秦蘇瓊，侍二增，譚 偉，劉紅杰

(連云港華海誠(chéng)科電子材料有限公司，江蘇連云港222047)

環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)芯片框架粘結(jié)力的研究

秦蘇瓊，侍二增，譚 偉，劉紅杰

(連云港華海誠(chéng)科電子材料有限公司，江蘇連云港222047)

研究了環(huán)氧模塑料配方中不同種類的環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)銅、銅鍍銀以及銅鍍鎳鈀金3種框架材料粘結(jié)力的影響。通過(guò)粘結(jié)力測(cè)試對(duì)比，選出對(duì)框架粘結(jié)力優(yōu)秀的的樹(shù)脂，并分析影響框架粘結(jié)力的原因。試驗(yàn)結(jié)果顯示粘結(jié)力好的樹(shù)脂對(duì)3種框架的粘結(jié)性均有顯著提高。

環(huán)氧模塑料；框架；粘結(jié)力

電子封裝的最初定義為保護(hù)電路芯片以免受到周圍環(huán)境的影響。電子封裝對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的，也是至關(guān)重要的。根據(jù)封裝所用的材料來(lái)劃分，電子封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝、金屬一陶瓷封裝和塑料封裝。塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡(jiǎn)單而廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)。目前絕大部分的封裝都采用塑料封裝，而其中環(huán)氧模塑料又占了塑料封裝中的90%以上，環(huán)氧模塑料已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的重要支柱之一。環(huán)氧模塑料是指由環(huán)氧樹(shù)脂、填充料、催化劑、偶聯(lián)劑、改性劑、脫模劑、阻燃劑和著色劑等組分組成的粉末，按一定的比例經(jīng)過(guò)前混、擠出、粉碎、磁選、后混合、預(yù)成型（打餅）等工藝制成。在注塑成型過(guò)程中將半導(dǎo)體芯片包埋在其中，在熱壓作用下交聯(lián)固化成熱固性塑料，并賦予其一定的結(jié)構(gòu)外形，成為塑料封裝的半導(dǎo)體器件。

引線框架作為集成電路的芯片載體，是一種借助于鍵合材料（金絲、鋁絲、銅絲）實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，它起到了和外部導(dǎo)線連接的橋梁作用。銅基材料以其良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)而大量出現(xiàn)于集成電路用引線框架之行列，應(yīng)用前景十分廣闊，目前已占據(jù)引線框架材料用量的80%。但由于銅容易氧化，使?jié)櫇裥宰儾?，為了保證封裝工藝中的裝片和鍵合性能，使芯片和金絲與引線框架形成良好的擴(kuò)散焊接，引線框架的裝片和鍵合區(qū)域(內(nèi)引線腳上和小島)一般要進(jìn)行鍍銀或者鍍鎳鈀金等表面處理。對(duì)框架進(jìn)行表面處理是因?yàn)殄儗优c引線框架基體和金絲有比其它金屬更加好的結(jié)合力和焊接性能，保證了很好的裝片和鍵合強(qiáng)度，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、耐氧化、可靠性好。

1 環(huán)氧模塑料與框架材料的粘結(jié)力

粘結(jié)力是指環(huán)氧模塑料與引線框架之間的粘結(jié)力的大小。由于SMT回流焊溫度在215～260℃，靠近界面的水分先驟熱膨脹形成氣孔或分層，從而使得塑封料在這個(gè)溫度下粘結(jié)力大幅度下降，導(dǎo)致塑封材料與引線框架以及晶片之間開(kāi)始分離，因此確保塑封材料密封芯片的效果，必須具有良好的的粘結(jié)性能。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原材料

主要環(huán)氧樹(shù)脂（見(jiàn)表1）。

主要酚醛樹(shù)脂（見(jiàn)表2）。

框架材料（見(jiàn)表3）。

3.2 試驗(yàn)方法及步驟

試驗(yàn)基礎(chǔ)配方（見(jiàn)表4）。

試驗(yàn)步驟：將原材料處理為粉狀，按配方比例加入高攪機(jī)進(jìn)行高速混合，混合后加入擠出機(jī)擠出，粉碎過(guò)篩冷藏備用。

表1 主要環(huán)氧樹(shù)脂原料

表2 主要酚醛樹(shù)脂原料

表3 框架材料

表4 基礎(chǔ)配方

3.3 粘結(jié)力測(cè)試

將環(huán)氧模塑料粉末在40 MPa的壓力下壓制成餅料，將餅料在高頻預(yù)熱機(jī)上預(yù)熱到約100℃，投入注塑孔內(nèi)，用tap pull模具傳遞模塑成型，框架為銅鍍銀材質(zhì)。脫模后在175℃的烘箱內(nèi)后固化6 h。將tab pull樣品放入潮箱內(nèi)，置于60℃，60RH%下放置40 h后取出。進(jìn)行3次回流焊，隨后進(jìn)行拉力測(cè)試，測(cè)定塑封料與框架之間的粘接力。見(jiàn)圖1所示。

圖1 tab pull樣品示意圖

4 結(jié)果與討論

4.1 環(huán)氧模塑料中各成分對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力的研究

本節(jié)內(nèi)容研究模塑料中主要成分環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架的粘結(jié)力的影響。

（1）不同環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力的影響如圖2所示。

圖2 不同環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力的影響

試驗(yàn)分析了4種不同環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力比較。圖2為方差分析結(jié)果。其中E1環(huán)氧樹(shù)脂為通用鄰甲酚環(huán)氧樹(shù)脂，E2為多芳香基團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，E3為雙環(huán)戊二烯基團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，E4為聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂。

4種環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力大小為E4＞E3≈E2＞E1。E2中多芳香基團(tuán)以及E3中雙環(huán)戊二烯基團(tuán)由于其交聯(lián)密度小，具有低吸水性，在60℃，60RH%下40 h后在回流焊中由于吸水產(chǎn)生的應(yīng)力小，因而粘結(jié)力好。而E4聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂由于其分子量小，其固化后產(chǎn)物的線膨脹系數(shù)小，在考核過(guò)程中同樣產(chǎn)生應(yīng)力小，表現(xiàn)為對(duì)框架的粘結(jié)力好。但是由于E4為低分子量樹(shù)脂，其軟化點(diǎn)低，操作性差，因而不建議單獨(dú)使用，可以配合其它樹(shù)脂使用。

（2）不同酚醛樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力的影響如圖3所示。

圖3 不同酚醛樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力的影響

試驗(yàn)考察了4種不同酚醛樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力比較。圖3為方差分析結(jié)果。其中H1為通用酚醛樹(shù)脂，H2為多官能團(tuán)酚醛樹(shù)脂，H3為多芳香基團(tuán)酚醛樹(shù)脂，H4為也多芳香基團(tuán)酚醛樹(shù)脂。

4種酚醛樹(shù)脂對(duì)銅鍍銀框架粘結(jié)力大小為H4≈H3＞H2≈H1。同樣類似環(huán)氧樹(shù)脂，H3和H4由于其交聯(lián)密度低，吸水率低，經(jīng)過(guò)溫度、濕度以及過(guò)回流焊后產(chǎn)生的應(yīng)力小，因而粘結(jié)力好。而H2由于其含有多官能團(tuán)，極性基團(tuán)多，吸水率大，造成三級(jí)考核后粘結(jié)力小。

按照銅鍍銀框架的試驗(yàn)方法測(cè)試不同環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)銅框架的粘結(jié)力見(jiàn)圖4所示。

圖4 不同成分對(duì)銅框架粘結(jié)力的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示所有成分均在銅框架上具有優(yōu)異的粘結(jié)力。通過(guò)銅表面的XPS（X射線光電子能譜）分析（見(jiàn)圖5），其中932.4 eV的峰歸為金屬銅或一價(jià)銅；934.6 eV、940.7 eV和943.9 eV的峰為二價(jià)銅，即氫氧化銅和氧化亞銅。由于銅表面存在了二價(jià)氫氧鍵，其與模塑料中的羥基、氫鍵的結(jié)合力好。所以說(shuō)由于裸銅框架表面的化學(xué)鍵決定了模塑料與其具有優(yōu)異的粘結(jié)力。

圖5 銅框架表面的XPS

4.2 環(huán)氧模塑料中各成分對(duì)鎳鈀金框架粘結(jié)力的研究

按照銅鍍銀框架的試驗(yàn)方法測(cè)試不同環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)鎳鈀金框架的粘結(jié)力見(jiàn)圖6所示。

圖6 不同成分對(duì)銅鍍鎳鈀金框架粘結(jié)力的影響

通過(guò)粘結(jié)力數(shù)據(jù)可以看出催化劑環(huán)氧樹(shù)脂E4對(duì)粘結(jié)力提高最有效。總體而言，所有環(huán)氧模塑料對(duì)PPF的粘結(jié)力均不好，銅鍍鎳鈀金框架表面示意圖見(jiàn)圖7，模塑料與框架粘結(jié)面的材質(zhì)為金。由于金表面沒(méi)有活潑的化學(xué)鍵，因而與環(huán)氧模塑料粘結(jié)力較差。

圖7 銅鍍鎳鈀金框架結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 論

本文研究了模塑料對(duì)3種框架材料銅、銅鍍銀、銅鍍鎳鈀金粘結(jié)力的影響，分析了不同的環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂對(duì)粘結(jié)力影響的原因。得出主要結(jié)論：

（1）不同結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)粘結(jié)力有顯著的影響，粘結(jié)力減小次序?yàn)椋郝?lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂＞雙環(huán)戊二烯基團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂≈多芳香基團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂>鄰甲酚環(huán)氧樹(shù)脂。

（2）不同的酚醛樹(shù)脂對(duì)粘結(jié)力影響明顯，粘結(jié)力遞減順序?yàn)椋憾喾枷慊鶊F(tuán)酚醛樹(shù)脂＞多官能團(tuán)酚醛樹(shù)脂＞普通酚醛樹(shù)脂。

（3）對(duì)粘結(jié)力有顯著提高的各成分均適用于銅、銅鍍銀以及銅鍍鎳鈀金框架。銅框架的粘結(jié)力最好，銅鍍鎳鈀金框架粘結(jié)力最小。

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Research of Adhesion Among Epoxy Resin，Phenolic Resin and Lead Frame

QIN Suqiong，SHI Erzeng，TAN Wei，LIU Hongjie

(Lianyungang HHCK electronic Materials Co.Ltd，Lianyungang 222047 China)

Epoxy resin and phenolic resin are main components of epoxy molding compound.Cu，Cu/Ag，Cu/NiPdAu(PPF)are common lead frames materials on semiconductor packaging.This thesis mainly focuses on the study of the adhesion enhancement between EMC and different lead frames.The influence of resins on Cu/Ag also showed similar influence to Cu and Cu/NiPdAu lead frames.

Epoxy molding compound；Lead frame；Adhesion

TN405

：A

：1004-4507(2015)08-0001-05

秦蘇瓊（1982-），女，江蘇連云港人，工程師，南京大學(xué)化學(xué)工程碩士，現(xiàn)任職于連云港華海誠(chéng)科電子材料有限公司研發(fā)經(jīng)理，主要從事于半導(dǎo)體封裝以及集成電路組裝中電子材料的研究和開(kāi)發(fā)工作。

2015-06-30