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Madoka自動凝膠時間測試儀在晶圓級芯片封裝（WLCSP）用環(huán)氧塑封料中的應(yīng)用
閱讀：159 發(fā)布時間：2026-5-11晶圓級芯片尺寸封裝（Wafer-Level Chip-Scale Packaging，簡稱WLCSP）是目前半導(dǎo)體先進封裝中非常重要的一種技術(shù)。因為沒有傳統(tǒng)的引線框架和塑封料，滿足消費電子產(chǎn)品（如手機、智能手表）輕薄化、微型化的需求。拋棄了傳統(tǒng)的金屬引線，直接通過芯片表面的微小錫球與電路板連接。傳輸路徑極大地降低了電阻和電感，高頻信號傳輸性能更好，功耗更低。
壓塑成型或壓縮成型（Compression Molding）是目前先進封裝（如扇出型晶圓級封裝 FOWLP、2.5D/3D封裝）中常用工藝之一。和傳統(tǒng)封裝工藝相比優(yōu)點在于：壓縮成型工藝可以非常精準(zhǔn)地控制塑封料的厚度，適合制造超薄的智能手機芯片。可以輕松應(yīng)對整片大晶圓（Wafer-Level）甚至更大的矩形面板（Panel-Level）的塑封。因為塑封料是靠上下擠壓成型的，而不是靠側(cè)向的高速流動，所以幾乎沒有橫向的沖擊力。這解決了先進封裝中芯片容易發(fā)生位移（Die Shift）的缺陷問題。
壓塑成型工藝流程：
1. 先打開模具，把定量的塑封料（可以是顆粒狀、液態(tài)，或者是像薄膜一樣的片狀EMC）直接鋪在模具的底部。
2. 把貼滿芯片的晶圓（或載板）倒扣在上方。
3. 在真空環(huán)境下，上下模具緩慢合攏。
4. 通過施加壓力和加熱，塑封料融化并均勻地向上包裹住所有的芯片，最后固化。
在壓縮成型工藝中，使用的密封材料通常是環(huán)氧塑封料（EMC, Epoxy Molding Compound）。全球環(huán)氧塑封料市場高度集中，頭部企業(yè)占據(jù)了全球約70%的份額，代表企業(yè)有住友電木，Resonac，華海誠科，KCC等，有以下常用三種：
1. 顆粒狀塑封料（GMC - Granular Molding Compound）
外觀像細(xì)鹽或沙子一樣的微小顆粒。非常適合大面積的 12英寸晶圓級封裝（如FOWLP）。因為是均勻撒開的，融化后不需要長距離流動，對芯片的沖擊力非常小。
2. 液態(tài)環(huán)氧塑封料（LMC - Liquid Molding Compound）
外觀像粘稠的糖漿，流動性和滲透性非常好。它不僅能包裹芯片外部，還能滲入到倒裝芯片（Flip Chip）底部的微小縫隙中，實現(xiàn)“塑封與底部填充一次完成"（MUF, Molded Underfill）工藝。廣泛用于高密度封裝和 2.5D/3D 多層堆疊封裝。
3. 片狀/薄膜狀塑封料（SMC/FMC - Sheet/Film Molding Compound）
外觀像手機貼膜或干膜一樣的片狀材料，通常卷在離型紙上。厚度控制精準(zhǔn)，且車間內(nèi)沒有粉塵污染（相比GMC）。非常適用于超薄芯片封裝以及面積更大的面板級封裝。
在液態(tài)塑封料的壓縮成型過程中，材料的凝膠時間與交聯(lián)固化動力學(xué)之間的關(guān)系：
若采用快固化、高粘度配方：樹脂在未填充至預(yù)定型腔邊界前，便已發(fā)生凝膠交聯(lián)。這種過早的固化會導(dǎo)致充模不足，產(chǎn)生空洞(cavity)或缺料缺陷。若采用長凝膠時間的慢固化配方：雖然樹脂有充足的窗口期實現(xiàn)全區(qū)域的填充，但在標(biāo)準(zhǔn)成型周期結(jié)束時，其交聯(lián)密度往往不達標(biāo)。這會導(dǎo)致開模時未固化的樹脂粘附于離型膜上（即粘模現(xiàn)象），嚴(yán)重影響良率。
Madoka是按照國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會IPC-TM-650 2.3.18測試方法和GB/T 40564-2021電子封裝用環(huán)氧塑封料測試方法設(shè)計的自動化凝膠時間測試儀。通過模擬人工手動攪拌操作，在設(shè)定的速度攪拌環(huán)氧塑封料樣品的同時測定阻力扭矩，記錄阻力扭矩隨時間的變化，超過設(shè)定的臨界值即為所測材料的凝膠時間。不僅能在測量后知道塑封料什么時候失去流動性，還能通過監(jiān)測阻力扭矩隨時間變化，繪制連續(xù)動態(tài)曲線，從而得到材料的流動性變化過程數(shù)據(jù)。
液態(tài)塑封料（LMC）自動凝膠時間測試步驟：
1. 設(shè)置測量條件，熱板溫度(如120℃)，攪拌速度（自轉(zhuǎn)120rpm,公轉(zhuǎn)50rpm）
2.執(zhí)行調(diào)零操作，后點擊測量按鈕。
3. 在第三次蜂鳴音同時用注射器投入LMC液體樣品 ，熱板開始自動升起。攪拌棒接觸樹脂樣品，開始自動攪拌。
4. 攪拌子將嚴(yán)格按照IPC-TM-650 2.3.18測試方法要求，模擬人工手動攪拌操作，以直徑10-13mm的圓周運動充分?jǐn)嚢铇渲嚢钑r,每一次圓周運動將中間部分的樣品攪動到外沿,外沿部分的樣品攪動到中間。
5. 達到設(shè)定的時間后測量結(jié)束。測量結(jié)束，凝膠時間會根據(jù)設(shè)置的攪拌扭矩值自動計算得出。
手工熱板法便宜、快速，但太依賴人工經(jīng)驗，數(shù)據(jù)無法追溯，適合作為基礎(chǔ)的質(zhì)量判定手段。而MADOKA自動測試儀則是為了解決手動測試“誤差大、效率低、數(shù)據(jù)單一"的問題而誕生的升級替代方案，半導(dǎo)體先進封裝行業(yè)需要嚴(yán)格控制環(huán)氧塑封料的一致性、或者需要深入研究材料固化特性的企業(yè)來說，從手動轉(zhuǎn)向自動化測試是必然的趨勢。
參考資料：
1. IPC-TM-650 2.3.18測試標(biāo)準(zhǔn)
2. GB/T 40564-2021電子封裝用環(huán)氧塑封料測試方法