1 耐热性
1．1玻璃转移温度，Tg
如果以热劣化性为耐热性的考虑要点，则可以Tg来当做参考值。塑粉的Tg值主要决定于塑粉的交联密度： Tgl=Tg0+k／nc Tgi：交联后的Tg Tg0：未交联前的Tg K：实验常数 nc：两交联点前的平均原子数。 交联密度愈高，其Tg值也愈高；耐热性愈佳，热变形温度也愈高。一般封装塑粉的Tg值约在160℃左右，过高的Ts会使成品过硬呈脆性，降低对热冲击的抵抗性。
1．2 Tg的测定
测定Tg的方法很多,目前本所使用热膨胀计(DIALTOMETER)DSC(DIFFERENTIAL CANNING CALORIMETRY)、流变仪(RHEOMETRIC)、TBA(TORSIONAL BRAID ANALYZER)等仪器来测定Tg值。
2 耐腐蚀性
由从事塑胶封装电路的故障分析者所提出的故障成因中，以铝条腐蚀(CORROSION OF ALUMINUN METALLIZATION)所占比例最高，因此耐腐蚀性实为封装塑粉的首要考虑因素。
2．1腐蚀的成因
就环氧树脂塑粉而言，造成铝条腐蚀的主因为塑粉中所含的氯离子及可水解性氯(HYDROLYZABLE CHLORIDE)。当大气中的湿气经由树脂本身及其与引线脚(LEAD)间的界面，扩散进入半导体的内部，这些侵入的水气会与树脂中的离子性不纯物结合，特别是C1-，而增加不纯物的游动性(MOBILITY)。当这些不纯物到达晶片表面时，即与铝条形成腐蚀反应，破坏极薄的铝层，造成半导体的故障。
2．2腐蚀的防止
(1)降低不纯物含量
对半导体封装业者而言，选择低氯离子含量的封装胶粉是必要的。目前一般塑粉中离子性不纯物的含量均在10ppm以下。环氧脂由于在合成过程中使用EPICHLOROHYDRIN，因此无法避免有氯离子的存在，因此树脂要经纯化去除大部分氯离子后，再用来生产封装塑粉。表3为日本厂家的环氧树脂封装胶粉的离子含量及电导度。
(2)添加腐蚀抑制剂(CORROSION INHIBITOR)
在胶粉添加腐蚀抑制剂能减低铝条的腐蚀速率，干扰阳极或阴极的腐蚀反应，因而降低腐蚀全反应(OVERALL REACTION)的速率。所选用的抑制剂要具有如下的性质： ①抑制剂中不能含有对电路工作有害的离子； ②加入抑制剂后所增加的离子电导度不能产生有害于电路的副反应； ③抑制剂需能形成错合物(COMPLEX)； ④对有机系抑制剂而言，不能与环氧树脂发生反应，在移送面形成硬化过程中具有安定性； ⑤对无机系抑制剂而言，其所产生的离子不可渗入Si或SiO：绝缘层中，以免影响电路的工作。
一般以无机系腐蚀抑制剂的效果最佳。其中以钨酸铵(AMMONIUM TUNGSTATE)、柠檬酸钙(CALCIUM CITRATE)为常用。
3 低的热膨胀系数(CTE，COEFFICTENT OF THERMAL EXPANSION)
在前面我们已经提过由于树脂与埋人件CTE的不同而产生内应力，造成成品破裂的原因。在此我们将详细介绍CTE对胶粉影响。
3．1 GTE与内应力的关系
内应力可用DANNENBERG’S方程式表示：
σ：内应力(internal stress) O：热膨胀系数(CTE) E：弹性模数(elastic modulus) S：截面积(cross section area) R：树脂(resin)：埋人件，框架，晶片口nsert component，leadframe,chip) 由方程式(4)中，我们可清楚的看出树脂与埋人件之间的CTE差愈大，所产生的内应力也就愈大。由内应力所引起的龟裂(CRACK)将成为外部湿气及污染侵入的通路，进一步造成元件的故障，因此环氧树脂胶粉必须具有低的CTE值。目前也有人从降低弹性模数来使内应力变小。 4．3．2影响CTE的因素 CTE值可由Tg或交联密度来加以控制。此外，以下各因素也会影响CTE： 1)湿气污染；
2)可塑剂或润滑剂的流失；
3)应力的消失；
4)未反应的化学品；
5)后硬化的时间与温度。
对环氧树脂塑粉而言，要拥有低CTE值必须从填充料上面来着手。一个塑粉配方工程师必须将Tg及CTE常记在心，作为参考及寻找问题的工具，因为低的CTE及高的Tg对热冲击抵抗性而言是十分重要的。4 成形性
广义的成形性包括半导体封装后的尺寸安定性、离型性(脱模)、加工成形时的流动性等等。 4．4．1流动性与漩流试验(SPIRAL FlOW TEST)
由于胶粉本身是部分交联的B-STAGE树脂，若贮存不当或贮存过久会增加胶粉交联硬化的程度，而造成流动性的降低，此时即该丢弃此流动性变差的胶粉。一般以漩流实验所得漩流值的大小来判断流动性的好坏，目前封装采用的规格是25-35寸。漩流值过低表示胶粉的流动性差，成形时将无法灌满模子；漩流值过高表示胶粉的流动性太大，容易将埋人件的金属细线冲断并会产生溢胶现象。
4．2 DSC与塑粉流动性
除了漩流试验之外，我们也可利用微差扫瞄式卡计(DSC)来测知胶粉是否仍然具有好的流动性。
第一个放热峰为胶粉硬化时所放出的聚合反应热，此放热峰愈高表示胶粉的反应热愈多，也代表胶粉贮存时硬化的程度少，因此具有良好的流动性。放热峰愈低表示胶粉已大部分硬化，只能放出少量反应热，代表胶粉已失去流动性。利用以上原理，我们可以找出放热峰高度与漩流值之间的对应关系。
如果所贮存的胶粉经DSC分析后发现放热峰高度减少10％以上，表示胶粉已失去良好流动性，宜丢弃不再使用。
5 电气特性
电气性对环氧树脂胶粉而言是一种相当重要的性质，而介电特性(DIELECTRIC PROPERTY)为考虑重点。对封装材料而言，介电常数(DIELECTRIC CONSTANT)愈小其电绝缘性愈佳。介电常数会受频率的改变、温度、湿度的影响。介电常数的变化远比介电常数的起始值来得重要。 此外，成品的密闭封装是很重要的，将直接影响到电学性质。若成品封装不全有空隙存在，除了提供湿气污染的通路外，在接受电压时会发生电晕(CORONA)，使电场集中在空隙前端，引起内部放电而造成绝缘破坏。
6 耐湿性
湿气侵入半导体元件中与离子性不纯物作用，降低绝缘性，使漏电流增加并腐蚀铝路，此为信赖度降低的主因。湿气侵入封装成品中的路径有两条：
●由树脂整体(BULK OF PLASTIC)的表面扩散进入；
●经由树脂与IC脚架间的界面，以毛细现象侵入。
取一个14脚的DIP(DUAl+IN LINE PACKAGE)，在上方打开一个孔洞，孔底可达晶片表面，再将一个设有气体出入口的容器接在DIP的孔洞之上并密封之，然后将此装置浸在100％RH的水蒸气或水中，容器内通人干燥的氮气(0％RH)，水气即会依上述两种途径侵入而进入容器中，我们利用侦测器测出流出氮气中所含有的水气，而得到全部(两种水气渗透速率之和)的水气渗透率Pt。Pt是经由树脂整体侵入的水气渗透速率Pb及经由界面毛细侵入的水气渗透速率P1之和，及Pt=Pb+P1。我们可取相同材料的树脂封住容器的底部，以同样方法测 出Pb，再将Pt与Pb相减即可求出Pl之值。
利用上述方法对塑粉进行评估。根据HARRISON的说法，元件若要具有10年的动作寿命保证，则Pl值应该在70以下。我们不妨利用此方法来对环氧树脂胶粉进行耐湿性评估。
7 硬化时的放热
塑粉在硬化时会放出聚合反应热，如果配方调配不当发热量太大时会造成龟裂并给予元件应力。因此化学工程师在进行塑粉配方研究时应考虑硬化放热量不可过大。
事实上塑粉的交联可分成两个阶段。先胶化，再硬化。低分子量的树脂胶化的速度比高分子量者快。促进剂的浓度小，则胶化时间由热或动力决定；如果促进剂的浓度大，则胶化时间由分子扩散至正确的反应位置决定：
●欲快速胶化则增加热量，所得材料具有低交联密度、高CTE、热收缩性大。
●欲慢速胶化，则减少热量，所得材料具有较高交联密度、低CTE及较小的热收缩。
8 抗燃性
在UL规格中是以94 V-O为标准的环氧树脂塑粉均能满足此一规格。
9 接着性与脱模性
前面已经提过脱模剂的用量增加，树脂的接着力会降低。若是脱模剂的添加量减少，虽然可使树脂与脚架引线的接着力提高，但是模具和成形品间的接着力也增加，造成脱模的困难。因此脱模剂的添加量要选择接着性与脱模性兼顾者为宜。
10 低α粒子效应 (LOWα-PARTICLE EFFEC)
环氧树脂胶粉中采用二氧化硅为填充料，而二氧化硅是自然界的矿物，含有微量的铀、钍等放射性元素。这些放射性元素在蜕变过程中会放出α粒子。DYNAMIC RAM’S及CCD’S等牛导体元件会受α粒子的影响而发生软性错误(SOFF ERROR)。STATIC RAM’S、ROM’S、PROM’S及EPROM’S等元件则不受。粒子的影响。
当α粒子经过活性元件区域(ACTIVE DEVICE REGIONS)时，会在电子与空穴重新结合之 前，使N-区域收集电子P-区域收集空穴。如果在一特定的区域收集到足够的电荷，将会扰乱所贮存的资料或逻辑状态(LOGIC STATES)。如果所收集和产生的电子数超过临界电荷的话，即造成所谓的软性错误。
除了填充料之外，基板(SUBSTRATE)、铝条(METALLIZATION)也会放出α粒子，但是以填充料为α。粒子的主要产生来源。为了避免α粒子效应除了可用聚亚酸胺(POLYIMIDE)作为保护涂膜之外，可采用低放射性元素含量的二氧化硅当做填充料。日本已有生产放射性元素含量在1ppb以下的二氧化硅，这些二氧化硅是经过纯化精炼的，价格也较高。对高可*度牛导体元件而言，必须设法避免α粒子效应。
11 长期保存性
目前大多数胶粉的胶化时间约在30秒左右，硬化成形后通常需要后硬化，并且又需冷藏贮存。若要发展出能快速硬化，又能在室温(MAX40-45℃)保存六个月以上而不失胶粉的流动性，则一定要在潜在性促进剂上加以研究与改良。
本文仅对环氧树脂封装胶基本特性做一简单的介绍，但愿能使半导体业界对塑粉的组成有一概括性的了解，更期望为同行们在选择环氧树脂、研究封装机理方面有所启发。 |
