Madoka自动凝胶时间测试仪在晶圆级芯片封装（WLCSP）用环氧塑封料中的应用

晶圆级芯片尺寸封装（Wafer-Level Chip-Scale Packaging，简称WLCSP）是目前半导体先进封装中非常重要的一种技术。因为没有传统的引线框架和塑封料，满足消费电子产品（如手机、智能手表）轻薄化、微型化的需求。抛弃了传统的金属引线，直接通过芯片表面的微小锡球与电路板连接。传输路径极大地降低了电阻和电感，高频信号传输性能更好，功耗更低。

压塑成型或压缩成型（Compression Molding）是目前先进封装（如扇出型晶圆级封装 FOWLP、2.5D/3D封装）中常用工艺之一。和传统封装工艺相比优点在于：压缩成型工艺可以非常精准地控制塑封料的厚度，适合制造超薄的智能手机芯片。可以轻松应对整片大晶圆（Wafer-Level）甚至更大的矩形面板（Panel-Level）的塑封。因为塑封料是靠上下挤压成型的，而不是靠侧向的高速流动，所以几乎没有横向的冲击力。这解决了先进封装中芯片容易发生位移（Die Shift）的缺陷问题。

压塑成型工艺流程：

1.  先打开模具，把定量的塑封料（可以是颗粒状、液态，或者是像薄膜一样的片状EMC）直接铺在模具的底部。

2.  把贴满芯片的晶圆（或载板）倒扣在上方。

3.  在真空环境下，上下模具缓慢合拢。

4.  通过施加压力和加热，塑封料融化并均匀地向上包裹住所有的芯片，最后固化。

在压缩成型工艺中，使用的密封材料通常是环氧塑封料（EMC, Epoxy Molding Compound）。全球环氧塑封料市场高度集中，头部企业占据了全球约70%的份额，代表企业有住友电木，Resonac，华海诚科，KCC等，有以下常用三种：

1. 颗粒状塑封料（GMC - Granular Molding Compound）

外观像细盐或沙子一样的微小颗粒。非常适合大面积的 12英寸晶圆级封装（如FOWLP）。因为是均匀撒开的，融化后不需要长距离流动，对芯片的冲击力非常小。

2. 液态环氧塑封料（LMC - Liquid Molding Compound）

外观像粘稠的糖浆，流动性和渗透性非常好。它不仅能包裹芯片外部，还能渗入到倒装芯片（Flip Chip）底部的微小缝隙中，实现“塑封与底部填充一次完成"（MUF, Molded Underfill）工艺。广泛用于高密度封装和 2.5D/3D 多层堆叠封装。

3. 片状/薄膜状塑封料（SMC/FMC - Sheet/Film Molding Compound）

外观像手机贴膜或干膜一样的片状材料，通常卷在离型纸上。厚度控制精准，且车间内没有粉尘污染（相比GMC）。非常适用于超薄芯片封装以及面积更大的面板级封装。

在液态塑封料的压缩成型过程中，材料的凝胶时间与交联固化动力学之间的关系：

若采用快固化、高粘度配方：树脂在未填充至预定型腔边界前，便已发生凝胶交联。这种过早的固化会导致充模不足，产生空洞(cavity)或缺料缺陷。若采用长凝胶时间的慢固化配方：虽然树脂有充足的窗口期实现全区域的填充，但在标准成型周期结束时，其交联密度往往不达标。这会导致开模时未固化的树脂粘附于离型膜上（即粘模现象），严重影响良率。

Madoka是按照国际电子工业联接协会IPC-TM-650 2.3.18测试方法和GB/T 40564-2021电子封装用环氧塑封料测试方法设计的自动化凝胶时间测试仪。通过模拟人工手动搅拌操作，在设定的速度搅拌环氧塑封料样品的同时测定阻力扭矩，记录阻力扭矩随时间的变化，超过设定的临界值即为所测材料的凝胶时间。不仅能在测量后知道塑封料什么时候失去流动性，还能通过监测阻力扭矩随时间变化，绘制连续动态曲线，从而得到材料的流动性变化过程数据。

液态塑封料（LMC）自动凝胶时间测试步骤：

1. 设置测量条件，热板温度(如120℃)，搅拌速度（自转120rpm,公转50rpm）

2.执行调零操作，后点击测量按钮。

3. 在第三次蜂鸣音同时用注射器投入LMC液体样品 ，热板开始自动升起。搅拌棒接触树脂样品，开始自动搅拌。

4. 搅拌子将严格按照IPC-TM-650 2.3.18测试方法要求，模拟人工手动搅拌操作，以直径10-13mm的圆周运动充分搅拌树脂。搅拌时,每一次圆周运动将中间部分的样品搅动到外沿,外沿部分的样品搅动到中间。

5. 达到设定的时间后测量结束。测量结束，凝胶时间会根据设置的搅拌扭矩值自动计算得出。

手工热板法便宜、快速，但太依赖人工经验，数据无法追溯，适合作为基础的质量判定手段。而MADOKA自动测试仪则是为了解决手动测试“误差大、效率低、数据单一"的问题而诞生的升级替代方案，半导体先进封装行业需要严格控制环氧塑封料的一致性、或者需要深入研究材料固化特性的企业来说，从手动转向自动化测试是必然的趋势。

参考资料：

1. IPC-TM-650 2.3.18测试标准

2. GB/T 40564-2021电子封装用环氧塑封料测试方法