分应保持相同。同时材 料的工艺范围应与原有色料有较大重合，便于塑封中采用相同的加工边界条件。
[0038] (2)塑封:塑封过程中要采用原有色料的塑封工艺来进行模塑，以保证相似理论的 边界条件的合理性。
[0039] (3)采集应力偏光图。
[0040]利用相似材料在塑封压机上完成塑封后，采用应力偏光仪对塑封后封装体应力偏 光图进行采集，并在图中标明浇口位置，以便比较。在采集图像中，为了保证不同条件下产 品进行比较的合理性和科学性，应使个产品应力偏光图是在相同条件相同位置取得。故要 求：
[0041 ]①应力偏光仪的位置固定，光线稳定；
[0042] ②被测量产品摆放位置应有专门的夹具固定，以保持每个被测产品被测位置相 同；
[0043] ③拍摄设备应有专用夹具固定，保持摄像头在同一位置采集图片。
[0044] (4)比较不同条件下的应力偏光图色度及试件应力的变化情况。
[0045]将图片以工艺条件命名排列，利用PHOTOSHOP软件观测应力偏光图中应力变化。基 于光弹性理论，通过应力偏光图色度的变化研究工艺参数等对残余应力的影响规律。
[0046]由光弹性理论可知，一种颜色的应力偏光图对应的残余应力值是一定的。故可利 用标准试样，通过光弹性法测定不同颜色所对应的应力具体数值。同时利用PHOTOSHOP软件 测量应力偏光图中颜色的RGB值，从而将颜色数字化，然后将其与其应力值一一对应，从而 建立应力偏光图RGB值与对应应力的数值库，实现应力测量的的简便化、直观化、快速化、准 确化。
[0047] (5)利用相似理论近似计算原有色料残余应力
[0048]基于相似理论和多种环氧塑封料的数值模拟与实验验证，以及国内外研究结果， 发现封装残余应力主要是由封装体各材料的热膨胀系数不匹配引起的，且不同环氧塑封料 在其他机械属性基本相近的情况下，它们的最大残余应力的比值和材料热膨胀系数的比值 基本相近，故可以建立本方法的相似模型中残余应力数值的近似计算公式。记原有色料最 大残余应力为〇ys，热膨胀系数为(CTE)ys;相似透明材料最大残余应力为〇ws，热膨胀系数为 (CTE)WS。故近似计算公式为
[0049]以下结合具体实施例对本发明作进一步的描述：
[0050]以SS0P20L塑封模块为例，其常用塑封料为三星电子有限公的SL-7300SPM黑色料。 本实验中将采用中新泰合有限公司的TH-3100透明环氧塑封料代替SL-7300SPM料。因为通 常非光学元件封装多采用有色塑封料，导致无法利用光弹性方法进行观察内应力。TH-3100 透明料各项机械性能与主要材料成分均与常用的三星电子有限公司SL-7300SPM料相似，其 性能参数如表1所示。如下所示，表1为相似理论选取材料与原材料性能参数对比表，表2为 相似理论选取材料与原材料成型工艺对比表。
[0051]
[0054] 表 2
[0055] 由表1可知，两种材料的热膨胀系数近似成比例关系，其他参数基本相近;且由表2 可知，两种材料有较大工艺重合范围。故可根据相似理论，通过TH-3100料的实验结果推导 出有色料的残余应力变化规律。试验设备采用65吨塑封压机和MGP塑封模架及SS0P20L专用 试验模盒;浇口入射角为20度，厚度为0.25_;试验工艺参数设置如表3所示。
[0056]
[0057]表3
[0058]由表3可知，设计了两组实验，分别比较保压压力和注塑压力对塑封残余应力的影 响，提出优化优化工艺的方法。本发明提供了一种1C塑封残余应力的定性测量比较方法，该 测量方法包括如下的步骤：
[0059]⑴粘接芯片、焊接金线，如附图2所示，根据相似性理论选取合适塑封材料，对塑封 料进行回温，为塑封做准备。
[0060] ⑵如附图3所示，在65吨塑封压机上完成塑封后，采用应力偏光仪对塑封后封装体 应力偏光图进行采集，采集100倍放大倍率的图，并标明浇口位置，以便比较。
[0061] ⑶将图片以工艺条件命名排列，观测应力偏光图中应力条纹颜色变化，研究工艺 参数对残余应力的影响，结果如附图4和附图5所示。附图4上在方案1中，应力的颜色由鲜艳 逐渐变为单调，即彩色鲜艳的应力条纹随着保压压力的增大，逐渐稳定为淡蓝色，从而可以 证明残余应力随保压压力的变大而减小。附图5上在方案2中保压压力为13MPa，可看出虽然 不是很明显，但3MPa下应力条纹相对淡些。
[0062]利用PHOTOSHOP软件测量偏光图中颜色最深处的RGB值，导入数据库中获得相应应 力值，由近似计算公式可获得原材料的近似应力值。比较应力变化情况，如附图6和附图7所 示，可得出，在工艺选择时，可以选择较低的注射压力，较高的保压压力，这样有利于降低残 余应力。
[0063] 通过以上的测量比较方法达到了对残余应力现象的直接观察及比较效果，观察残 余应力的规律及其与工艺方案的联系，从而对工艺方案进行优化。
[0064]综上所述:本发明公开了一种1C塑封残余应力的观测比较方法，该观测比较方法： (1)给予光弹性方法和图像处理技术，建立应力条纹RGB值与应力值一一对应数据库；（2)根 据相似性理论选取合适的透明塑封材料代替原有色料，进行相似性实验；（3)基于光弹性方 法，利用应力偏光仪采集封装后模块应力偏光图，将采集的应力偏光图按工艺条件命名，采 集应力偏光图上各颜色处RGB值；（4)将采集的RGB值导入"RGB值与应力值一一对应数据库 中，获得具体应力值。通过相似计算公式
获得原有色料的应力值，比 较不同工艺等条件下获得的残余应力值的变化，从而研究残余应力的变化情况与降低方 法。因此可见，本发明可直观地观测到残余应力的分布，同时可以直观定量比较不同条件下 的残余应力变化情况，从而改进工艺方案和模具结构，提高塑封质量及效率，大大提高塑封 半导体产品的质量。
[0065]本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理 下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种IC塑封残余应力的观测比较方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 塑封材料选取:根据相似定理，选取合适的透明塑封材料代替原有色料，建立物理 相似模型，该透明塑封材料与原有色料的性能参数相似、组成成分相同； (2) 塑封:采用原有色料的塑封工艺，利用所选取的透明塑封材料在塑封压机上完成塑 封； (3) 采集应力偏光图：在塑封压机上完成塑封后，采用应力偏光仪对塑封后封装体应力 偏光图进行采集； (4) 比较不同条件下的应力偏光图色度及试件应力的变化情况:将采集的应力偏光图 按工艺条件命名排列，利用图像处理软件观测应力偏光图中应力变化，基于光弹性理论和 图像处理技术，采集应力偏光图上各颜色处RGB值，建立应力偏光图RGB值与对应应力的数 据库，通过应力偏光图色度的变化观测工艺参数对残余应力的影响规律； (5) 利用相似理论近似计算原有色料残余应力：建立相似模型中残余应力数值的近似 计算公式，记原有色料最大残余应力为％8,热膨胀系数为(CTE) ys，相似透明材料最大残余 应力为&，热膨胀系数为(CTE)ws，近似计算公式为将采集的RGB值 导入上述应力偏光图RGB值与对应应力的数据库中，获得具体应力值，通过相似计算公式获 得原有色料的应力值，观测并比较不同条件下的残余应力变化情况。2. 如权利要求1所述的IC塑封残余应力的观测比较方法，其特征在于:步骤（1)中，所述 性能参数包括弹性模量、泊松比、热膨胀系数、密度、热传导率和比热，透明塑封材料的热膨 胀系数与原有色料相同或成比例关系，其他性能参数的相似系数为1，所述组成成分中，除 了影响材料透明度的组成成分外，其他组成成分均与原有色料保持相同。3. 如权利要求1或2所述的IC塑封残余应力的观测比较方法，其特征在于:步骤(3)中， 采集应力偏光图时，使应力偏光仪的位置固定、光线稳定，拍摄设备和被测量产品摆放位置 均采用夹具固定，保持摄像头在同一位置采集图片，确保各产品应力偏光图在相同条件相 同位置取得。4. 如权利要求3所述的IC塑封残余应力的观测比较方法，其特征在于:步骤(4)中，由光 弹性理论可知，一种颜色的应力偏光图对应的残余应力值是一定的，利用标准试样，通过光 弹性法测定不同颜色所对应的应力具体数值，同时利用图像处理软件测量应力偏光图中颜 色的RGB值，从而将颜色数字化，然后将其与其应力值一一对应，建立应力偏光图RGB值与对 应应力的数值库。
【专利摘要】本发明涉及一种IC塑封残余应力的观测比较方法，包括以下步骤：(1)塑封材料选取：根据相似定理，选取合适的透明塑封材料代替原有色料，建立物理相似模型；(2)塑封：采用原有色料的塑封工艺，利用所选取的透明塑封材料在塑封压机上完成塑封；(3)采集应力偏光图：在塑封压机上完成塑封后，采用应力偏光仪对塑封后封装体应力偏光图进行采集；(4)比较不同条件下的应力偏光图色度及试件应力的变化情况；(5)利用相似理论近似计算原有色料残余应力；本发明能够直观地观测到残余应力的分布，并比较不同条件下的残余应力的大小及其随其他条件的变化规律，可用于研究改进工艺方案和模具结构，提高塑封质量及效率。
【IPC分类】G01L1/24
【公开号】CN105424240
【申请号】CN201510770229
【发明人】曹阳根, 安静, 马青山, 马玉林, 吴文云, 郑功超, 张锋
【申请人】上海信适智能科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月12日