作者：朱素山（朱池山）

目前全球通讯，网络，计算机，人工智能，手机，元宇宙，服务器，汽车内控制器，音响等等都是电子产品，（硬件），用半导体组合成的，所以，在选择半导体的封装材料上都要考虑到，高温，低温，湿度，等情况下，半导体的工能可以继续运作。选择合适的材料是必须的过程。

目前大多数半导体都是用塑料材料，包住积成电路的硅片，由金线连接到铜花架，或是用铜材质的电路链接到封装的锡球。

本文是分享封装塑料的选择和可靠性的测试。封装过程是压模式封装，使用热固性（交联）环氧树脂，将塑料在高温模器内，压模，塑料变成液体流入模器内的引线框架-芯片组件将它们包住，或将基板-芯片组件包住，泠却后，塑料变成固体，积成电路芯片就不会被破坏。

模塑料包括

1.环氧树脂（epoxy resin ) 有机化学的氢，氧，碳的组合, 乙醛Aldehyde 或是，酮ketone形成的

2.酚醛树脂（phenolic resin)

3.Filler填料（结晶二氧化硅）( silicon dioxide SiO2)(元料=沙）

4.阻燃剂（防火）（antimony oxide and bromide)

5.黑炭粉（黑色封装，可以防止光，对积成电路的影响, Balck Carbon)

6.蜡（润滑）(Wax)

模塑料预期应用的要求

1.填料 (玻璃纤维,结晶二氧化硅） (Filler= Silicon dioxide) 大大提高树脂的机械强度，降低其膨胀系数，因而减少其成型后的收缩率，也是低成本材料。

2. 环氧树脂(Epoxy Resin)是由碳，氧，氢组合的，基本组合是乙醛Aldehyde 或是酮Ketone. 最常用于半导体塑料封装的聚合物。（化学系，有机化学教科书中基础课程）

3. 酚醛树脂（Phenolic resin) 是由环氧氯丙烷与酚醛清漆树脂反应制成的，它可以赋予耐热性，因为每个重复基团都含有环氧基团。它还使包装变得更硬，增加了强度模块。

4. 树脂的合成会产生副产品氯化钠 NaCl。钠离子和氯离子都会损害器件的可靠性，因此，在将这些副产物混合成有用的模塑料之前，必须小心地从树脂中清洗掉这些副产物。

在半导体制造中，模塑料是指用于封装和保护封装内的半导体芯片（集成电路或IC）的材料。模塑料通常是一种环氧树脂，被浇注或注入到半导体芯片和引线键合周围，以提供机械支撑，保护芯片免受湿气和污染物等环境因素的影响，并增强其可靠性。

模塑料固化后在芯片周围形成坚硬、耐用的外壳，这也有助于散发半导体器件工作过程中产生的热量。这种封装工艺对于确保半导体器件（尤其是用于各种电子应用的半导体器件）的长期性能和可靠性至关重要。

模塑料通常由树脂、填料和添加剂等材料组成。具体的组合物可以根据最终模制产品的预期应用和所需性能而变化。树脂提供主要粘合剂，而填料可以包括玻璃纤维、碳纤维或矿物质等材料，以增强强度、刚度或其他特性。可以添加添加剂来改变颜色、阻燃性或抗紫外线等性能。模塑料的精确配方是为了满足预期应用的要求而定制的，无论是汽车零部件、电子产品、消费品还是其他用途。

验证半导体模塑料的质量

成型性测试：

1.检查螺旋流(Spiral Flow Test)并用螺旋流长度进行测试。对于传递模来说，确保模塑料液体能够流到每个型腔非常重要。

2. Scan Test 将材料在生产模具中运行150次，检查扫描测试，确保包装表面光滑，表面扫描无渗色。这样保证在生产过程中不需常常洗模具，外表光鲜，盖印和油墨也清楚。

3.Thermal Mechanical Analysis 检查热膨胀Tg（玻璃化转变温度）、α1和α2数据，制作小片运行TMA（热机械分析）检查数据。 （普通模塑料 Tg = 160C，但对于薄封装模塑料 Tg 130C）α 1 数据约为 12x10-6/度，α 2 数据约为 50x10-6/度。如果 alpha 1 数据较低会更好，因为芯片表面受到的应力（压力和抓力）较小，当环境温度变化时，模塑料的应力不会干扰芯片内的集成电路的运行。

材料分析

1.Cat ion and an ion  analysis 检查钠、钾阳离子和氯、溴阴离子等杂质。因为钠，钾，氯会产生腐蚀，将芯片上的铝，腐蚀掉。要求在10ppm 以下。另外测试阴离子杂质测试，Chloride and Bromide test (Used Atomic absorption analysis and Ion chromatography analysis)

2.检察环氧树脂的分子量（molecular weight) 如果小型分子量（small molecular weight)太多，在生产过程中会出现胶质溢出，所以大型分子量(large molecular weight)和小型分子量要控制在适当的参数内。

可靠性的测试

可靠性测试；稳定性测试（Reliability test)可靠性测试：通过测试和建模来评估半导体模塑料的可靠性的过程。

1.Operating life test, 使用寿命测试。(125C 高温，加电压，1千小时）

2.Pre-conditioning test,半导体组件表面电焊(Surface mounted processing)， 预先条件测试，

3.Temperature cycle test, 高低温循环测试 或是Thermal shock test. 

4. 压蒸快速测试Autoclave test, （测试半导体在高温和高湿中的腐蚀产生，如果塑料原料内有钠和氯离子的污染，很容易产生铝的腐蚀。

5. 85% 湿度/85摄氏环境测试85/85 temperatures and Humidity test, （可以了解半导体在湿和高温下的长期运作状况）

6. 高温150℃环境测试High Temperature Storage test,(可以测出金和铝的合金分离模式)