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标题: 国内半导体封装清模材料的最新进展及趋势 [打印本页]

作者: 小丫头 时间: 2011-5-1 09:11
标题: 国内半导体封装清模材料的最新进展及趋势
国内半导体封装清模材料的最新进展及趋势
霍炬
（天津大学管理学院）

1 引言

在一般半导体器件所采用的转移成型封装过程中，清模是一项看似无关紧要，实际上是非常重要的工序。一方面，在连续成型作业中，来自于塑封料以及脱模剂的一部分成分在高温（170℃～180℃）的作用下发生氧化，并且附着在模具表面，形成难以去除的污垢。如果没有及时清除，不但会造成封装时离型困难和封装体外观缺陷，而且会对模腔表面造成损坏。另一方面，每天例行清模过程所耗的少则1～2h，多则3h的时间，对于目前国内大部分封装测试厂而言，相对于订单数量显得捉襟见肘的产能来讲，绝对是一个异常漫长的过程。

尽管国内外专业媒体对于封装技术和封装材料的专论很多，但专门论述清模工序和清模材料的文章却极为鲜见，这未尝不是一件憾事。因而，本文对目前封装行业中所采用的清模材料的最新进展作一总结，同时就其未来的发展趋势发表笔者的一点陋见，如有疏漏之处，还望不吝赐教。

2 两种主要的清模材料

2.1 三聚氰胺

三聚氰胺清模料，一般是比重为1.2～1.5的白色圆柱或条块。同环氧树脂塑封料相类似，是一种热固性材料，可以采用与之相同的塑封参数。其主要成分是：

①三聚氰胺甲醛树脂。一般占重量百分比为60％～70％，构成清模料的主题，具有很好的流动性和一定的粘性。

②固化剂。一般占清模料3％～10％的重量，在湿度的作用下，同三聚氰胺甲醛树脂发生聚合反应。通过增减固化剂的含量，可以调节清模料的固化时间和流动性。

③填料。占20％～40％的重量百分比。一般有两种不同的填料成分：一种是有机填料，主要是纤维；另外一种为无机填料，一般是二氧化硅颗粒。由于三聚氰胺在固化后易碎，所以纤维填料的作用是增强固化后的强度，避免清模料破裂。而颗粒填料在注塑过程中，与模腔污垢产生刮擦和碰撞，起到研磨的作用。

在清模料中一般还有2％～10％的蜡和添加剂，分别起到离型和增强粘结的作用。

三聚氰胺模料的作用机理有三种：

①粘结作用。三聚氰胺在固化后可以紧紧粘住污垢，并在离型时将污垢从模具表面拉脱。

②研磨作用。在注塑过程中，颗粒填料在胶道和模腔内流过，与污垢发生碰撞和刮擦，从而除去污垢，同时降低污垢与模具表面的附着力。 ③分解作用。部分清模料中所含的添加剂会渗透到污垢内部，使污垢分解，或者降低污垢与模具表面的结合力，从而增强清模效果。

由于三聚氰胺甲醛树脂原料便宜（一般每千克的成本为2.09～2.18美元），所以三聚氰胺的售价不高，一般在每千克9～12美元左右。也正是由于价格的原因，三聚氰胺成为封装行业应用最为广泛的清模材料。

目前生产三聚氰胺清模料的厂家很多，除Nippon Carbide这样的化学品公司外，诸如长春住工、韩国DONGJIN、三星第一毛纺、Cookson等塑封料厂商也生产三聚氰胺清模料。

2.2 清模胶片

传统的清模方法，往往耗时很长，同时也消耗大量的引线框架（或者纸质框架）。为解决这个问题，清模胶片逐渐为封装厂所采用。

对于清模胶片的组成成分，不同的厂商有不同的配方，但经过笔者的调查，大体可以分为如下部分：

①清模胶片的主要成分是未硫化的顺丁橡胶（BR）或者乙丙橡胶（EPR）、其重量百分比大约为50％～70％，在清模流程的温度和压力的作用下，橡胶开始硫化，从而使污垢和橡胶成为一体，在离型的时候将它去除。

同传统的三聚氰胺清模料相比，由于橡胶的粘性要高于三聚氰胺，所以，清模胶片的清模效果要好于三聚氰胺。一般用三聚氰胺需要重复清模8～10次，而如果代之以清模胶片，清洗2～3次就足够了。

②二氧化硅填料，其重量百分比大约为10％～30％。其重要作用是，增强橡胶的强度和抗撕裂性，同时在清模过程中受到挤压以及扩散时，对污垢起到研磨作用。

③硫化剂。

④催化剂和硫化促进剂，以及一定数量的离型剂。

⑤在橡胶中可以加入具有特定亲污垢官能团的添加剂作为清洁助剂，从而使得橡胶与污垢可以更牢固地结合一起，达到更好的清模效果。日本的日东电工对这项技术申请了专利，因而，清洁助剂的技术并未得到广泛采用。

⑥同时，某些清模胶片也采用一定的添加剂，可以分解底层污垢，达到更强的清模效果。如图2所示，模具的污垢构成分为两层结构，其中表层污垢主要是塑封料的组分，相对容易从模具上剥离出来；而底层污垢之中含有脱模剂（石蜡）以及塑封料在高温下的部分碳化产物，同时夹杂了部分模具表面金属镀层的成分，因而，在底层污垢中无机物的含量较高，更难于去除。无论是三聚氰胺还是普通的清模胶条，都无法将底层污垢彻底去除。而某些特殊的添加剂可以渗透到底层污垢内部，将污垢分解，同时降低污垢对于模腔表面的黏附力，从而将底层污垢从模具上剥离。这项技术也属于专利，被日东电工所垄断。

通过以上这些资料，可以总结出清模胶片的作用机理：

①物理粘结作用。通过橡胶的粘结作用，将污垢从模具表面拉除；

②化学粘结作用。通过亲污垢官能团（或者清模基团）完成污垢与橡胶的结合；

③机械研磨作用。通过二氧化硅填料在加压后的运动，撞击和研磨污垢；

④分解作用。分解污垢，达到清除底层污垢的目的。

清模胶片的价格较因其制造厂商和品质而异，一般为每千克20～70美元，现有的制造商包括：日东电工、JINYONGTECH、Keeper、SuperCleaning等，同时诸如Donjin、三星第一毛纺等三聚氰胺厂商也在发展清模胶片。

3 三聚氰胺和清模胶片的比较

三聚氰胺和清模胶片的优缺点，如表1所示。

（1）清模能力

三聚氰胺的粘性要低于橡胶，所以需要反复清模数次才能相对彻底地清楚污垢。相反，清模胶片往往能够2～3次就达到很好的清洁效果。

清模胶片的优越性还在于其不但可以清洁模腔，同时也可以清洁模面和排气口。虽然三聚氰胺也有条块状的产品，可以起到相似的作用，但后者由于容易碎裂，部分残渣会遗留在模腔内形成二次污染，因而其应用还不是十分广泛。

然而，三聚氰胺的优势在于其良好的填充性能。由于采用同塑封相同的注塑方式，三聚氰胺可以充填每个模腔的每一个角落，而对于清模胶片而言，要达到能够填充所有的角落，需要相当的排布胶条的技巧，也是很有难度的。两种材料都有其离型方面的局限性。三聚氰胺的局限性在于其固化后容易破裂，如果其组分中所含的离型剂的比例不太合理，固化的三聚氰胺残渣很容易粘在模腔上，难于去除，造成二次污染，这也是其成分中加入纤维填料的原因。而清模胶片对于较深、较小的模腔，不但不容易填充，而且也会有破裂的问题。

（2）清模时间

清模胶片的最大优势在于其清模时间短，其典型的固化时间是175℃，300s，重复清洗动作2～4次。这样整个清模时间耗时20～30min。而三聚氰胺典型的固化时间是175℃，300s，需要重复清洗动作6～10次，再加上预热时间，整个清模需要耗时2～3h。

（3）使用和储存

清模胶片的保存温度一般要低于5℃，这同环氧树脂塑封料的储存条件是一样的。而三聚氰胺可以做到常温下储存，这给使用者带来很大的方便。两种材料在高温下都会生活刺激性气味，相比较而言，三聚氰胺的气味更容易接受得多。

（4）成本

单就销售来看，清模胶片的价格要远远高于三聚氰胺清模料。但是，三聚氰胺所需的清模次数要远远多于清模胶片，而且，饼料的三聚氰胺在使用的过程中往往需要消耗不少引线框架（也有的厂商为了降低成本，用纸质框架来代替），清模胶片就没有这个问题。所以，如果真正计算清模流程的直接成本，需要同时考虑到清模材料的单价和清模材料的消耗量，并加上辅助材料的成本。

清模直接成本＝清模材料的单价

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