一、灌封工藝 

灌封産品的質(zhì)量，主要與産品設(shè)計、元件選擇、組裝及所用灌封材料密切相關(guān)，灌封工藝也是不容忽視的因素。 

   環(huán)氧灌封有常態(tài)和真空兩種灌封工藝。環(huán)氧樹脂．胺類常溫固化灌封料，一般用於低壓電器，多採用常態(tài)灌封。環(huán)氧樹脂．痠酐加熱固化灌封料，一般用於高壓電子器件灌封，多採用真空灌封工藝，是我們本節(jié)研究的重點。目前常見的有手工真空灌封和機械真空灌封兩種方式，而機械真空灌封又可分爲(wèi)A、B組分先混閤脫泡後灌封和先分彆脫泡後混閤灌封兩種情況。其工藝流程如下：  
(1)手工真空灌封工藝  
(2)機械真空灌封工藝  
先混閤脫泡後灌封工藝  
A、B先分彆脫泡後混閤灌封工藝  
相比之下，機械真空灌封,設(shè)備投資大，維護費用高，但在産品的一緻性、可靠性等方麵明顯優(yōu)於手工真空灌封工藝。無論何種灌封方式，都應(yīng)嚴(yán)格遵守給定的工藝條件，否則很難得到滿意的産品。  

二、灌封産品常齣現(xiàn)的問題及原因分析 
(1)局部放電起始電壓低，線間打火或擊穿 電視機、顯示器行輸齣變壓器，汽車、摩託車點火器等高壓電子産品，常因灌封工藝不當(dāng)，工作時會齣現(xiàn)局部放電(電暈)、線間打火或擊穿現(xiàn)象，是因爲(wèi)這類産品高壓線圈線徑很小，一般隻有0.02～0.04mm，灌封料未能完全浸透匝間，使線圈匝間存留空隙。由於空隙介電常數(shù)遠小於環(huán)氧灌封料，在交變高壓條件下，會産生不均勻電場，引起界麵局部放電，使材料老化分解，引起絶緣破壞。  
從工藝角度分析，造成線間空隙有以下兩方麵原因：  
1)灌封時真空度不夠高，線間空氣未能完全排除，使材料無法完全浸滲。  
2)灌封前試件預(yù)熱溫度不夠，灌人試件物料黏度不能迅速降低，影響浸滲。  
對於手工灌封或先混閤脫泡後真空灌封工藝，物料混閤脫泡溫度高、作業(yè)時間長或超過物料適用期，以及灌封後産品未及時進入加熱固化程序，都會造成物料黏度增大，影響對線圈的浸滲。據(jù)上海常祥實業(yè)有限公司的專傢介紹，熱固化環(huán)氧灌封材料複閤物，起始溫度越高，黏度越小，隨時間延長，黏度增長也越迅速。因此爲(wèi)使物料對線圈有良好的浸滲性，操作上應(yīng)註意如下幾點：  
1)灌封料複閤物應(yīng)保持在給定的溫度範(fàn)圍內(nèi)，併在適用期內(nèi)使用完畢。  
2)灌封前，試件要加熱到規(guī)定溫度，灌封完畢應(yīng)及時進入加熱固化程序。  
3)灌封真空度要符閤技術(shù)規(guī)範(fàn)要求。 
（2）灌封件錶麵縮孔、局部凹陷、開裂灌封料在加熱固化過程中，會産生兩種收縮，卽由液態(tài)到固態(tài)相變過程中的化學(xué)收縮和降溫過程中的物理收縮。進一步分析，固化過程中的化學(xué)變化收縮又有兩箇過程，從灌封後加熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開始到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成階段産生的收縮，我們稱之爲(wèi)凝膠預(yù)固化收縮。從凝膠到完全固化階段産生的收縮我們稱之爲(wèi)後固化收縮。這兩箇過程的收縮量是不一樣的。前者由液態(tài)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)過程中，物理狀態(tài)髮生突變，反應(yīng)基糰消耗量大於後者，體積收縮量也高於後者。凝膠預(yù)固化階段 (75℃/3h)環(huán)氧基消失大於後固化階段(110℃/3h)，差熱分析結(jié)果也證明這點，試樣經(jīng)750℃/3h處理後其固化度爲(wèi)53%。

   若我們對灌封試件採取一次高溫固化，則固化過程中的兩箇階段過於接近，凝膠預(yù)固化和後固化近乎衕時完成，這不僅會引起過高的放熱峰，損壞元件，還會使灌封件産生巨大的內(nèi)應(yīng)力，造成産品內(nèi)部和外觀的缺損。爲(wèi)穫得良好的製件，我們必鬚在灌封料配方設(shè)計和固化工藝製定時，重點關(guān)註灌封料的固化速度(卽A、B複閤物凝膠時間)與固化條件的匹配問題。通常採用的方法是：依照灌封料的性質(zhì)、用途按不衕溫區(qū)分段固化的工藝。據(jù)專傢介紹，綵色電視機行輸齣變壓器灌封按不衕溫區(qū)分段固化規(guī)程及製件內(nèi)部放熱麴線。在凝膠預(yù)固化溫區(qū)段灌封料固化反應(yīng)緩慢進行，反應(yīng)熱逐漸釋放，物料黏度增加和體積收縮平緩進行。此階段物料處於流態(tài)，則體積收縮錶現(xiàn)爲(wèi)液麵下降，直至凝膠，可完全消除該階段體積收縮內(nèi)應(yīng)力。從凝膠預(yù)固化到後固化階段，陞溫也應(yīng)平緩，固化完畢，灌封件應(yīng)隨加熱設(shè)備衕步緩慢降溫，多方麵減少、調(diào)節(jié)製件內(nèi)應(yīng)力分佈狀況，可避免製件錶麵産生縮孔、凹陷甚至開裂現(xiàn)象。 
  對灌封料固化條件的製訂，還要蔘照灌封製件內(nèi)封埋元件的排佈、飽滿程度及製件大小、形狀、單隻灌封量等。對單隻灌封量較大而封埋元件較少的，適當(dāng)?shù)亟档湍z預(yù)固化溫度併延長時間是完全必要的。 
(3)固化物錶麵不良或局部不固化這些現(xiàn)象也多與固化工藝相關(guān)。主要原因是： 
1)計量或混閤裝置失靈、生産人員操作失誤。 
2)A組分長時間存放齣現(xiàn)沉澱，用前未能充分攪拌均勻，造成樹脂和固化劑實際比例失調(diào)。 
3)B組分長時間敞口存放、吸濕失效。 
4)高潮濕季節(jié)灌封件未及時進入固化程序，物件錶麵吸濕。 
總之，要穫得一箇良好的灌封産品，灌封及固化工藝的確是一箇值得高度重視的問題。

三、環(huán)氧樹脂灌封料及其工藝和常見問題

    在電子封裝技術(shù)領(lǐng)域曾經(jīng)齣現(xiàn)過兩次重大的變革。第一次變革齣現(xiàn)在20世紀(jì)70年代前半期，其特徵是由針腳插入式安裝技術(shù)(如DIP)過渡到四邊扁平封裝的錶麵貼裝技術(shù)(如QFP)；第二次轉(zhuǎn)變髮生在20世紀(jì)90年代中期，其標(biāo)誌是焊球陣列．BGA型封裝的齣現(xiàn)，與此對應(yīng)的錶麵貼裝技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路技術(shù)一起跨人21世紀(jì)。隨著技術(shù)的髮展，齣現(xiàn)瞭許多新的封裝技術(shù)和封裝形式，如芯片直接粘接、灌封式塑料焊球陣列(CD-PBGA)、倒裝片塑料焊球陣列(Fc-PBGA)、芯片尺寸封裝(CSP)以及多芯片組件(MCM)等，在這些封裝中，有相當(dāng)一部分使用瞭液體環(huán)氧材料封裝技術(shù)。灌封，就是將液態(tài)環(huán)氧樹脂複閤物用機械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下衕化成爲(wèi)性能優(yōu)異的熱衕性高分子絶緣材料。

    1 産品性能要求

   灌封料應(yīng)滿足如下基本要求：性能好，適用期長，適閤大批量自動生産線作業(yè)；黏度小，浸滲性強，可充滿元件和線間；在灌封和固化過程中，填充劑等粉體組分沉降小，不分層；固化放熱峰低，固化收縮?。恍h化物電氣性能和力學(xué)性能優(yōu)異，耐熱性好，對多種材料有良好的粘接性，吸水性和線膨脹繫數(shù)??；在某些場閤還要求灌封料具有難燃、耐候、導(dǎo)熱、耐高低溫交變等性能。

   在具體的半導(dǎo)體封裝中，由於材料要與芯片、基闆直接接觸，除滿足上述要求外，還要求産品必鬚具有與芯片裝片材料相衕的純度。在倒裝芯片的灌封中，由於芯片與基闆間的間隙很小，要求灌封料的黏度極低。爲(wèi)瞭減少芯片與封裝材料間産生的應(yīng)力，封裝材料的模量不能太高。而且爲(wèi)瞭防止界麵處水分滲透，封裝材料與芯片、基闆之間應(yīng)具有很好的粘接性能。

2 灌封料的主要組份及作用

   灌封料的作用是強化電子器件的整體性，提高對外來衝擊、震動的抵抗力；提高內(nèi)部元件、線路間絶緣，有利於器件小型化、輕量化；避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能。

   環(huán)氧樹脂灌封料是一多組分的複閤體繫，牠南樹脂、固化劑、增韌劑、填充劑等組成，對於該體繫的黏度、反應(yīng)活性、使用期、放熱量等都需要在配方、工藝、鑄件尺寸結(jié)構(gòu)等方麵作全麵的設(shè)計，做到綜閤平衡。

2.1 環(huán)氧樹脂

   環(huán)氧樹脂灌封料一般採用低分子液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂，這種樹脂黏度較小，環(huán)氧值高。常用的有E．54、E-51、E-44、E-42。在倒裝芯片下填充的灌封中，由於芯片與基闆之間的間隙很小，因此要求液體封裝料的黏度極低。故單獨使用雙酚A型環(huán)氧樹脂不能滿足産品要求。爲(wèi)瞭降低産品黏度，達到産品性能要求，我們可以採用組閤樹脂：如加入黏度低的雙酚F型環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯型樹脂以及具有較高耐熱、電絶緣性和耐候性的脂環(huán)族環(huán)氧化物。其中，脂環(huán)族環(huán)氧化物本身還具有活性稀釋劑的作用。

2．2 固化劑
    衕化劑是環(huán)氧灌封料配方中的重要成分，固化物性能很大程度取決於固化劑的結(jié)構(gòu)。

    (1)室溫衕化一般採用脂肪族多元胺做固化劑，但這類固化劑毒性大、刺激性強、放熱激烈，衕化和使用過程中易氧化。因此，需要對多元胺進行改性，如利用多冗胺胺基上的活潑氫，部分與環(huán)氧基閤成爲(wèi)羥烷基化及部分與丙烯晴閤成爲(wèi)氰乙基化的綜閤改性，可使固化劑達到低黏度、低毒、低熔點、室溫固化併有一定韌性的綜閤改性效果。

    (2)痠酐類衕化劑是雙組分加熱固化環(huán)氧灌封料最重要的衕化劑。常用的衕化劑有液體甲基四氫鄰苯二甲痠酐、液體甲基六氫鄰苯二甲痠酐、六氫鄰苯二甲痠酐、甲基納迪剋痠酐等。這類固化劑黏度小，配閤用量大，能在灌封料配方中起到衕化、稀釋雙重作用，固化放熱緩和，衕化物綜閤性能優(yōu)異。

2．3 固化促進劑
    雙組分環(huán)氧一痠酐灌封料，一般要在140℃左右長時間加熱纔能固化。這樣的固化條件，不僅造成能源浪費，而且多數(shù)電子器件中的元件、骨架外殼是難以承受的。配方中加入促進劑組分則可有效降低固化溫度、縮短固化時間。常用的促進劑有：卞基二胺、DMP-30等叔胺類。也可使用咪唑類化閤物和羧痠的金屬鹽，如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑等。

2．4 偶聯(lián)劑

   爲(wèi)瞭增加二氧化硅和環(huán)氧樹脂之間的密著性，需加入硅烷偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑可以改善材料的粘接性和防潮性。適用於環(huán)氧樹脂的常用硅烷偶聯(lián)劑有縮水甘油氧丙基三氧基硅烷(KH-560)、苯胺基甲三乙氧基硅烷、α-氯代丙基三甲氧基硅烷、α-巰基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、二乙烯二胺基丙基三甲氧基硅烷等。

2．5 活性稀釋劑

   單獨使用環(huán)氧樹脂，加入無機填料後黏度明顯增大，不利於操作和消泡，常需加入一定量的稀釋劑，以增加其流動性和滲透I生，併延長使用期，稀釋劑有活性和非活性之分。非活性稀釋劑不蔘與固化反應(yīng)，加人量過多，易造成産品收縮率提高，降低産品力學(xué)性能及熱變形。活性稀釋劑蔘與固化反應(yīng)增加瞭反應(yīng)物的鏈節(jié)，對固化物性能影響較小。灌封料中選用的就是活性生稀釋劑，常用的有：正丁基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、二乙基己基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚。

2．6 填充劑

   灌封料中填料的加入對提高環(huán)氧樹脂製品的某些物理性能和降低成本有明顯的作用。牠的添加不僅能降低成本，還能降低固化物的熱膨脹繫數(shù)、收縮率以及增加熱導(dǎo)率。在環(huán)氧灌封料中常用的填充劑有二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化硼等材料。錶1是常見無機填料的導(dǎo)熱繫數(shù)。二氧化硅又分爲(wèi)結(jié)晶型、熔融角型和球形二氧化硅。在電子封裝用灌封料中，由於産品要求，優(yōu)選熔融球形二氧化硅。

2．7 消泡劑

   爲(wèi)瞭解決液體封裝料衕化後錶麵留有氣泡的問題，可加入消泡劑。常用的是乳化硅油類乳化劑。

2．8 增韌劑

   增韌劑在灌封料中起著重要作用，環(huán)氧樹脂的增韌改性主要通過加增韌劑、增塑劑等來改進其韌性，增韌劑有活性和惰性兩種，活性增韌劑能和環(huán)氧樹脂一起蔘加反應(yīng)，增加反應(yīng)物的鏈節(jié)，從而增加固化物的韌性。一般選擇端羧劑液體丁腈橡膠，在體繫內(nèi)形成增韌的"海島結(jié)構(gòu)"，增加材料的衝擊韌度和耐熱衝擊性能。

2．9 其他組分

   爲(wèi)滿足灌封件特定的技術(shù)、工藝要求，還可在配方中加人其他組分。如阻燃劑可提高材料的工藝性；著色劑用以滿足製件外觀要求等。

     3 灌封工藝

   環(huán)氧樹脂灌封有常態(tài)和真空兩種工藝。圖1爲(wèi)手工真空灌封工藝流程。

  4 常見問題及解決方法

4．1 放電、線間打火或擊穿現(xiàn)象
    由於灌封工藝不當(dāng)，器件在工作時會産生放電、線間打火或擊穿現(xiàn)象，這是因爲(wèi)這類産品高壓線圈線徑很小(一般隻有0．02mm～0．04mm)，灌封料未能完全浸透匝間，造成線圈匝問存留空隙。由於空隙介電常數(shù)遠小於環(huán)氧灌封料，在交變高壓條件下會産生不均勻電場，引起局部放電，使材料老化分解造成絶緣破壞。從工藝角度來看，造成線間空隙有兩方麵原因：(1)灌封時真空度不夠高，線問空氣未能完全排除，使材料無法完全浸滲；(2)灌封前試件預(yù)熱溫度不夠，灌入試件物料黏度不能迅速降低，影響浸滲。對於手工灌封或先混閤脫泡後真空灌封工藝，物料混閤脫泡溫度高、作業(yè)時間長或超過物料適用期以及灌封後産品未及時進入加熱固化程序，都會造成物料黏度增大，影響對線圈的浸滲。熱衕性環(huán)氧灌封材料複閤物，起始溫度越高黏度越小，隨時間延長黏度增長也越迅速。因此，爲(wèi)使物料對線圈有良好的浸滲性，操作上應(yīng)註意做到灌封料複閤物應(yīng)保持在閤適的溫度範(fàn)圍內(nèi)，併在適用期內(nèi)使用完畢。灌封前試件要加熱到規(guī)定溫度，灌封完畢應(yīng)及時進入加熱固化程序，灌封真空度要符閤技術(shù)規(guī)範(fàn)要求。

4．2 器件錶麵縮孔、局部凹陷、開裂

   灌封料在加熱衕化過程中會産生兩種收縮：由液態(tài)到固態(tài)相變過程中的化學(xué)收縮和降溫過程中的物理收縮。固化過程中的化學(xué)變化收縮又有兩箇過程：從灌封後加熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開始到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成階段産生的收縮，稱之爲(wèi)凝膠預(yù)固化收縮；從凝膠到完全固化階段産生的收縮我們稱之爲(wèi)後固化收縮。這兩箇過程的收縮量是不一樣的，前者由液態(tài)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)過程中物理狀態(tài)髮生突變，反應(yīng)基糰消耗量大於後者，體積收縮量也高於後者。如灌封試件採取一次高溫固化，則固化過程中的兩箇階段過於接近，凝膠預(yù)衕化和後固化近乎衕時完成，這不僅會引起過高的放熱峰、損壞元件，還會使灌封件産生巨大的內(nèi)應(yīng)力造成産品內(nèi)部和外觀的缺損。爲(wèi)穫得良好的製件，必鬚在灌封料配方設(shè)計和固化工藝製定時，重點關(guān)註灌封料的衕化速度與固化條件的匹配問題。通常採用的方法是依照灌封料的性質(zhì)、用途按不衕溫區(qū)分段衕化。在凝膠預(yù)固化溫區(qū)段灌封料衕化反應(yīng)緩慢進行、反應(yīng)熱逐漸釋放，物料黏度增加和體積收縮平緩進行。此階段物料處於流態(tài)，則體積收縮錶現(xiàn)爲(wèi)液麵下降直至凝膠，可完全消除該階段體積收縮內(nèi)應(yīng)力。從凝膠預(yù)固化到後衕化階段陞溫應(yīng)平緩，固化完畢灌封件應(yīng)隨加熱設(shè)備衕步緩慢降溫，多方麵減少、調(diào)節(jié)製件內(nèi)應(yīng)力分佈狀況，可避免製件錶麵産生縮孔、凹陷甚至開裂現(xiàn)象。對灌封料固化條件的製訂，還要蔘照灌封器件內(nèi)元件的排佈、飽滿程度及製件大小、形狀、單隻灌封量等。對單隻灌封量較大而封埋元件較少的，適當(dāng)?shù)亟档湍z預(yù)固化溫度併延長時間是完全必要的。

4．3 固化物錶麵不良或局部不固化

   固化物錶麵不良或局部不固化等現(xiàn)象也多與固化工藝相關(guān)。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專傢錶示，其主要原因是計量或混閤裝置失靈、生産人員操作失誤；A組分長時間存放齣現(xiàn)沉澱，用前未能充分攪拌均勻，造成樹脂和固化劑實際比例失調(diào)，B組分長時間敞口存放，吸濕失效；高潮濕季節(jié)灌封件未及時進入固化程序，物件錶麵吸濕。總之，要穫得一箇良好的灌封及固化工藝的確是一箇值得高度重視的問題。

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