23.09.2021
ASM Pacific Technology 产品IDEALmold 3Ge, 圖源：ASMPT
關於封裝技術
封裝技術簡單來說指的是將塑料材料包裹在物體周圍的過程，從而在物體周圍形成保護體積，猶如膠囊一樣，該技術早自40年前在半導體封裝和組裝工藝流程中發明集成微電子 （也成為，Integrated Circuits，IC“集成電路”）時已被採用。
封裝技術有多種形式，如注射、團塊封頂 (glob topping)、壓縮和轉移。轉移封裝的目的是在使用時保護IC組件及它們的精密電路，免受機械干擾和惡劣外界影響。與其他技術相比，這種轉移模製技術似乎較為古老，但由於塑料封裝微電子（Plastic Encapsulated Microelectronics, PEM）技術、封裝技術、甚至用於保護IC的塑料材料的發展，轉移模製技術已取得很大的進步。
轉移模製
轉移模製，或稱為轉移成型是一種封裝方法，其中稱為環氧樹脂的熱固性塑料材料以顆粒形式裝載並在金屬罐內預熱，然後強制流入待保護的PEM所在的模腔。該工藝流程使用加熱柱塞，通過一系列澆口和流道的管道系統（見圖1）。
圖1:ASMPT的完整轉移模製過程
轉移模製的優點就在於它利於包裝標準化，每個包裝厚度的差異也因此變得較小。這是因為轉移模塑對形狀更複雜的零件具有更嚴格的公差，能夠為高腔數應用產生更高的每小時單位生產量（Units Per Hour，UPH），有助於縮短生產週期，加快安裝時間，最終降低運營成本。此外，當在典型的30秒機器循環時間內模製大量PEM時，轉移模製模有著本輕利厚的成本效益。
圖2:在轉移模塑-PGS技術方面的進展 ，圖源：ASMPT
轉移模製其中一個關鍵技術優勢是它的Pinnacle Gating System（PGS 澆口系統）。 PGS採用針點澆口（見圖2），這是當包裝設計師需要以最大化基板尺來生產大量 PEM時最理想的辦法。例如，當必須適當控制結晶器流動引起的應力時，特別是通過最小化流動噴射，PGS能減少對導線連接的應力，從而減少金線偏移的發生。
圖3：金線偏移。圖源: ASMPT
PGS技術還能夠提高成本效益，因為它優化了引線框架或基板中的可用空間，減少浪費可用空間，提高了每小時的產量輸出。 PGS還可以減少環氧樹脂的損耗，同時具有環保效益，降低單位成本，帶來運營收益。
封裝汽車級功率組件
圖 4:汽車和電源組件示例。圖源： ASMPT
轉移模製是一種有效於高功率組件封裝的保護技術，專為封裝承載超過100A大電流負載的應用組件，例如，汽車電子控制單元（Electronic Control Units, ECU）的傳感和保護。轉移模製為電源組件, 包括單面冷卻（Single Side Cooling, SSC）和雙面冷卻（Dual Sided Cooling, DSC）, 提供機械和環境保護。
這種封裝最艱鉅的挑戰之一，是如何在不超過40克環氧樹脂情況下，提供一定的封裝厚度，同時也提供模製效果良好的效果。
通常，此類封裝較厚，需要更大噸位和更高力度的雙環氧樹脂顆粒來封裝。此類轉移模製機需具備雙芯塊和雙列罐式柱塞，以便模塑較厚包裝（> 4 毫米）的同時保持高 UPH輸出。此外，為了獲得良好的模製效果（無焊點氣泡或不完整填充），使用高壓確保固化後有著足夠的包裝材料將環氧樹脂聚結。這意味著這種轉移模製機的受力噸位通常都超過170噸，相比之下其他機器的受力度為80噸。
SSC單面冷卻和雙面冷卻DSC功率包裝可能有裸露的金屬表面，在這種情況下如何實現零閃光是至關重要的，因為當通電時外露的金屬表面會散發 IC 產生的熱量。這需要兩種要求：模具設計得具有特殊防閃設計，以及薄膜輔助模製技術的使用。
防閃設計確保外露金屬表面受到足夠的限制，以防止樹脂或環氧樹脂滲入金屬引線框架的條紋線，同時薄膜通過阻擋金屬表面缺陷也有著相輔設計的功效。
此外，除了轉移模製摸具的設計外，還需要特殊的搬運機制來裝載和卸載封裝，特別是對於通常具有復雜設計的汽車級傳感噐封裝。因此，模具工具中的裝卸機構必須足夠堅固，以確保封裝前後不會對包裝造成任何機械或功能損壞。這種拾取和放置機制通常對於汽車級別的組件更為複雜，因為它們需要力道和壓力感應能力來處理複雜的封裝內容和重量，特別是對於大型的ECU，汽車電子控制單元。
最後便是脫模過程。由於汽車級功率封裝需使用使用高質量環保型的環氧模塑化合物（不含鹵素元素），因此它們通常是非常可靠，但在脫模過程中卻更容易粘在模具和工具上。因此，在模具上需塗上一層防粘金屬塗層，以在模製循環完成後的排出過程中盡量減少這種情況的發生。
總結
總而言之，封裝技術遠非於“古老”。隨著需求和要求的應變，用於處理汽車級功率等較複雜的封裝並將其損壞降至最低及機械設計的進步正是該技術與時代同步的方式之一，以更好地保護半導體封裝，從而提供可靠、無瑕的模製結果。
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