專利名稱：一種半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常的半導(dǎo)體封裝流程為芯片圓片切割；芯片鍵合在引線框架或者基板上；導(dǎo)線鍵合，使芯片和外部電路連接導(dǎo)通；環(huán)氧樹脂包覆芯片，芯片座，導(dǎo)線及導(dǎo)線連接的引線框架的內(nèi)部引腳或基板上的焊墊；分割成單顆及外部引腳成型。環(huán)氧樹脂包封的主要作用是給其內(nèi)部的芯片，導(dǎo)線及導(dǎo)線連接提供機(jī)械支撐，散熱，電氣絕緣，抵抗潮氣或酸堿引起的腐蝕。環(huán)氧包封體是一個(gè)多種材料交叉的綜合體，存在環(huán)氧和多種材料的結(jié)合界面，如果界面的結(jié)合強(qiáng)度不夠，在惡劣情況下就會(huì)分層，產(chǎn)品的可靠性下降。特別是20世紀(jì)80年代以來，隨著表面貼裝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一種比較嚴(yán)重的失效模式就是封裝體在客戶端進(jìn)行表面貼裝SMT時(shí)，芯片封裝體從界面處開裂，界面處的導(dǎo)線鍵合受到分離應(yīng)力作用容易開路而導(dǎo)致產(chǎn)品失效，界面處的芯片建立了與外界的潮氣通路，其失效機(jī)理就是由于有些工序中溫度比較高，界面所吸收的潮氣在高溫下體積迅速膨脹，產(chǎn)生的應(yīng)力高于界面的結(jié)合力導(dǎo)致的開裂。為此JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)公布了針對(duì)SMD 器件的潮氣敏感度標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此給了明確的潮氣敏感度定義、實(shí)驗(yàn)方法、等級(jí)劃分。自從20世紀(jì)80年代以來，如何提高潮氣敏感度的工作就沒有停止過。以住友電木(Sumitomo Bakelite),日東電工(Nitto Denko)為代表的環(huán)氧樹脂供應(yīng)商通過配方調(diào)整，但是配方的調(diào)整要顧及到成型，沖線，脫模性，而脫模性和粘結(jié)性相矛盾，因而產(chǎn)生的效果有限，他們通常以滿足JSTD020D的MSL3的標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)。并把耐潮氣等級(jí)作為產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，例如標(biāo)稱MSL2的環(huán)氧樹脂比MSL3的價(jià)格要高50%以上，標(biāo)稱MSL2在實(shí)際使用過程中，由于封裝體的差別，有一些經(jīng)過實(shí)際測(cè)量后并不能達(dá)到MSL2。以ASM為代表的引線框架供應(yīng)商進(jìn)行的框架材料表面粗化處理的研究，由于粗化作用于框架表面，其主要的有效部分是作用在框架和環(huán)氧樹脂的界面，對(duì)于芯片及導(dǎo)線不起作用，通?？蚣転榱诉m應(yīng)導(dǎo)線鍵合的要求，對(duì)引腳焊墊做了鍍銀或鍍鎳處理，粗化的效果在鍍層的表面往往達(dá)不到如同基材的效果，而此處的界面分層通常對(duì)產(chǎn)品的壽命起到置關(guān)重要的作用，另外就是處理過的框架成本增加較普通的框架增長(zhǎng)對(duì)整個(gè)封裝成本的影響很大。等離子處理也是一種較為常見的處理方法，通過等離子氣體沖擊塑封前的產(chǎn)品獲得清潔，活化的表面，通常對(duì)清潔表面的淺層污染物或氧化較為有效，但是產(chǎn)生能增加粘結(jié)效果的活性基團(tuán)功能比較弱，而且由于空氣中存在一些油氣等污染物，其效果會(huì)隨處理后放置的時(shí)間衰減，通常不能超過12小時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其能夠一定程度上提高芯片封裝中多個(gè)關(guān)鍵界面的結(jié)合強(qiáng)度，防止工藝過程中分層、開裂；降低潮氣等級(jí)數(shù)；延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命；解決處理后的保存時(shí)間問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其中包括以下步驟，步驟a:對(duì)待處理材料表面均勻施用少量助粘劑溶液，使之附著在需要加強(qiáng)的表面；步驟b 助粘劑溶液中的溶劑常溫?fù)]發(fā)風(fēng)干，或者通過烘烤的方式烘干，揮發(fā)后的助粘劑活性成分涂層厚度控制在納米級(jí)厚度，助粘劑活性成分涂層和待處理材料需加強(qiáng)的表面形成化學(xué)鍵合；步驟c 進(jìn)行后道塑封工序，已經(jīng)與待處理材料表面形成化學(xué)鍵合的納米級(jí)厚度的助粘劑活性成分另一側(cè)的官能團(tuán)與塑封過程中使用的環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵合。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中，對(duì)待處理的的材料表面施用了助粘劑溶液，溶劑為有機(jī)溶劑，溶質(zhì)為助粘活性物。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中，助粘劑溶液通過微噴涂設(shè)備以非接觸方式噴涂在待處理材料需要加強(qiáng)的表面上。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中，進(jìn)行助粘處理時(shí)使用的助粘劑活性成分是鈦酸酯偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟b中，微噴涂形成的液體涂層可以采用常溫?fù)]發(fā)的方式，揮發(fā)的時(shí)間為5分鐘到72小時(shí)，或采用加熱烘烤的方式以加快納米級(jí)涂層的形成，烘烤的溫度為60度到150 度，烘烤的時(shí)間為5到60分鐘。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中助粘劑溶液，溶劑含量為95% -99. 9%，活性偶聯(lián)劑含量為0. 1 % -5%， 然后用微噴涂設(shè)備均勻噴涂在待處理材料表面，溶液的使用量為5ml/m2-100ml/m2，溶劑揮發(fā)后存留的活性納米級(jí)厚度的助粘劑活性成分的厚度為5-lOOnm。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a的助粘劑溶液中，有機(jī)溶劑含量為97% -99. 7%，助粘劑活性成分含量為 0. 3% -3%。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中，助粘劑溶液均勻噴涂在待處理材料表面，溶劑揮發(fā)后存留的助粘劑活性成分涂層的厚度為20-60nm。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中助粘處理的區(qū)域有引線框架內(nèi)部引腳、引線框架芯片焊墊、連接導(dǎo)線、 芯片，或其中某一個(gè)部分進(jìn)行處理。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案， 其中所述步驟a中助粘處理的區(qū)域有PCB基板封裝區(qū)域，連接導(dǎo)線，芯片，或?qū)ζ渲心骋徊糠诌M(jìn)行處理。作為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法的一種優(yōu)選方案，其中所述步驟a中助粘劑溶液的活性成分是三異硬脂酸基鈦酸異丙酯或3-氨丙基硅三醇，或乙烯基三甲氧基硅烷。目前所普遍使用的塑封前等離子處理流程，其粘結(jié)力加強(qiáng)的效果僅僅體現(xiàn)在抵抗后續(xù)工藝，如，電鍍，切筋成型，切割中的應(yīng)力，而不能達(dá)到降低潮氣等級(jí)的效果；而且存放的時(shí)間有限，一般為12小時(shí)以內(nèi)。導(dǎo)線框架的表面粗化，其只提供導(dǎo)線框架和環(huán)氧樹脂的界面加強(qiáng)，不改善芯片和導(dǎo)線的與環(huán)氧樹脂的結(jié)合界面。而且導(dǎo)線框架的費(fèi)用要占到整個(gè)封裝體成本的50%以上，其價(jià)格的增加，對(duì)產(chǎn)品整體成本影響大。本發(fā)明，首先利用微噴涂設(shè)備將助粘劑以非接觸方式噴涂在需要加強(qiáng)的界面上， 自然風(fēng)干或者加熱烘干，在待塑封的界面形成穩(wěn)定且牢固的偶聯(lián)劑結(jié)合涂層；塑封后，偶聯(lián)劑的另一組活性基團(tuán)和環(huán)氧樹脂形成交聯(lián)，最終達(dá)到所需的高強(qiáng)度結(jié)合界面。采用本發(fā)明有益的技術(shù)效果包括引線框架，PCB基板，芯片，導(dǎo)線和環(huán)氧樹脂的界面都得到加強(qiáng)，加強(qiáng)的效果既體現(xiàn)在保證工藝中無分層，又體現(xiàn)在提高可靠性等級(jí)上。由于微噴涂工藝中使用的材料用量很低，本身成本很低，降低了封裝總體的質(zhì)量成本。其一能夠提高環(huán)氧樹脂等包覆材料與引線框架、PCB基板、芯片、導(dǎo)線所形成的多個(gè)關(guān)鍵界面的結(jié)合強(qiáng)度，防止工藝過程中的機(jī)械或熱應(yīng)力導(dǎo)致的分層、開裂的出現(xiàn)，避免工藝過程中不必要的全檢和次品；其二能夠降低產(chǎn)品的潮氣等級(jí)數(shù)，消除產(chǎn)品在客戶端使用時(shí)潛在的缺陷，避免相關(guān)的客戶投訴，產(chǎn)品召回，賠償；避免由于高潮氣等級(jí)數(shù)高所需的工藝控制成本及防潮包裝費(fèi)用；使封裝體達(dá)到工業(yè)，汽車等對(duì)產(chǎn)品耐潮濕，耐高溫要求苛刻的客戶要求；其三能夠延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命一倍以上，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；其四能夠解決像等離子處理后的存放時(shí)效問題，高達(dá)一個(gè)月的存放時(shí)間使之更具有工藝上實(shí)用性，同時(shí)整體上降低了成本。


圖1為引線框架類芯片封裝俯視示意圖。圖2為引線框架類芯片封裝側(cè)面示意圖。圖3為PCB基板類芯片封裝側(cè)面示意圖。圖4為助粘劑涂層厚度與界面剝離力(粘結(jié)力)的對(duì)照表(0、5、20、60、100nm，0
指無助粘涂層)。圖5為助粘劑的用量與效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖，其中包括1.引線框架外部引腳；2.環(huán)氧樹脂；3.引線框架內(nèi)部引腳；4.引線框架的芯片焊墊；5.連接導(dǎo)線；6.芯片與框架粘合劑；7.芯片；8散熱片。9.芯片鍵合膠；10. PCB基板。實(shí)施例1 對(duì)引線框架類產(chǎn)品實(shí)施處理。產(chǎn)品在實(shí)施塑封前，對(duì)其需要加強(qiáng)的部位涂附上助粘劑，其主要成分鈦酸酯偶聯(lián)劑，三異硬脂酸基鈦酸異丙酯，分子式為
其中烷氧基和金屬，硅芯片表面形成化學(xué)鍵，其中的“-0-”和聚合物發(fā)生交聯(lián)， 助粘劑的溶劑含量為95% -99. 9%，活性偶聯(lián)劑含量為0. 1% _5%，助粘劑使用量為5ml/ m2-100ml/m2，溶劑揮發(fā)后存留的活性納米層的厚度在5-lOOnm之間。助粘劑的用量與效果的關(guān)系示意如圖，參見圖4和圖5.可以采用自然風(fēng)干的方式，時(shí)間5分鐘到72小時(shí)，或者烘箱烘烤60-150攝氏，時(shí)間5到60分鐘，使其和涂附的部位的材料表面形成化學(xué)鍵交聯(lián)。烘干后，大氣環(huán)境下可以存放達(dá)到96小時(shí)，無塵氮?dú)夤翊娣艜r(shí)間可以達(dá)到1個(gè)月。采用實(shí)施例1處理后的產(chǎn)品，潮氣等級(jí)為JEDEC MSLl，達(dá)到非潮氣敏感性要求，無需防潮包裝，可以在室溫條件下存放的有效期為1年。普通流程的產(chǎn)品，潮氣等級(jí)為JEDEC MSL3，需要使用防潮包裝，包裝前需要烘烤以去除潮氣，真空包裝，真空袋需要放置潮氣檢測(cè)卡，開封后必須在168小時(shí)內(nèi)用完。采用實(shí)施例1處理后的產(chǎn)品，MSLl測(cè)試后界面處無分層，無電性能失效，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，可以耐受600次循環(huán)界面處無分層。普通流程的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，"65攝氏度至150攝氏度，只可以耐受300次循環(huán)界面處無分層。處理后的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，可以耐受1500次循環(huán)，無導(dǎo)線剝離或斷開。普通流程的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，只可以耐受600次循環(huán)無導(dǎo)線剝離或斷開。實(shí)施例2 對(duì)引線框架類產(chǎn)品實(shí)施處理。助粘劑的溶劑含量為97% -99. 7%，活性偶聯(lián)劑含量為0. 3% _3%，助粘劑助粘劑的主要成分為硅烷偶聯(lián)劑，乙烯基三甲氧基硅燒，使用量為5ml/m2-100ml/m2，溶劑揮發(fā)后存留的活性納米層的厚度在20-60nm之間。助粘劑的用量與效果的關(guān)系示意如圖，參見圖4 和圖5.可以采用自然風(fēng)干的方式，時(shí)間5分鐘到72小時(shí)，或者烘箱烘烤60-150攝氏，時(shí)間5到60分鐘，使其和涂附的部位的材料表面形成化學(xué)鍵交聯(lián)。烘干后，大氣環(huán)境下可以存放達(dá)到96小時(shí)，無塵氮?dú)夤翊娣艜r(shí)間可以達(dá)到1個(gè)月。采用本實(shí)施例處理后的產(chǎn)品，潮氣等級(jí)為JEDEC MSLl，達(dá)到非潮氣敏感性要求，無需防潮包裝，可以在室溫條件下存放的有效期為1年。普通流程的產(chǎn)品，潮氣等級(jí)為JEDEC MSL3，需要使用防潮包裝，包裝前需要烘烤以去除潮氣，真空包裝，真空袋需要放置潮氣檢測(cè)卡，開封后必須在168小時(shí)內(nèi)用完。采用本實(shí)施例處理后的產(chǎn)品，MSLl測(cè)試后界面處無分層，無電性能失效，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，可以耐受500次循環(huán)界面處無分層。普通流程的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，"65攝氏度至150攝氏度，只可以耐受300次循環(huán)界面處無分層。處理后的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，可以耐受1200次循環(huán)，無導(dǎo)線剝離或斷開。普通流程的產(chǎn)品，冷熱循環(huán)，-65攝氏度至150攝氏度，只可以耐受600次循環(huán)無導(dǎo)線剝離或斷開。實(shí)施例3 對(duì)PCB類產(chǎn)品實(shí)施處理。
產(chǎn)品在實(shí)施塑封前，對(duì)其需要加強(qiáng)的部位涂附上助粘劑，其主要成分為硅烷偶聯(lián)劑，3-氨丙基硅三醇，分子式為
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于包括以下步驟，步驟 a 對(duì)待處理材料表面均勻施用少量助粘劑溶液，使之附著在需要加強(qiáng)的表面；步驟b 助粘劑溶液中的溶劑常溫?fù)]發(fā)風(fēng)干，或者通過烘烤的方式烘干，揮發(fā)后的助粘劑活性成分涂層厚度控制在納米級(jí)厚度，助粘劑活性成分涂層和待處理材料需加強(qiáng)的表面形成化學(xué)鍵合； 步驟c 進(jìn)行后道塑封工序，已經(jīng)與待處理材料表面形成化學(xué)鍵合的納米級(jí)厚度的助粘劑活性成分另一側(cè)的官能團(tuán)與塑封過程中使用的環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟a中，對(duì)待處理的的材料表面施用了助粘劑溶液，溶劑為有機(jī)溶劑，溶質(zhì)為助粘活性物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟a中，助粘劑溶液通過微噴涂設(shè)備以非接觸方式噴涂在待處理材料需要加強(qiáng)的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于所述步驟a中，進(jìn)行助粘處理時(shí)使用的助粘劑活性成分是鈦酸酯偶聯(lián)劑 Rl-O-Ti-(0-X1-R2-Y) η 或硅烷偶聯(lián)劑(R1-0) 2_Si-R2_Y。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟b中，微噴涂形成的液體涂層可以采用常溫?fù)]發(fā)的方式，揮發(fā)的時(shí)間為5分鐘到72 小時(shí)，或采用加熱烘烤的方式以加快納米級(jí)涂層的形成，烘烤的溫度為60度到150度，烘烤的時(shí)間為5到60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟a中助粘劑溶液，溶劑含量為95% -99. 9 %，活性偶聯(lián)劑含量為0. -5%，然后用微噴涂設(shè)備均勻噴涂在待處理材料表面，溶液的使用量為5ml/m2-100ml/m2，溶劑揮發(fā)后存留的活性納米級(jí)厚度的助粘劑活性成分的厚度為5-lOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于所述步驟a的助粘劑溶液中，有機(jī)溶劑含量為97% -99. 7%，助粘劑活性成分含量為 0. 3% -3%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟a中，助粘劑溶液均勻噴涂在待處理材料表面，溶劑揮發(fā)后存留的助粘劑活性成分涂層的厚度為20-60nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于所述步驟a中助粘處理的區(qū)域有引線框架內(nèi)部引腳、引線框架芯片焊墊、連接導(dǎo)線、芯片，或其中某一個(gè)部分進(jìn)行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于所述步驟a中助粘處理的區(qū)域有PCB基板封裝區(qū)域，連接導(dǎo)線，芯片，或?qū)ζ渲心骋徊糠诌M(jìn)行處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于 所述步驟a中助粘劑溶液的活性成分是三異硬脂酸基鈦酸異丙酯或3-氨丙基硅三醇，或乙烯基三甲氧基硅烷。 全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體封裝在塑封前的表面納米膜處理方法，其特征在于包括以下步驟，步驟a對(duì)待處理材料表面均勻施用少量助粘劑溶液，使之附著在需要加強(qiáng)的表面；步驟b助粘劑溶液中的溶劑常溫?fù)]發(fā)風(fēng)干，或者通過烘烤的方式烘干，揮發(fā)后的助粘劑活性成分涂層厚度控制在納米級(jí)厚度，助粘劑活性成分涂層和待處理材料需加強(qiáng)的表面形成化學(xué)鍵合；步驟c進(jìn)行后道塑封工序，已經(jīng)與待處理材料表面形成化學(xué)鍵合的納米級(jí)厚度的助粘劑活性成分另一側(cè)的官能團(tuán)與塑封過程中使用的環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵合。其能夠一定程度上提高芯片封裝中多個(gè)關(guān)鍵界面的結(jié)合強(qiáng)度，防止工藝過程中分層、開裂；降低潮氣等級(jí)數(shù)。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102412166SQ20111030964
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:無錫世一電力機(jī)械設(shè)備有限公司