①對密封膠黏劑的性能要求 對密封膠黏劑的性能主要有以下要求。
a.在高可靠微電子封裝的考核項目中,規定了允許的氣密性漏率,所選的膠黏劑要滿足氣密性的要求。
b.膠黏劑固化時無揮發物產生,以防止對封裝器件造成污染。
c.固化收縮率小,以減少材料固化應力。
d.膠黏劑固化物與被粘接材料熱膨脹系數匹配,以避免在高低溫循環時因膨脹系數相差較大,致使膠黏劑從粘接表面分離或本體出現裂紋的現象。
e.高粘接強度,固化物有較強的內聚力。
f.耐化學腐蝕性好,能耐酸、堿、鹽、溶劑等介質的腐蝕。
g.具有優良的電絕緣性能,體積電阻率大于1×1015Q·cm。
h.耐高溫、耐濕,耐高低溫交變性能達到考核要求。
②影響膠粘封帽質量及可靠性的因素
a.環境濕度 在膠粘封帽過程中發現,濕度對膠粘器件的可靠性有著巨大影響。
在環境溫度分別為65%和70%中的兩批膠粘封口樣品,在可靠性試驗尤其是熱沖擊試驗后漏氣嚴重。而在環境濕度35%的條件下膠粘的樣品在溫度循環100次、熱沖擊15次后樣品未出現漏氣現象。分析原因認為:涂膠過程在空氣中操作,由于金屬、陶瓷表面具有親水性,表面很容易形成一層水分子膜。相對濕度越高,吸附水膜越厚。潔凈細磨過的鐵表面上吸附水膜厚度與相對濕度之間的關系。被粘接表面吸附的水膜,阻礙膠黏劑與被粘接表面直接接觸,降低對被膠粘表面的浸潤性,而浸潤是產生粘接的首要條件。只有膠液充分滲透到膠接表面的空隙和凹坑內,同被粘接物表面充分接觸,才能產生吸附、擴散、化學鍵、機械等作用力。同時濕度越大,膠黏劑內所吸收的水分越多,在加熱固化過程中水分蒸發,在膠層中形成針孔或氣泡,導致膠層結構疏松,這種固有缺陷必然為環境介質(尤其是水分子)的滲透提供有利條件。在隨后的以水為介質的熱沖擊試驗中,由于水分子體積小,極性大,容易沿界面滲透。水分滲透到粘接表面,破壞黏附鍵,水在膠層內擴散破壞膠黏劑分子間的內聚力(氫鍵或其他次價鍵),使聚合物發生溶脹,從而導致樣品漏氣甚至蓋板脫落。
b.膠層厚度膠層厚度直接影響粘接強度和器件的氣密性。一般膠層薄,剪切強度高,但必須避免“欠膠”,否則會造成器件漏氣,封口成品率降低。
c.固化的溫度、時間、壓力條件 環氧樹脂本身是線型的熱塑性樹脂,在低于200℃時都是穩定的,只有加入固化劑并通過固化反應轉化成體型交聯結構的大分子后,才能成為具有高粘接強度及優良物理力學性能的膠層。每種膠黏劑都有自己的固化溫度,交聯在一定的溫度下才能充分進行,要嚴格按規定的固化溫度進行。加熱速率不要太快,否則會影響膠的浸潤,產生內應力,固化時間一定要充足,時間不足固化反應不完全,影響膠接強度,固化后緩慢冷卻。
固化時加一定的壓力有利于膠的流動和浸潤,可提高對表面微孔的滲透,保證膠層均勻和致密,促使氣泡從膠層中逸出,增強蓋板的粘接強度。所加壓力要均勻適當,壓力太大會將膠黏劑擠出,導致膠層太薄,降低粘接強度及氣密性。表7-33列出了固化時加壓與不加壓剪切強度的對比。