環氧塑封料（EMC）的8個核心參數

環氧塑封料（Epoxy Molding Compound，簡稱EMC）是用於半導體封裝的熱固性化學材料，是指分子中含有兩個以上環氧基團的一類聚合物的總稱，其主要成分為環氧樹脂、硬化劑、二氧化矽及其他添加劑。環氧樹脂最初是由環氧氯丙烷和雙酚A縮合而成，但現在環氧樹脂通常由雙酚A的低分子量二縮水甘油醚和各種改質形成。環氧樹脂有多種熱固性結構和固化劑變化。因此，物理特性可以在很大的剛性和柔性範圍內變化。

環氧樹脂通常具有較高的機械和電氣性能、良好的著色性和優異的耐熱性。作為半導體封裝材料防止晶片受到衝擊且耐候，覆蓋電感、連接器、電源等電子元件，全球90%以上電子元件採用EMC封裝。

依形狀不同，環氧塑封料可分餅狀環氧塑封料、片狀環氧塑封料、顆粒狀環氧塑封料（GMC）和液態環氧塑封料（LMC）。

◽餅狀：這種形態的環氧塑封料常用於傳統封裝製程中，透過傳遞成型技術來封裝晶片。

◽片狀：這種形態的環氧塑封料適用於某些特定的封裝需求。

◽顆粒狀：GMC是指顆粒狀環氧塑封材料，顆粒狀環氧塑封料在塑封過程採用均勻撒粉的方式，在預熱後變為液態，將帶有芯片的承載板浸入到樹脂中而成型，具有操作簡單、工時較短、成本較低等優勢。主要用於一些特定的封裝製程中，包括系統級封裝（SiP）以及扇出型晶圓級封裝（FOWLP）等。 GMC具有操作簡單、工時較短、成本較低等優勢。

◽液態：液態塑封料也稱為底部填充料（Underfill）或包封材料，常用於晶片底部的填充和封裝。液態環氧塑封料又稱為液體環氧塑封料，具有可靠性高、可實現中低溫固化、吸水率低、翹曲度低等優勢，主要應用於HBM封裝製程。

依封裝形式不同EMC可分為兩大類：分立元件用環氧塑封料、積體電路用環氧塑封料。部分環氧塑封料既可封裝分立元件，也可封裝中小規模積體電路，它們之間沒有明確的界限。

不同環氧塑封料的製造流程基本上相同，只有壓塑封裝用環氧塑封料不需要預成型打餅，而需要控製粉碎粒徑，使用者直接使用顆粒料進行封裝。製造流程包括原料預處理、秤重、混合、混煉交聯反應、壓延、冷卻、粉碎、預成型（部分產品不需要）等環節。

使用環氧塑封料封裝電子元件一般採用傳遞成型法。此法將環氧塑封料擠壓入模腔，並將其中的半導體晶片包埋，同時交聯固化成型，成為具有一定結構外型的半導體裝置。固化的機制為環氧樹脂在加熱以及催化劑的條件下同硬化劑發生交聯反應，形成具有一定穩定架構的化合物。

圖：環氧塑封料模塑成型的簡要製程流程圖

常見的EMC參數

1. Spiral Flow（螺旋流動長度）：

模塑在高溫高壓下注入螺旋形模具中的流動距離（單位：cm或inch），反映材料的流動性。數值越大，代表其流動性越好。高Spiral Flow，如≥100cm，適合薄型封裝。 Fan-Out WLP或複雜結構的多晶片堆疊，多元元件合封，可減少空洞。若某產品線弧較敏感，容易衝彎，也可考慮spiral flow 較高的compound。

2. Gel Time（凝膠時間）

模塑膠從加熱開始到交聯固化（失去流動性）的時間（單位：秒），反映固化速率。 Gel Time 短，如20-30秒，固化快，適合高速生產，但可能導致填充不完全或模具堵塞。 Gel Time長，如50-60秒：提供更長的填充時間，但生產UPH低。一般package厚度較厚的封裝需要長Gel Time的compound，避免表面固化而內部未固化的問題。

3. Tg（玻璃化轉變溫度）

是模塑料從剛性玻璃態轉變為彈性橡膠態的溫度點。高於Tg時，材料的熱膨脹係數（CTE）顯著增加，即TDS中的α2，此時機械強度下降。低於Tg時，CET 為α1. 低Tg材料（如Tg < 110°C）在高溫應用中易軟化，導致CTE不匹配，引發界面分層或晶片開裂。高Tg材料（如Tg > 150°C）更適合高溫環境，如汽車電子，但可能脆性增加。

4. Thermal Expansion α1,α2(熱膨脹係數）

材料在溫度變化時，單位溫度變化（通常為°C或K）導致的長度或體積變化率，CTE越大，表示compound對溫度很敏感。選compound的時候，CTE是一個重要的參考指標，因為封裝是由多種材料（晶片、模塑料、基板、焊料等）堆疊而成，各材料CTE不匹配會導致熱應力（溫度變化時，材料膨脹/收縮程度不同，界面處產生應力）。進而導致分層， 焊點開裂 ，翹曲等。

5. flexural strength（彎曲強度）

材料在彎曲載重下斷裂前能承受的最大應力（單位：MPa），反映抗彎曲破壞能力。 25°C時較高，常溫下保護晶片免受機械衝擊或外力彎曲的能力較強。 260°C時 顯著降低，代表高溫時材料軟化，強度下降，易導致封裝翹曲或分層。

6. flexural Modulus（彎曲模量）

材料在彎曲載重下的應力與應變比值，用來描述材料的剛度。其值越大，表示讓材料發生1單位彎曲的變化，所需的力越大，簡單理解就是不容易變形。彎曲模量高的材料（如>15 GPa@25°C）能更好抵抗基板熱膨脹導致的翹曲，減少哭/笑臉的現象，避免焊球橋接或虛焊。但其可能因剛性過強加劇CTE不符應力，需平衡模數與CTE。

注意：彎曲模量和楊氏模量不是一回事哦，雖然兩者都用於描述材料的剛度，但是測試方法和應用場景不同。楊氏模量透過拉伸或壓縮測試獲得，而彎曲模量則透過彎曲測試獲得。在大多數情況下，均質、各向同性材料如純樹脂，兩者的數值接近，可以互換；但對於非均質或複合材料，如填充型模塑料，可能存在差異，一般彎曲模量高於楊氏模量的值。而我們封裝用的樹脂都是有填充的，所以用彎曲模量表示。

7. Mold Shrinkage（模塑收縮率）

模塑料從熔融狀態冷卻至室溫後的體積收縮比例（單位：%），一般低收縮率低更優。如<0.2%。高填料含量通常會降低收縮率（如SiO₂填料可抑制樹脂收縮）。

8. Specific Gravity（比重）

模塑膠密度與水的密度比值（無單位），主要由填料（如SiO₂）含量決定。 典型範圍：1.8–2.2（填料含量越高，比重越大）。 高比重（如>2.0）通常填料含量高（>85%），可降低CTE但成本較高。 高比重材料硬度高，可能增加晶片應力，需搭配低應力Die Attach膠。選取compound時，若時高可靠性封裝，請選擇高比重（高填料）以降低CTE。若只是普：可接受中等比重（1.9–2.0）以平衡成本與性能。