国内半导体封装职业清模资料的最新开展及开展趋势 摘 要： 封装模具的清洗关于半导体封装企业而言是一项重要的维护作业。 而清模资料的选 用不单单关系到产品的质量，也关系到出产功率和本钱。本文将针对两种首要的清模资料： 三聚氰胺清模料和清模胶条，别离从技能和商场的视点，比较它们的特色，一起剖析其现在 的运用情况，以及最近开展和未来的开展趋势。 关键词：清模资料；三聚氰胺；清模胶片；环氧树脂塑封料；搬运成型 The Latest Status and Trend of Molding Die Cleaning Materials of China Semiconductor Assembly Industry Huo Ju (Tianjin University, Tianjin, China 300072) Abstract: It’s an important maintaining activity to clean molding die for semiconductor assembly factories. Not only the quality but also the production efficiency and cost are effected by choosing a suitable cleaning material. With comparing the performances and characteristics of the main two cleaning materials, Melamine compound and rubber cleaning sheet, and upon the views of technology and market respectively, the basic concepts, current application status, latest progress and developing trend are introduced in this paper. Key Words: Cleaning material; Melamine; Rubber cleaning sheet; Epoxy molding compound; Transfer molding 1 导言 在一般半导体器材所选用的搬运成型封装（transfer molding）进程中，清模是一项看似 无关紧要，实则非常重要的工序。一则，在接连成型作业中，来自于塑封料（ Molding Compound）以及脱模剂（releasing agent）的一部分成分，在高温(170~180℃)的作用下发生 氧化，并且附着在模具外表，构成难以去除的尘垢。假如没有及时铲除，不光构成封装时离 型困难，以及封装体外观缺点，并且会构成关于模腔外表的损坏。二则，每天例行清模进程 所耗的少则 1~2 个小时，多则 3 个小时的时刻，关于现在国内大部分封装测验厂而言，相对 于订单数量显得绰绰有余的产能来讲，肯定是一个反常绵长的进程。 尽管，国内外专业媒体关于封装技能和封装资料的专论不绝如缕，可是，专门论说清模 工序和清模资料（cleaning compound）的文章却极为罕见，这未尝不是一件憾事。因此，本 文对现在封装职业中所选用的清模资料的最新开展作以总结， 一起就其未来的开展趋势， 发 表不才的一点陋见，如有遗漏之处，还望不吝赐教。 2 两种首要的清模资料 2.1 三聚氰胺 Melamine 三聚氰胺清模料，一般为比重为 1.2~1.5 的白色圆柱或条块。同环氧树脂塑封料（epoxy molding compound）相类似，也是一种热固性资料，能够选用与之相同的塑封参数。其首要 成分是： ①三聚氰胺甲醛树脂（melamine formaldehyde） ，一般占分量百分比为 60~70%，构成清 模料的主体。具有很好的流动性和必定的粘性。 ②固化剂，一般占清模料 3~10%的分量。在温度的作用下，同三聚氰胺甲醛树脂发生聚 合反响。经过增减固化剂的含量，能够调理清模料的固化时刻和流动性。 ③填料，占 20~40%的分量百分比。一般有两种不同的填料成分。一种是有机填料，主 要是纤维（cellulose） 。别的一种无机填料，一般是二氧化硅颗粒。因为三聚氰胺在固化后 易碎，所以，纤维填料的作用是增强固化后强度，避免清模料碎裂。而颗粒填料在注塑进程 中，与模腔尘垢发生刮擦和磕碰，起到研磨的作用。 ④在清模猜中一般还有 2~10%的蜡和添加剂，别离起到离型和增强粘结的作用。 三聚氰胺清模料的作用机理有三种： ①粘结作用， 三聚氰胺在固化后能够紧紧粘住尘垢， 并在离型时将尘垢从模具外表拉脱。 ②研磨作用，在注塑进程中，颗粒填料在胶道和模腔内流过，与尘垢发生磕碰和刮擦。 然后除掉尘垢，一起下降尘垢与模具外表的附着力。 ③分化作用，部辨明模猜中所含的添加剂会渗透到尘垢内部，使尘垢分化，或许下降污 垢与模具外表的结合力，然后增强清模作用。 因为三聚氰胺甲醛树脂质料廉价（一般每磅的本钱为 0.95~0.99 美金） ，所以，三聚氰胺 的价格不高，一般在每公斤 9~12 美金左右。也正是因为价格的原因，三聚氰胺成为封装行 业运用最为广泛的清模资料。 现在出产三聚氰胺清模料的厂家许多，既有 Nippon Carbide 这样的化学品公司，一起诸 如长春住工、韩国 DONGJIN、三星榜首毛纺、Cookson 等塑封料厂商也出产三聚氰胺清模 料。而国内，如浙江虎霸集团等内资布景的公司也由产品推出。 2.2 清模胶片(Cleaning Rubber Sheet) 传统的清模办法， 往往耗时很长的时刻 （2~3 个小时） ， 一起也耗费许多的引线结构（或许纸质结构） 。为处理这 个问题，清模胶片逐步为封装厂所选用。 关于清模胶片的组成成分，不同的厂商有不同的配 方，但经过笔者的查询，大体能够分为如下部分： 1) 清模胶片的首要成分是未硫化的顺丁橡胶 (BR) 或许 乙丙橡胶(EPR)，其分量百分比大约在 50%~70%。在清模 流程的温度和压力的作用下，橡胶开端硫化，然后使尘垢 和橡胶成为一体，在离型的时分将它去除。 同传统的三聚氰胺清模料比较， 因为橡胶的粘性要高于 图1 三聚氰胺，所以，清模胶片的清模作用要好于三聚氰胺。一 般用三聚氰胺需求重复清模 8~10 次，而假如代之以清模胶片，清洗 2~3 次也就足够了。 2) 二氧化硅填料，其分量百分比大约是 10~30%。其重要作用是，增强橡胶的强度和抗撕 裂性，一起在清模进程中遭到揉捏以及分散中，对尘垢起到研磨作用。 3) 硫化剂 4) 催化剂和硫化促进剂，以及必定数量的离型剂 5) 在橡胶中能够参加具有特定亲尘垢官能团的添加剂作为清洁助剂， 然后使得橡胶与尘垢 能够跟结实的结合在一起。到达更好的清模作用。日本的日东电工对这项技能申请了专利， 因此，清洁助剂的技能并未得到广泛选用。 6) 一起，某些清模胶片也选用必定的添加剂，能够分化底层尘垢，能够到达更强的清模效 果。如图 2 所示，模具的尘垢构成分为两层结构，其间 表层尘垢首要是塑封料的组分，相对简单从模具上剥离 出来；而底层尘垢之中含有脱膜剂（白腊）以及塑封料 在高温下的部分碳化产品，一起搀杂了部分模具外表金 属镀层的成分，因此，在底层尘垢中无机物的含量较高， 因此更难于去除。 不管是三聚氰胺仍是一般的清模胶条， 都无法将底层尘垢完全去除。而某些特别的添加剂能够 渗透到底层尘垢内部，将尘垢分化，一起下降尘垢关于 图2 模腔外表的黏附力，然后将底层尘垢从模具上剥离。这项 技能也归于专利，被日东电工所独占。 经过以上这些不太完全的资料，咱们也能够总结出清模胶片的作用机理： ①物理粘结作用。经过橡胶的粘结作用，将尘垢从模具外表拉除。 ②化学粘结作用。经过亲尘垢官能团（或许清模基团）完结尘垢与橡胶的结合 ③机械研磨作用。经过二氧化硅填料在加压后的运动，碰击和研磨尘垢 ④分化作用。分化尘垢，到达铲除底层尘垢的意图。 清模胶片的价格较因其制造厂商和质量而异， 一般为每公斤 20~70 美金。 现有的制造商 包含：日东电工、JINYONGTECH、Keeper、SuperCleaning 等，一起比如 Donjin、三星榜首 毛织等三聚氰胺厂商也在开展清模胶片。 3 三聚氰胺和清模胶片的比较 三聚氰胺和清模胶片各有其优缺点，笔者将二者做一比较，并罗列如下： 表 1 两种清模资料的比较简表 三聚氰胺清模料 清模才干 清模才干一般 只是能够清洁模腔 填充功能好 清模时刻 运用和贮存 本钱 1~2 个小时 可常温贮存 同塑封料的成型条件相同 单价廉价，可是归纳清模本钱 并不低。 清模胶片 清模作用好 能够一起清洁模腔、 模面和排 气口 有填充性的危险， 关于小模腔 的作用差 20~30 分钟 需求低温贮存 不需求引线结构 单价高， 但归纳清模本钱依据 模具规划不同而异， 在某些封 装办法上的清模本钱乃至更 低。 1) 清模才干 三聚氰胺的粘性要低于橡胶，所以需求重复清模数此才干相对完全的铲除尘垢。相反， 清模胶片往往能够在 2~3 个 shots 就到达很好的清洁作用。 清模胶片的优越性还在于其不光能够清洁模腔，一起也能够清洁模面和排气口。尽管， 三聚氰胺也有条块状的产品，能够起到类似的作用，但后者因为简单碎裂，部分残渣会留传 在模腔内，构成二次污染，因此其运用现在还不是非常广泛。 可是，三聚氰胺的优势在于其杰出的填充功能，因为选用同塑封相同的注塑办法。三聚 氰胺能够充溢每个模腔的每一个旮旯。 而关于清模胶片而言， 要到达能够填充一切末前的每 一个旮旯，需求适当的排布胶条的技巧，也是很有难度的一个工作。 两种资料都有其离型方面的局限性。 三聚氰胺的局限性在于其固化后简单碎裂， 假如其 组分中所含的离型剂的份额不太合理，固化的三聚氰胺残渣很简单粘在模腔上，难于去除， 构成二次污染，这也是其成分中参加纤维填料的原因。而清模胶片关于较深、较小的模腔， 不光不简单填充，并且也会有碎裂的问题。 2) 清模时刻。 清模胶片的最大优势在于其清模时刻短， 其典型的固化时刻是 175℃ 300 秒， 重复清洗动作 2~4 次。这样整个清模时刻耗时 20~30 分钟。而三聚氰胺典型的固化时刻是 175℃ 300 秒，需求重复清洗动作 6~10 次，再加上预热时刻，整个清模需求耗时 2~3 个小 时。 3) 运用和贮存。清模胶片的保存温度一般要低于 5℃，这同环氧树脂塑封料的贮存条件是 相同的。而三聚氰胺能够做到常温下贮存，这给运用者带来很大的便利。两种资料在高温下 都会发生刺激性气味，比较较而言。三聚氰胺的气味要简单承受的多。 4) 本钱。但就价格来看，清模胶片的价格要远远高于三聚氰胺清模料。可是，三聚氰胺的 所需的清模次数要远远多于清模胶片。 并且， 饼料的三聚氰胺在运用的进程中往往需求耗费 数量不少的引线结构（也有的厂商为了下降本钱，用纸质结构来代替） ，清模胶片就没有这 个问题。所以，假如真实的计算清模流程的直接本钱，需求一起考虑到清模资料的单价和清 模资料的耗费量，一起加上辅助资料的本钱。 清模直接本钱 = 清模资料的单价 x 清模资料的耗费量 + 辅助资料本钱（如结构） = 清模资料的单价 x (清模次数 x 单次耗费清模资料的分量)+ 辅助资料本钱 就单次耗费清模资料的分量来看，清模胶片的比重要高于三聚氰胺，并且，为了清模之 后顺畅的离型，一切的供货商都会主张运用清模胶片合模时，上下模之间保存至少 1mm 的 空隙，这样，同饼料的三氯氰胺比较，运用清模胶片需求多耗费从模面之间 1mm 厚的部分。 当然，在预算并比较清模直接本钱时，最大的改动要素是清模资料的用量，因为很大部 分的清模胶片耗费在模面之间， 而依据模具的规划 表 2 ：完结相同清模作用所需两种不同的材 不同， 清模片的运用功率也是有很大距离的。 例如， 料的比较 关于 MAP-BGA 而言，模腔简直占有了整个模面 （清模胶片耗费量）/ 的面积， 所以清模片的运用功率自然是最高的。 一 封装办法 （三氯氰胺清模料消 般而言，封装体的厚度约大，模腔规划越密布，清 耗量） 模片的运用功率就越高。 可是， 不同的清模片因为 BGA 0.3~0.5 清模作用不同，其所需的清模次数也有很大差异。 QFP 0.4~0.7 依据不同模具厂商供给的数据， 笔者预算了各 DIP 0.4~0.8 种封装办法相对应两种清模资料耗费量的份额关 0.5~0.9 TO 等大分立器材 系。详细见表 1 QFN 0.5~0.9 再归纳考虑单价差异和辅助资料的耗费， 能够 SOP 0.5~0.9 看出，关于 SOP、LQFP、QFN、TO 等封装办法， LQFP 0.6~0.8 两种计划的清模本钱相差不多；关于 BGA、DIP、 SSOP/TSSOP 0.7~1.0 QFP 等较大的封装而言，假如模具规划合理，使 0.8~1.2 SOT 等小分立器材 用清模胶片乃至是更为节约的计划； 可是关于体积 较小的分立器材和 TSSOP/SSOP，运用三聚氰胺是比较经济的计划。 4 国内半导体封装业清模资料运用的现状 现在在国内半导体封装职业对清模资料的总需求量大约是 38 吨/月，其间约有 32 吨为 三聚氰胺，别的的 5 吨多是清模胶片。 从图 3 能够看 图3 清模资料在不同封装办法的散布情况 出： SOP/QFP 的 厂 商 0.1 16 好像对清模胶片 14 的承受程度很高， 4.6 12 可能在这两种封 10 装办法上，清模胶 8 片的清模本钱较 15 低，一起考虑到提 6 0.4 10 高产能所形成的。 4 DIP 和分立器 0.02 0.2 2 4 0.1 0 0 0.1 件的厂商仍是以 1 1 0.5 0.1 0.5 0 0.1 三聚氰胺作为首 BGA T/LQFP SOP/QFP QFN DIP DISCRETE CAPACITOR OPT Smart Card 选，信任是因为产 三聚氰胺的耗费量 清模胶片的耗费量 品的赢利不高，而 且关于清模作用 的要求不是太严厉，所以，无法承受清模胶片的高价格。 关于 BGA 和 T/LQFP 而言，因为国内整体的产值还不是许多，所以两种清模料的用量 都不大。 而光电器材和智能卡产品在国内更是方兴未已。 这些产品关于清模胶片的承受程度 较高。而因为智能卡产品为避免贵重的结构资料耗费，更是将清模胶片作为首要的资料。 5 清模资料的开展趋势 5.1 绿色封装关于清模资料的应战 绿色封装的环保要求引发了环氧树脂塑封料的更新换代， 在旧有塑封猜中所广泛选用的 Sb2O3 阻燃剂被金属氧化物或许其他计划所代替， 而因为无铅焊接所发生的更高的耐潮气性 (MSL)要求使得树脂资料也因之而改动。不管很多的塑封料厂家所开发的绿色塑封料组成如 何，咱们都能够发现这样的趋势：1) 为了引进更高的填料含量，更低黏度的树脂资料被采 用；2）为避免更苛刻温湿实验中的分层，塑封料的粘接功能不断加强。 不管是上面那种改动，关于封装厂而言，塑封料的粘性增强了，而因此引发的粘模问题 也接踵而来。不少绿色封装的业者在诉苦本来 800~900 个 shots 清模一次，变成了每 400 个 shots 清模一次。 尽管，关于清模资料业者而言，关于资料的需求会因为清模次数的添加而升高。但他们 也有苦恼， 因为关于清模资料， 不只是是需求处理怎么能够有效地将粘结在模具外表的塑封 料清洁净的问题，并且还面对着削减清模时刻然后前进封装厂产能的问题。 5.2 其他清洗技能的前进 除了本文首要叙述的两种清模资料以外，其他的清模办法也在改善傍边。 1） 传统的化学清洗可能会变得愈加便利。 向来在模具创新中选用 NaOH 溶液乳化法或许 N-甲苯基吡咯烷、氨丙醇等溶剂加热溶 解法。可是假如在日常制程中选用，则会有不断拆装模具的费事，一起化学办法会引进杂质 离子，会构成产品电功能的失效。可是，也有业者开端研讨喷洗的办法，——究竟，化学清 洗的作用仍是颇吸引人的。 2） 机械清洗办法的改善。 耗费量（吨/月） 某些设备制造商对在一般注塑模具喷砂清洗办法进行改善，力求使之能够适用于半导体 封装模具。一起，ASA 也在竭尽全力的推销它的激光清洗机。假如能够不撤除模具操作的 话，不管与三聚氰胺、橡胶片仍是化学清洗比较，机械清洗的办法都算得上是很高效的。更 况且，在发起环保的今日，机械或许激光明晰更是避免了资源的糟蹋和化学品发生的污染。 当然，这也需求封装厂更多的固定投入。 5.3 清模资料需求的猜测 化学清洗或许机械清洗都还不太老练，或许无法便利的运用。所以，不管是因为绿色封 装的增加所引发，仍是受我国半导体封装职业超越 20%的年增加率所带动，清模资料的需 求将会稳步增加。 依据笔者猜测， SOP 和 QFP 绿色环氧树脂的选用以及非绿色要求产品产值的高速增加， 将会拉动清模胶片年增加率到 40%左右。而 LQFP、QFN、BGA 所用的清模猜中，清模胶 片将逐步成为主角，但因为这些产品的基数不大，因此，对清模胶片的增量影响有限。 一起， 尽管清模资料整体需求将呈现上升趋势， 但整体增量并不会在三聚氰胺清模料上 得到太多表现，估计三年内，三聚氰胺将坚持 3%左右的年增加率。之后，跟着竞赛产品的 逐步老练，关于三聚氰胺的需求乃至会呈现下滑的趋势。 表 3：关于国内清模资料需求的猜测 年度 三聚氰胺 清模资料的月需求量 橡胶片 （吨/月） 总和 三聚氰胺 年增加率 % 橡胶片 2005 32.2 5.5 38 - 2006 33.3 8 41.3 3% 45% 2007 34.5 11.2 45.7 4% 40% 2008 35.2 15 50.2 2% 34% 6 定论 本文所首要论说的两种清模资料在适当长的一段时刻内坚持在半导体封装模具清洗市 场的主导地位。 而怎么前进清模作用和出产功率，一起下降封装厂的本钱，将是清模资料的长时间使命。 而关于橡胶清模片这个新贵而言，要真实占有主导地位，还需求继续进行本身的完善，针对 小模腔的填充问题提出更好的处理计划，一起下降本钱。但不管怎么，关于前进封装厂的生 产功率而言，它具有先天的优势。究竟，跟着我国半导体封装的出资热和愈来愈剧烈的竞赛 态势，前进出产功率和下降本钱关于封装厂至关重要。——究竟，谁都不愿意一台出资几百 万的设备却每天花 2~3 个小时在清模上。
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