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国内半导体封装行业清模材料的最新进展及发展趋势

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国内半导体封装行业清模材料的最新进展及发展趋势

摘 要：封装模具的清洗对于半导体封装企业而言是一项重要的养护工作。而清模材料的选

用不单单关系到产品的品质，也关系到生产效率和成本。本文将针对两种主要的清模材料：

三聚氰胺清模料和清模胶条，分别从技术和市场的角度，比较它们的特点，同时分析其目前

的应用状况，以及最近进展和未来的发展趋势。

关键词：清模材料；三聚氰胺；清模胶片；环氧树脂塑封料；转移成型

The Latest Status and Trend of Molding Die Cleaning Materials of China

Semiconductor Assembly Industry

Huo Ju

(Tianjin University, Tianjin, China 300072)

Abstract: It’s an important maintaining activity to clean molding die for semiconductor assembly

factories. Not only the quality but also the production efficiency and cost are effected by choosing

a suitable cleaning material. With comparing the performances and characteristics of the main two

cleaning materials, Melamine compound and rubber cleaning sheet, and upon the views of

technology and market respectively, the basic concepts, current application status, latest progress

and developing trend are introduced in this paper.

Key Words: Cleaning material; Melamine; Rubber cleaning sheet; Epoxy molding compound;

Transfer molding

1 引言

在一般半导体器件所采用的转移成型封装（transfer molding）过程中，清模是一项看似

无关紧要，实则非常重要的工序。一则，在连续成型作业中，来自于塑封料（Molding

Compound）以及脱模剂（releasing agent）的一部分成分，在高温(170~180℃)的作用下发生

氧化，并且附着在模具表面，形成难以去除的污垢。如果没有及时清除，不但造成封装时离

型困难，以及封装体外观缺陷，而且会造成对于模腔表面的损坏。二则，每天例行清模过程

所耗的少则1~2个小时，多则3个小时的时间，对于目前国内大部分封装测试厂而言，相对

于订单数量显得捉襟见肘的产能来讲，绝对是一个异常漫长的过程。

虽然，国内外专业媒体对于封装技术和封装材料的专论不绝如缕，但是，专门论述清模

工序和清模材料（cleaning compound）的文章却极为鲜见，这未尝不是一件憾事。因而，本

文对目前封装行业中所采用的清模材料的最新进展作以总结，同时就其未来的发展趋势，发

表鄙人的一点陋见，如有疏漏之处，还望不吝赐教。

2 两种主要的清模材料

2.1 三聚氰胺Melamine

三聚氰胺清模料，一般为比重为1.2~1.5的白色圆柱或条块。同环氧树脂塑封料（epoxy

molding compound）相类似，也是一种热固性材料，可以采用与之相同的塑封参数。其主要成分是：

①三聚氰胺甲醛树脂（melamine formaldehyde），一般占重量百分比为60~70%，构成清

模料的主体。具有很好的流动性和一定的粘性。

②固化剂，一般占清模料3~10%的重量。在温度的作用下，同三聚氰胺甲醛树脂发生聚

合反应。通过增减固化剂的含量，可以调节清模料的固化时间和流动性。

③填料，占20~40%的重量百分比。一般有两种不同的填料成分。一种是有机填料，主

要是纤维（cellulose）。另外一种无机填料，一般是二氧化硅颗粒。由于三聚氰胺在固化后

易碎，所以，纤维填料的作用是增强固化后强度，避免清模料碎裂。而颗粒填料在注塑过程

中，与模腔污垢产生刮擦和碰撞，起到研磨的作用。

④在清模料中一般还有2~10%的蜡和添加剂，分别起到离型和增强粘结的作用。

三聚氰胺清模料的作用机理有三种：

①粘结作用，三聚氰胺在固化后可以紧紧粘住污垢，并在离型时将污垢从模具表面拉脱。

②研磨作用，在注塑过程中，颗粒填料在胶道和模腔内流过，与污垢发生碰撞和刮擦。

从而除去污垢，同时降低污垢与模具表面的附着力。

③分解作用，部分清模料中所含的添加剂会渗透到污垢内部，使污垢分解，或者降低污

垢与模具表面的结合力，从而增强清模效果。

由于三聚氰胺甲醛树脂原料便宜（一般每磅的成本为0.95~0.99美金），所以，三聚氰胺

的售价不高，一般在每公斤9~12美金左右。也正是由于价格的原因，三聚氰胺成为封装行

业应用最为广泛的清模材料。

目前生产三聚氰胺清模料的厂家很多，既有Nippon Carbide这样的化学品公司，同时诸

如长春住工、韩国DONGJIN、三星第一毛纺、Cookson等塑封料厂商也生产三聚氰胺清模

料。而国内，如浙江虎霸集团等内资背景的公司也由产品推出。

2.2 清模胶片(Cleaning Rubber Sheet)

传统的清模方法，往往耗时很长的时间（2~3个小时），

同时也消耗大量的引线框架（或者纸质框架）。为解决这

个问题，清模胶片逐渐为封装厂所采用。

图1 对于清模胶片的组成成分，不同的厂商有不同的配

方，但经过笔者的调查，大体可以分为如下部分：

1) 清模胶片的主要成分是未硫化的顺丁橡胶(BR)或者

乙丙橡胶(EPR)，其重量百分比大约在50%~70%。在清模

流程的温度和压力的作用下，橡胶开始硫化，从而使污垢

和橡胶成为一体，在离型的时候将它去除。

同传统的三聚氰胺清模料相比，由于橡胶的粘性要高于

三聚氰胺，所以，清模胶片的清模效果要好于三聚氰胺。一

般用三聚氰胺需要重复清模8~10次，而如果代之以清模胶片，清洗2~3次也就足够了。

2) 二氧化硅填料，其重量百分比大约是10~30%。其重要作用是，增强橡胶的强度和抗撕

裂性，同时在清模过程中受到挤压以及扩散中，对污垢起到研磨作用。

3) 硫化剂

4) 催化剂和硫化促进剂，以及一定数量的离型剂

5) 在橡胶中可以加入具有特定亲污垢官能团的添加剂作为清洁助剂，从而使得橡胶与污垢

可以跟牢固的结合在一起。达到更好的清模效果。日本的日东电工对这项技术申请了专利，

因而，清洁助剂的技术并未得到广泛采用。

6) 同时，某些清模胶片也采用一定的添加剂，可以分解底层污垢，可以达到更强的清模效图2 果。如图2所示，模具的污垢构成分为两层结构，其中

表层污垢主要是塑封料的组分，相对容易从模具上剥离

出来；而底层污垢之中含有脱膜剂（石蜡）以及塑封料

在高温下的部分碳化产物，同时夹杂了部分模具表面金

属镀层的成分，因而，在底层污垢中无机物的含量较高，

因而更难于去除。无论是三聚氰胺还是普通的清模胶条，

都无法将底层污垢彻底去除。而某些特殊的添加剂可以

渗透到底层污垢内部，将污垢分解，同时降低污垢对于

模腔表面的黏附力，从而将底层污垢从模具上剥离。这项

技术也属于专利，被日东电工所垄断。

通过以上这些不太齐全的资料，我们也可以总结出清模胶片的作用机理：

①物理粘结作用。通过橡胶的粘结作用，将污垢从模具表面拉除。

②化学粘结作用。通过亲污垢官能团（或者清模基团）完成污垢与橡胶的结合

③机械研磨作用。通过二氧化硅填料在加压后的运动，撞击和研磨污垢

④分解作用。分解污垢，达到清除底层污垢的目的。

清模胶片的价格较因其制造厂商和品质而异，一般为每公斤20~70美金。现有的制造商

包括：日东电工、JINYONGTECH、Keeper、SuperCleaning等，同时诸如Donjin、三星第一

毛织等三聚氰胺厂商也在发展清模胶片。

3 三聚氰胺和清模胶片的比较

三聚氰胺和清模胶片各有其优缺点，笔者将二者做一比较，并罗列如下： 表1 两种清模材料的比较简表

三聚氰胺清模料 清模胶片

清模能力 清模能力一般

仅仅可以清洁模腔

填充性能好 清模效果好

可以同时清洁模腔、模面和排

气口

有填充性的风险，对于小模腔

的效果差

清模时间 1~2个小时 20~30分钟

使用和储存 可常温储存

同塑封料的成型条件相同 需要低温储存

不需要引线框架

成本 单价便宜，但是综合清模成本

并不低。 单价高，但综合清模成本根据

模具设计不同而异，在某些封

装形式上的清模成本甚至更

低。

1) 清模能力

三聚氰胺的粘性要低于橡胶，所以需要反复清模数此才能相对彻底的清除污垢。相反，

清模胶片往往能够在2~3个shots就达到很好的清洁效果。

清模胶片的优越性还在于其不但可以清洁模腔，同时也可以清洁模面和排气口。虽然，

三聚氰胺也有条块状的产品，可以起到相似的作用，但后者由于容易碎裂，部分残渣会遗留

在模腔内，形成二次污染，因而其应用目前还不是十分广泛。

然而，三聚氰胺的优势在于其良好的填充性能，由于采用同塑封相同的注塑方式。三聚

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半导体材料发展的历程

半导体材料发展的历程

半导体材料发展的历程

一、早期阶段

半导体材料的发展始于20世纪初。早期的半导体材料主要是以硒和碲等元素为基础的化合物。这些化合物在电导率方面介于导体和绝缘体之间，因此被称为半导体。然而，由于制备方法的限制以及材料本身的不稳定性，早期的半导体材料在实际应用中并不常见。

二、晶体管的发明

20世纪40年代，晶体管的发明引领了半导体材料的发展。晶体管是一种利用半导体材料的特性进行信号放大和开关控制的设备。最早的晶体管是用硅和锗等材料制成的。这些材料具有稳定的晶格结构和较高的电导率，使得晶体管能够稳定地工作在高频率下，为电子技术的发展提供了基础。

三、集成电路的诞生

20世纪60年代，集成电路的诞生推动了半导体材料的进一步发展。集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块半导体芯片上的技术。为了实现集成电路的制造，半导体材料的质量和稳定性提出了更高的要求。这促使科学家不断改进制备方法，探索新的半导体材料，如硅和化合物半导体。

四、化合物半导体的崛起

化合物半导体在半导体材料发展中扮演着重要的角色。与硅相比，化合物半导体具有更高的电子迁移率，更适合高频和高速应用。此外，化合物半导体还具有较宽的能带隙，使其在光电器件领域具有广阔的应用前景。例如，氮化镓材料被广泛应用于发光二极管和激光器等光电器件中，其高效的发光性能为光通信和显示技术的发展做出了重要贡献。

五、新型材料的涌现

近年来，随着科技的不断进步，一些新型半导体材料开始涌现。例如，石墨烯作为一种二维材料，具有优异的电子输运性能和独特的光学特性，被认为是下一代半导体材料的候选者之一。另外，钙钛矿材料由于其优异的光电性能，也引起了广泛的关注和研究。这些新型材料的涌现为半导体技术的进一步发展提供了新的机遇。

六、应用领域的拓展

随着半导体材料的不断发展，其应用领域也得到了广泛的拓展。除了传统的电子器件领域，如计算机、手机和电视等，半导体材料还在能源、医疗和环境等领域发挥着重要作用。例如，太阳能电池利用半导体材料的光电转换特性，将太阳能转化为电能。此外，半导体材料还在医疗影像、传感器和污水处理等方面发挥着重要作用。

半导体材料的发展历史

半导体材料的发展历史

半导体材料的发展历史

最早的半导体材料可以追溯到1820年，当时德国物理学家兼工程师Thomas J. Seebeck 发现，一些金属的电导率会随温度的变化而变化。这是半导体材料的第一次探索。

在接下来的几十年里，科学家继续对半导体材料进行研究。1850年代，霍尔发现了一种现象，后来被称为霍尔效应。在一个垂直磁场旁边，通过半导体材料的电流会产生一种侧向的电场。这种现象使得半导体材料具备了一种测量电流的新方法。

20世纪初，晶体管的发明标志着半导体材料的重要突破。1920年，德国物理学家Walter H. Schottky和华盛顿大学的Horace G. Denhardt独立地发明并开发了晶体管。晶体管是一种通过控制电流来开关和放大电流的设备，它在电子学中的应用非常广泛。晶体管的发明奠定了半导体材料的基础，并在当时被广泛应用于通信和计算机技术中。

然而，真正让半导体材料走向商业化应用的是1947年贝尔实验室的Walter H. Brattain，John Bardeen和William Shockley合作发明了晶体管。他们的晶体管在实际应用中非常可靠和稳定，引领了半导体材料的革命。1956年，Texas Instruments公司的杰出工程师Jack S. Kilby首次制造了一块集成电路（IC），这是一个将许多晶体管和其他电子元件集成在一起的芯片。这一发明使得电子设备变得更小、更轻便，并开创了电子技术的新时代。

1960年代和1970年代，由于微电子技术的飞速发展，半导体材料取得了巨大的进步。硅材料逐渐成为主流的半导体材料，因为它具有良好的半导体特性，并且易于加工和成本较低。1965年，英特尔联合创始人Gordon Moore提出了著名的“摩尔定律”，预言每18个月至两年，集成电路中的晶体管数目将会加倍。这一定律至今仍然适用，推动了半导体技术的快速发展。

20世纪90年代以来，半导体材料的发展主要集中在高性能和微小化方面。设计更先进的集成电路、降低电路功耗和增强处理能力，已成为半导体行业的关注重点。此外，新的半导体材料的研发也是行业的热点之一，比如砷化镓、碳化硅等化合物半导体材料。

半导体硅片行业分析

半导体硅片行业分析

半导体硅片行业分析

1硅晶圆是重要的半导体材料，规模超百亿美元

硅晶圆是需求量最大的半导体材料

半导体材料是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。半导体材料的研究始于19世纪，至今已发展至第四代半导体材料，各个代际半导体材料之间互相补充。

第一代半导体：以硅（Si）、锗（Ge）等为代表，是由单一元素构成的元素半导体材料。硅半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。

第二代半导体：以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表，也包括三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP，还包括一些固溶体半导体、非静态半导体等。随着以光通信为基础的信息高速公路的崛起和社会信息化的发展，第二代半导体材料显示出其优越性，砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。

第三代半导体：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）为代表的宽禁带半导体材料。具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景。

第四代半导体：以氧化镓（Ga2O3）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）为代表的超宽禁带半导体材料，禁带宽度超过4eV；以及以锑化物（GaSb、InSb）为代表的超窄禁带半导体材料。超宽禁带材料凭借其比第三代半导体材料更宽的禁带，在高频功率器件领域有更突出的特性优势；超窄禁带材料由于易激发、迁移率高，主要用于探测器、激光器等器件的应用中。

硅材料制造全球绝大部分的半导体产品，也是占比最大的半导体制造材料。在1950年代初期，锗是主要的半导体材料。但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到1960年代逐渐被硅材料取代。由于硅器件的漏电流要低得多，且二氧化硅是一种高质量的绝缘体，很容易作为硅器件的一部分进行整合，至今半导体器件和集成电路仍然主要用硅材料制成，硅产品构成了全球绝大部分半导体产品。根据SEMI的数据，在硅晶圆制造过程中，半导体硅片（硅晶圆）也是占比最大的原材料，2018年约38%。

第四代半导体材料

第四代半导体材料

第四代半导体材料

半导体材料一直是电子行业的重要组成部分，随着技术的不断发展，第四代半导体材料成为了当前研究的热点之一。第四代半导体材料具有许多优点，如更高的能源效率、更好的导电性能和更广泛的应用范围。下面将对第四代半导体材料进行详细探讨。

1. 介绍

第四代半导体材料是指一类新型半导体材料，相对于传统的硅基半导体材料来说，第四代半导体材料在性能上有着显著的提升。主要包括碳化硅、氮化镓和氮化铝等材料。这些材料具有更高的电子迁移率和更好的热导性能，能够在更高的温度和电压下工作，因此在高频、高温等环境下有着更广泛的应用。

2. 碳化硅

碳化硅是第四代半导体材料中的一种重要代表，它具有很高的硬度、化学稳定性和导热性能。碳化硅由碳和硅元素组成，具有较宽的禁带宽度，可用于制造高温、高频的功率器件。碳化硅材料还具有较高的电子迁移率和击穿电压，可用于制造高性能的电子元件。

3. 氮化镓

氮化镓是另一种重要的第四代半导体材料，具有优异的光电性能和耐热性。氮化镓在LED和激光器件中有着广泛的应用，可实现高亮度的光输出。此外，氮化镓材料具有很高的电子迁移率和热导性能，可用于制造高频功率器件和高温电子器件。

4. 氮化铝

氮化铝是第四代半导体材料中的又一重要代表，具有良好的热导性能和化学稳定性。氮化铝材料可用于制造高温高频的功率器件、射频器件和超高亮度LED。氮化铝材料还具有很高的击穿电压和电子迁移率，可大幅提高电子元件的性能。

5. 应用前景

第四代半导体材料在各种领域都有着广阔的应用前景。碳化硅、氮化镓和氮化铝等材料将逐渐取代传统的硅基半导体材料，应用于功率器件、光电器件、通信器件等领域，为电子行业带来更高的能源效率和更好的性能表现。 综上所述，第四代半导体材料具有很高的热导性能、电子迁移率和稳定性，是当前电子领域研究的热点之一。未来，随着第四代半导体材料的不断发展和应用，相信电子行业将迎来更多的创新和突破。