[發(fā)明專利]一種低充高保IC塑封工藝方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110298384.6
• 申請(qǐng)日: 2011-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN102347248A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹陽(yáng)根;廖秋慧;曹雨楠;阮勤超;張霞;唐佳;黃晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/56
• 分類號(hào): H01L21/56;B29C45/26
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其集成電路的封裝工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地是一種低充高保IC塑封工藝方法。

[背景技術(shù)]

隨著IC技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品可靠性和使用壽命方面的要求不斷提高。新的材料、新的結(jié)構(gòu)和新的工藝技術(shù)的引入使得芯片的集成度不斷提高，封裝尺寸不斷縮小，由各種應(yīng)力引起的可靠性問題影響逐漸增加。

環(huán)氧樹脂(EP)是目前IC塑封的主要材料，塑封料對(duì)半導(dǎo)體硅片、引線框和引線的包封，可以起到保護(hù)IC產(chǎn)品的作用。但是，塑封料和IC結(jié)構(gòu)的緊密接觸，存在相互間的作用力，這種作用力有時(shí)會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性、合格率以及使用壽命造成較大的影響。以硅片為例，由于塑封料和硅的線性熱膨脹系數(shù)相差一個(gè)數(shù)量級(jí)(塑封料≈25×10-6℃-1，硅≈2.3×10-6℃-1)，當(dāng)溫度變化時(shí)，它們的尺寸變化相差會(huì)較大。例如，對(duì)角線為1cm的芯片，溫度每變化1℃，芯片對(duì)角線的長(zhǎng)度可變化2.3×10-2μm；變化100℃，長(zhǎng)度可變化2.3μm。而同樣長(zhǎng)度的塑封料每變化1℃，其長(zhǎng)度將變化25×10-2μm；溫度變化100℃，其長(zhǎng)度將變化25μm。如果塑封料與芯片表面是分離的，塑封料將會(huì)在芯片表面移動(dòng)，它的最大位移量將會(huì)大于11.35μm。然而在一般情況下，塑封料是黏附在芯片表面的，它不可能在芯片表面移動(dòng)(但存在這種趨勢(shì))。于是，在芯片和塑封料界面就會(huì)存在剪切應(yīng)力。這個(gè)力可能會(huì)使芯片上附著力弱的金屬化層產(chǎn)生滑移(溫度升高，向芯片邊緣滑移；溫度降低，向芯片中心滑移)，造成金屬條間短路或開路；也可能會(huì)使鈍化層或多晶硅層破裂，造成多層金屬化層間短路。另外，塑封料和引線框、金線之間的熱膨脹系數(shù)的失配也會(huì)引起引線框翹曲變形造成電路寄生參數(shù)的改變，或使焊點(diǎn)受到較大的附加拉應(yīng)力而發(fā)生脫焊等可靠性問題。IC產(chǎn)品塑封模具的溫度在165℃左右，加工前后溫差約有150℃，可引起內(nèi)在殘余應(yīng)力。而IC產(chǎn)品的使用環(huán)境溫度在：0℃～70℃(商業(yè)溫度)、-40℃～+85℃(工業(yè)溫度)、-40℃～+125℃(汽車溫度)。大量的失效案例表明在以上3種溫度范圍內(nèi)，器件失效的比例都很高。對(duì)失效器件的分析表明，外界的溫度沖擊或低溫環(huán)境造成的塑封材料對(duì)芯片的應(yīng)力是主要機(jī)理。

一般來說，電應(yīng)力、熱應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力、輻射應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力以及其它因素均可導(dǎo)致半導(dǎo)體器件退化或失效，各種應(yīng)力之間互為轉(zhuǎn)換，其中加工和使用過程中的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的影響最為顯著。

目前為止，解決的辦法都是用改變添加劑的辦法，降低塑封料的線脹系數(shù)，但是由于非金屬材料和金屬材料之間線脹系數(shù)的差別過大，最好的結(jié)果也難以從根本上解決內(nèi)應(yīng)力的問題。而且隨著改性后線脹系數(shù)的減小，塑封料的密度隨之減小，密封效果和傳熱性都有所降低。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明的目的就是解決上述的不足，提供一種低充高保塑封工藝方法，可以明顯改善塑封內(nèi)應(yīng)力問題。低充指低速充模，可以減小熔融料流在成型流動(dòng)時(shí)對(duì)芯片和金線的沖擊，減少產(chǎn)品內(nèi)在缺陷。高保是指在塑封料固化階段施加很高的保壓壓力。在高壓下塑料固化的實(shí)際收縮率可以為零甚至為負(fù)，通過控制型腔壓力，使得塑料的收縮率在合適的范圍內(nèi)，在塑封料、芯片、引線和芯片之間達(dá)到熱適配，從而減小產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，提高IC產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種低充高保IC塑封工藝方法，其具體方法步驟為：

1)、注塑充模階段：所采用的模具具有型腔鑲塊、流道澆口鑲塊、上下模料腔板、液壓注塑頭，把粘合了芯片并鍵合了金線的引線框放入型腔鑲塊平面上，上下模型腔閉合，對(duì)模具型腔加熱到165℃左右，上下模料腔內(nèi)的塑料熔融，液壓注塑頭施壓對(duì)熔融塑料進(jìn)行低速注塑，充滿型腔；

2)、固化保壓階段：對(duì)模具型腔升高壓力，并保持對(duì)熔融塑料施加高壓，在高壓狀態(tài)下，熔融塑料固化成型；

3)、冷卻脫模階段：對(duì)模具型腔進(jìn)行快速冷卻，然后脫模。

所述注塑充模階段的液壓注塑頭的低速充模壓力在2-10MPa之間，所述固化保壓階段的高壓保壓壓力在20-170MPa之間，高壓保壓的壓力控制精度在±0.1MPa之內(nèi)。

所述固化保壓階段模具的溫度在160-175℃范圍內(nèi)，保壓結(jié)束后的冷卻脫模階段，模具溫度在36-80℃左右。