塑封用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)芯片高溫特性的影響

塑封用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)芯片高溫特性的影響李亞南韓曉紅張聰（濟(jì)南市半導(dǎo)體元件實(shí)驗(yàn)所山東濟(jì)南250014）【摘要】本文討論了不同成分的塑封用環(huán)氧樹(shù)脂的不同特性，并用試驗(yàn)證明了不同塑封用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)芯片高溫特性的影響?！娟P(guān)鍵詞】塑封用環(huán)氧樹(shù)脂；高溫特性；導(dǎo)熱性；熱膨脹系數(shù)0、引言塑封用環(huán)氧樹(shù)脂主要采用二氧化硅為填充料，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)晶性二氧化硅具有較佳的導(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。選取塑封料的時(shí)候要綜合考慮塑封料的特性及與芯片相關(guān)的多方面因素的影響，才能夠生產(chǎn)出性能可靠的二極管。1、問(wèn)題描述生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為SRF10200，ITO-220AC封裝形式，選用立昂生產(chǎn)的98mil規(guī)格的芯片。生產(chǎn)線選用在正常生產(chǎn)時(shí)使用的住工5961C型塑封用環(huán)氧樹(shù)脂。塑封成型后的二極管普通參數(shù)完全能夠滿足要求，但是在做高溫反偏試驗(yàn)的時(shí)候，卻存在高溫反偏后漏電大幅度增大，甚至關(guān)斷的現(xiàn)象，這樣的高溫特性顯然無(wú)法滿足客戶的需求，存在很大的隱患。送樣考核結(jié)果如下表所示，試驗(yàn)條件為160V，100°C，48H：初測(cè)反偏后復(fù)測(cè)1234512345VF（V）0.8210.8200.8390.8240.8300.8290.8290.8340.8360.822IR（以A）0.10.20.10.10.1157172.1113.296.7176.2Vr（V）257.3256.4257.5256.5256.1257.1257.6258.1256.5256.92、改進(jìn)措施2.1首先是考慮到塑封工藝存在不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為過(guò)高的模具溫度和較高的轉(zhuǎn)進(jìn)壓力，對(duì)芯片造成了潛在的損傷。對(duì)現(xiàn)有的塑封成型的工藝條件進(jìn)行了全新的改善，在保證塑封體成型良好的前提下盡可能的減小轉(zhuǎn)進(jìn)壓力、延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間、降低了塑封模具的溫度，模具溫度設(shè)定值為180C，實(shí)測(cè)模具表面溫度為175°C，轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間為22秒，固化時(shí)間為140秒，生產(chǎn)周期比原來(lái)延長(zhǎng)了一倍，選用的樹(shù)脂型號(hào)為住工5961C。塑封完畢的產(chǎn)品做高溫反偏考核，試驗(yàn)條件為160V，100C，48H，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如下:初測(cè)反偏后復(fù)測(cè)1234512345Vf（V）0.8210.8200.8390.8240.8300.8290.8290.8340.8360.822Ir(MA)0.10.20.10.10.154.548.615.140.936.1VR(V)257.3256.4257.5256.5256.1257.1257.6258.1256.5256.9由上述試驗(yàn)表明，改善了塑封成型后的工藝達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果。2.2又采取了雙鋁線鍵合的方式試做了部分樣品，引線框架分別采用了裸銅的和全鍍鎳的兩種規(guī)格分別進(jìn)行了試驗(yàn)，沿用了第一項(xiàng)所示的塑封成型工藝條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有發(fā)生根本的變化，漏電流的變化情況基本和第一次試驗(yàn)結(jié)果相同，由此排除了單鋁線鍵合和雙鋁線鍵合兩種不同鍵合方式對(duì)二極管漏電的影響。2.3在以上試驗(yàn)都不能滿足的情況下，考慮到更換環(huán)氧樹(shù)脂塑封料。因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)平均約為65X10-6m/cm/C，比封裝在樹(shù)脂中的電子元件的熱膨脹系數(shù)大很多。半導(dǎo)體所用的框架與環(huán)氧樹(shù)脂相差甚遠(yuǎn)，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，會(huì)對(duì)芯片造成潛在的影響。基于以上原因更換了正在使用中的同為住工生產(chǎn)的型號(hào)為1100RG的樹(shù)脂，采用單鋁線鍵合方式，塑封成型工藝條件沿用第一項(xiàng)試驗(yàn)的工藝參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如下（高溫反偏試驗(yàn)條件為160V，100C，48H）：初測(cè)反偏后復(fù)測(cè)1234512345Vf（V）0.8210.8200.8390.8240.8300.8320.8470.8350.8680.841Ir(MA)0.10.20.10.10.114.81819.517.215.4Vr(V)257.3256.4257.5256.5256.1241.4256.0255.4256.2254.5以上試驗(yàn)結(jié)果完全能夠滿足使用條件。2.4為了避免出現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果的偶然性，再次按照同樣的條件送樣考核，考核的結(jié)果基本相似，因此認(rèn)為此次試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足最終的需求，達(dá)到預(yù)期目的。3、總結(jié)：我們初期試驗(yàn)選用的5961C型環(huán)氧樹(shù)脂的熱傳導(dǎo)率為55X10-4cal/sec?cm*C，熱膨脹系數(shù)為2.4X10-51/C，是結(jié)晶性二氧化硅塑封料，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。后期試驗(yàn)中選用的1100RG型環(huán)氧樹(shù)脂熱傳導(dǎo)率為16X10-4cal/sec-cm^C，熱膨脹系數(shù)為1.8X102/C，是熔融二氧化硅塑封料，導(dǎo)熱性質(zhì)較差，