故障分析者所提出的故障成因中，以鋁條腐蝕(CORROSION OF ALUMINUN METALLIZATION)所占比例最高，因此耐腐蝕性實(shí)為封裝塑粉的首要考慮因素。

4．2．1腐蝕的成因

就環(huán)氧樹脂塑粉而言，造成鋁條腐蝕的主因?yàn)樗芊壑兴穆入x子及可水解性氯(HYDROLYZABLE CHLORIDE)。當(dāng)大氣中的濕氣經(jīng)由樹脂本身及其與引線腳(LEAD)間的界面，擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體的內(nèi)部，這些侵入的水氣會(huì)與樹脂中的離子性不純物結(jié)合，特別是C1-，而增加不純物的游動(dòng)性(MOBILITY)。當(dāng)這些不純物到達(dá)晶片表面時(shí)，即與鋁條形成腐蝕反應(yīng)，破壞極薄的鋁層，造成半導(dǎo)體的故障。

4．2．2腐蝕的防止

(1)降低不純物含量

對(duì)半導(dǎo)體封裝業(yè)者而言，選擇低氯離子含量的封裝膠粉是必要的。目前一般塑粉中離子性不純物的含量均在10ppm以下。環(huán)氧脂由于在合成過程中使用 EPICHLOROHYDRIN，因此無(wú)法避免有氯離子的存在，因此樹脂要經(jīng)純化去除大部分氯離子后，再用來(lái)生產(chǎn)封裝塑粉。表3為日本廠家的環(huán)氧樹脂封裝膠粉的離子含量及電導(dǎo)度。

(2)添加腐蝕抑制劑(CORROSION INHIBITOR)

? 在膠粉添加腐蝕抑制劑能減低鋁條的腐蝕速率，干擾陽(yáng)極或陰極的腐蝕反應(yīng)，因而降低腐蝕全反應(yīng)(OVERALL REACTION)的速率。所選用的抑制劑要具有如下的性質(zhì)： ①抑制劑中不能含有對(duì)電路工作有害的離子； ②加入抑制劑后所增加的離子電導(dǎo)度不能產(chǎn)生有害于電路的副反應(yīng)； ③抑制劑需能形成錯(cuò)合物(COMPLEX)； ④對(duì)有機(jī)系抑制劑而言，不能與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng)，在移送面形成硬化過程中具有安定性； ⑤對(duì)無(wú)機(jī)系抑制劑而言，其所產(chǎn)生的離子不可滲入Si或SiO：絕緣層中，以免影響電路的工作。

? 一般以無(wú)機(jī)系腐蝕抑制劑的效果最佳。其中以鎢酸銨(AMMONIUM TUNGSTATE)、檸檬酸鈣(CALCIUM CITRATE)為常用。

4．3低的熱膨脹系數(shù)(CTE，COEFFICTENT OF THERMAL EXPANSION)

? 在前面我們已經(jīng)提過由于樹脂與埋人件CTE的不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成成品破裂的原因。在此我們將詳細(xì)介紹CTE對(duì)膠粉影響。

4．3．1 GTE與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系

內(nèi)應(yīng)力可用DANNENBERG’S方程式表示：

σ：內(nèi)應(yīng)力(internal stress) O：熱膨脹系數(shù)(CTE) E：彈性模數(shù)(elastic modulus) S：截面積(cross section area) R：樹脂(resin)：埋人件，框架，晶片口nsert component，leadframe,chip) 由方程式(4)中，我們可清楚的看出樹脂與埋人件之間的CTE差愈大，所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也就愈大。由內(nèi)應(yīng)力所引起的龜裂(CRACK)將成為外部濕氣及污染侵入的通路，進(jìn)一步造成元件的故障，因此環(huán)氧樹脂膠粉必須具有低的CTE值。目前也有人從降低彈性模數(shù)來(lái)使內(nèi)應(yīng)力變小。 4．3．2影響CTE的因素 CTE值可由Tg或交聯(lián)密度來(lái)加以控制。此外，以下各因素也會(huì)影響CTE： 1)濕氣污染；

2)可塑劑或潤(rùn)滑劑的流失；
3)應(yīng)力的消失；
4)未反應(yīng)的化學(xué)品；
5)后硬化的時(shí)間與溫度。

對(duì)環(huán)氧樹脂塑粉而言，要擁有低CTE值必須從填充料上面來(lái)著手。一個(gè)塑粉配方工程師必須將Tg及CTE常記在心，作為參考及尋找問題的工具，因?yàn)榈偷腃TE及高的Tg對(duì)熱沖擊抵抗性而言是十分重要的。

4．4成形性

廣義的成形性包括半導(dǎo)體封裝后的尺寸安定性、離型性(脫模)、加工成形時(shí)的流動(dòng)性等等。 4．4．1流動(dòng)性與漩流試驗(yàn)(SPIRAL FlOW TEST)

由于膠粉本身是部分交聯(lián)的B-STAGE樹脂，若貯存不當(dāng)或貯存過久會(huì)增加膠粉交聯(lián)硬化的程度，而造成流動(dòng)性的降低，此時(shí)即該丟棄此流動(dòng)性變差的膠粉。一般以漩流實(shí)驗(yàn)所得漩流值的大小來(lái)判斷流動(dòng)性的好壞，目前封裝采用的規(guī)格是25-35寸。漩流值過低表示膠粉的流動(dòng)性差，成形時(shí)將無(wú)法灌滿模子；漩流值過高表示膠粉的流動(dòng)性太大，容易將埋人件的金屬細(xì)線沖斷并會(huì)產(chǎn)生溢膠現(xiàn)象。

4．4．2 DSC與塑粉流動(dòng)性

除了漩流試驗(yàn)之外，我們也可利用微差掃瞄式卡計(jì)(DSC)來(lái)測(cè)知膠粉是否仍然具有好的流動(dòng)性。

第一個(gè)放熱峰為膠粉硬化時(shí)所放出的聚合反應(yīng)熱，此放熱峰愈高表示膠粉的反應(yīng)熱愈多，也代表膠粉貯存時(shí)硬化的程度少，因此具有良好的流動(dòng)性。放熱峰愈低表示膠粉已大部分硬化，只能放出少量反應(yīng)熱，代表膠粉已失去流動(dòng)性。利用以上原理，我們可以找出放熱峰高度與漩流值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如果所貯存的膠粉經(jīng)DSC分析后發(fā)現(xiàn)放熱峰高度減少10％以上，表示膠粉已失去良好流動(dòng)性，宜丟棄不再使用。

4．5電氣特性

電氣性對(duì)環(huán)氧樹脂膠粉而言是一種相當(dāng)重要的性質(zhì)，而介電特性(DIELECTRIC PROPERTY)為考慮重點(diǎn)。對(duì)封裝材料而言，介電常數(shù)(DIELECTRIC CONSTANT)愈小其電絕緣性愈佳。介電常數(shù)會(huì)受頻率的改變、溫度、濕度的影響。介電常數(shù)的變化遠(yuǎn)比介電常數(shù)的起始值來(lái)得重要。此外，成品的密閉封裝是很重要的，將直接影響到電學(xué)性質(zhì)。若成品封裝不全有空隙存在，除了提供濕氣污染的通路外，在接受電壓時(shí)會(huì)發(fā)生電暈 (CORONA)，使電場(chǎng)集中在空隙前端，引起內(nèi)部放電而造成絕緣破壞。

4．6耐濕性

濕氣侵入半導(dǎo)體元件中與離子性不純物作用，降低絕緣性，使漏電流增加并腐蝕鋁路，此為信賴度降低的主因。濕氣侵入封裝成品中的路徑有兩條： ●由樹脂整體(BULK OF PLASTIC)的表面擴(kuò)散進(jìn)入； ●經(jīng)由樹脂與IC腳架間的界面，以毛細(xì)現(xiàn)象侵入。取一個(gè)14腳的DIP(DUAl+IN LINE PACKAGE)，在上方打開一個(gè)孔洞，孔底可達(dá)晶片表面，再將一個(gè)設(shè)有氣體出入口的容器接在DIP的孔洞之上并密封之，然后將此裝置浸在100％RH的水蒸氣或水中，容器內(nèi)通人干燥的氮?dú)?0％RH)，水氣即會(huì)依上述兩種途徑侵入而進(jìn)入容器中，我們利用偵測(cè)器測(cè)出流出氮?dú)庵兴械乃畾?，而得到全?兩種水氣滲透速率之和)的水氣滲透率Pt。Pt是經(jīng)由樹脂整體侵入的水氣滲透速率Pb及經(jīng)由界面毛細(xì)侵入的水氣滲透速率P1之和，及Pt=Pb+P1。我們可取相同材料的樹脂封住容器的底部，以同樣方法測(cè) 出Pb，再將Pt與Pb相減即可求出Pl之值。

利用上述方法對(duì)塑粉進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)HARRISON的說法，元件若要具有10年的動(dòng)作壽命保證，則Pl值應(yīng)該在70以下。我們不妨利用此方法來(lái)對(duì)環(huán)氧樹脂膠粉進(jìn)行耐濕性評(píng)估。

4．7硬化時(shí)的放熱

塑粉在硬化時(shí)會(huì)放出聚合反應(yīng)熱，如果配方調(diào)配不當(dāng)發(fā)熱量太大時(shí)會(huì)造成龜裂并給予元件應(yīng)力。因此化學(xué)工程師在進(jìn)行塑粉配方研究時(shí)應(yīng)考慮硬化放熱量不可過大。

事實(shí)上塑粉的交聯(lián)可分成兩個(gè)階段。先膠化，再硬化。低分子量的樹脂膠化的速度比高分子量者快。促進(jìn)劑的濃度小，則膠化時(shí)間由熱或動(dòng)力決定；如果促進(jìn)劑的濃度大，則膠化時(shí)間由分子擴(kuò)散至正確的反應(yīng)位置決定：

●欲快速膠化則增加熱量，所得材料具有低交聯(lián)密度、高CTE、熱收縮性大。 ●欲慢速膠化，則減少熱量，所得材料具有較高交聯(lián)密度、低CTE及較小的熱收縮。

4．8抗燃性

在UL規(guī)格中是以94 V-O為標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)氧樹脂塑粉均能滿足此一規(guī)格。

4．9接著性與脫模性

前面已經(jīng)提過脫模劑的用量增加，樹脂的接著力會(huì)降低。若是脫模劑的添加量減少，雖然可使樹脂與腳架引線的接著力提高，但是模具和成形品間的接著力也增加，造成脫模的困難。因此脫模劑的添加量要選擇接著性與脫模性兼顧者為宜。

4．10低α粒子效應(yīng) (LOWα-PARTICLE EFFEC)

環(huán)氧樹脂膠粉中采用二氧化硅為填充料，而二氧化硅是自然界的礦物，含有微量的鈾、釷等放射性元素。這些放射性元素在蛻變過程中會(huì)放出α粒子。 DYNAMIC RAM’S及CCD’S等牛導(dǎo)體元件會(huì)受α粒子的影響而發(fā)生軟性錯(cuò)誤(SOFF ERROR)。STATIC RAM’S、ROM’S、PROM’S及EPROM’S等元件則不受。粒子的影響。

當(dāng)α粒子經(jīng)過活性元件區(qū)域(ACTIVE DEVICE REGIONS)時(shí)，會(huì)在電子與空穴重新結(jié)合之前，使N-區(qū)域收集電子P-區(qū)域收集空穴。如果在一特定的區(qū)域收集到足夠的電荷，將會(huì)擾亂所貯存的資料或邏輯狀態(tài)(LOGIC STATES)。如果所收集和產(chǎn)生的電子數(shù)超過臨界電荷的話，即造成所謂的軟性錯(cuò)誤。

除了填充料之外，基板(SUBSTRATE)、鋁條(METALLIZATION)也會(huì)放出α粒子，但是以填充料為α。粒子的主要產(chǎn)生來(lái)源。為了避免α粒子效應(yīng)除了可用聚亞酸胺(POLYIMIDE)作為保護(hù)涂膜之外，可采用低放射性元素含量的二氧化硅當(dāng)做填充料。日本已有生產(chǎn)放射性元素含量在1ppb以下的二氧化硅，這些二氧化硅是經(jīng)過純化精煉的，價(jià)格也較高。對(duì)高可*度牛導(dǎo)體元件而言，必須設(shè)法避免α粒子效應(yīng)。

4．11長(zhǎng)期保存性

目前大多數(shù)膠粉的膠化時(shí)間約在30秒左右，硬化成形后通常需要后硬化，并且又需冷藏貯存。若要發(fā)展出能快速硬化，又能在室溫(MAX40-45℃)保存六個(gè)月以上而不失膠粉的流動(dòng)性，則一定要在潛在性促進(jìn)劑上加以研究與改良。