一种半导体芯片环氧树脂封装纳米级缝隙的管控方法与流程

1.本发明属于半导体封装技术领域，特别是涉及一种半导体芯片环氧树脂封装纳米级缝隙的管控方法。


背景技术：

2.随着器件的小型化和集成化越来越高，在汽车电子集成电路和功率器件方面，晶圆的流片在台积电/中兴国际等知名大厂，芯片的逻辑功能均能满足要求，经常受制于芯片后端封装的制程设计和管控点布局的精细化。
3.芯片环氧树脂目前的高端材料依然以汉高/日本住友/日立为主，随着欧盟reach的环保要求，器件塑封料又需要防火要求；于是塑封料厂家在添加阻燃性方面，使用二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁等材料，导致了塑封后容易形成纳米级的缝隙问题，器件内部存在纳米级的缝隙，就会导致产品的可靠性存在风险隐患。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种半导体芯片环氧树脂封装纳米级缝隙的管控方法，解决了以上问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的一种半导体芯片环氧树脂封装纳米级缝隙的管控方法，包括如下步骤：
7.s1、将晶圆从真空包装取出后进行划片处理，经过固定芯片固定在框架或基岛上，然后经过等离子清洗机清洗，清除残留光刻胶和焊接区的脏污物质；使焊接体表面可焊性提高，进行打引线焊线；
8.s2、焊线完成后进行注塑，根据塑封材料的特性完成固化工序，固化完成进行致密性测试，使用超声波扫描仪扫描塑封体内部，确认是否有分层问题；
9.s3、纳米级缝隙的生长膜方法：在环氧树脂灌封料中添加的填充剂包括二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁材料，膜使用氢氧化铝的材料特性，al(oh)3加热到245 5℃，35-50s，内部将会形成al2o3和h2o；塑封体内部释放出来小量水分子，在120分钟内进行加上电场，使用器件持续工作电压1.3倍的电压，电化学al2o3和二氧化硅将生成一层保护膜；
10.s4、确认生长致密膜：首先利用芯片金相切割cp设备，无损将器件解剖开，产品的芯片四个角部位，使用fib聚焦离子显微切割仪器；观察确保内部生成保护膜；
11.s5、使用150℃烘烤55-65分钟，确保控制最高温度不超过156℃，低于塑封料的固化温度，让塑封体内的水气全体烤干净，确保内部水汽正常清除；
12.s6、正常安排激光去溢胶和电镀工序，电镀完成表面除水正常烘烤；
13.s7、切筋后，安排电气特征参数测试，漏电流ir、正向压降vf、vb雪崩电压，所有参数指标应用一致性正态分布管控。
14.进一步地，所述s1步骤中，芯片在固定芯片完成后，使用等离子清洗机清除残胶光刻胶和划片过程残留的硅粉颗粒，清洗到打引线流程不超过30分钟，以防止氧化，等离子清
洗机清洗不超过二次。
15.进一步地，所述s2步骤中，塑封料的注塑是否良好，按照aql品质抽样水平，使用超声波扫描仪进行扫描，确保没有分层现象，确保符合联合工业国际标准(jedec jstd020d)，没有异常。
16.进一步地，使用的所述塑封材料中添加有阻燃材料氢氧化铝，为一种无机物，利用其235℃的吸热峰特性，受热分解成al2o3和h2o，在器件两端施加一个4 0.2v电场，经过电化学，吸热峰分解出来的al2o3与芯片表面的钝化层二氧化硅或塑封料的二氧化硅，将会析出纳米级一层膜。
17.进一步地，所述s4步骤中，观察确保内部生成保护膜，具体使用双球差校正透射电子显微镜，利用高性能的透射电子显微镜可以在原子尺度范围内探测物质的结构和化学成份，根据美国材料实验室协会出版了的astm卡片，参照pdf材料卡片，核对物质的结构和化学成份的正确性。
18.进一步地，利用软件计算机统计产品的电子参数指标，所述参数指标使用3sigma管控，参数规范落在正态分布的中间值3个标准差内，最后使用3d5s光检工序，确保外观符合规范。
19.本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
20.本发明通过芯片等离子清洗、选择特定添加料的环氧树脂混合物,通过电化学的参数来形成致密填充保护膜，通过电子显微镜来确认膜的形成；通过测试机测试产品参数，利用软件计算机统计产品的电子参数指标；本发明是通过电化学的原理将塑封料的纳米缝隙进行填充，有利于提高产品稳定性，解决了特小型封装因为塑封料颗料和注塑设备压力不够，导致产品可靠性问题，有利于提升工业设备的高品质小型化的问题，降低了器件问题对系统的影响。
21.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为半导体芯片内的整体结构显微照片图；
24.图2为图1中纳米级缝隙的显微照片图；
25.图3为图2中纳米级缝隙的显微放大图；
26.图4为采用填充剂在纳米级缝隙中形成填充膜的显微放大图；
27.图5为s4步骤参考pdf卡片核对物料正确性的显微识别状态图；
28.图6为纳米级缝隙生长膜的原理图；
29.图7为参数指标使用3sigma管控的方法示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.请参阅图1-6所示，本发明的一种半导体芯片环氧树脂封装纳米级缝隙的管控方法，包括如下步骤：
32.s1、将晶圆从真空包装取出后进行划片处理，经过固定芯片固定在框架或基岛上，然后经过等离子清洗机清洗，清除残留光刻胶和焊接区的脏污物质；使焊接体表面可焊性提高，进行打引线焊线；
33.s2、焊线完成后进行注塑，根据塑封材料的特性完成固化工序，固化完成进行致密性测试，使用超声波扫描仪扫描塑封体内部，确认是否有分层问题；
34.s3、纳米级缝隙的生长膜方法：在环氧树脂灌封料中添加的填充剂包括二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁材料，膜使用氢氧化铝的材料特性，al(oh)3加热到245 5℃，35-50s，内部将会形成al2o3和h2o；塑封体内部释放出来小量水分子，在120分钟内进行加上电场，使用器件持续工作电压1.3倍的电压，电化学al2o3和二氧化硅将生成一层保护膜，本具体实施例中具体使用加热温度250℃，45s；
35.s4、确认生长致密膜：首先利用芯片金相切割cp设备，无损将器件解剖开，产品的芯片四个角部位，使用fib聚焦离子显微切割仪器；观察确保内部生成保护膜；
36.s5、使用150℃烘烤55-65分钟，确保控制最高温度不超过156℃，低于塑封料的固化温度，让塑封体内的水气全体烤干净，确保内部水汽正常清除，本具体实施例中具体选择烘烤60分钟；
37.s6、正常安排激光去溢胶和电镀工序，电镀完成表面除水正常烘烤；
38.s7、切筋后，安排电气特征参数测试，漏电流ir、正向压降vf、vb雪崩电压，所有参数指标应用一致性正态分布管控。
39.其中，s1步骤中，芯片在固定芯片完成后，使用等离子清洗机清除残胶光刻胶和划片过程残留的硅粉颗粒，清洗到打引线流程不超过30分钟，以防止氧化，等离子清洗机清洗不超过二次，本具体实施例中选择清洗一次，时间为25分钟。
40.其中，s2步骤中，塑封料的注塑是否良好，按照aql品质抽样水平，使用超声波扫描仪进行扫描，确保没有分层现象，确保符合联合工业国际标准(jedec jstd020d)没有异常。
41.其中，使用的塑封材料中添加有阻燃材料氢氧化铝，为一种无机物，利用其235℃的吸热峰特性，受热分解成al2o3和h2o，在器件两端施加一个4 0.2v电场，经过电化学，吸热峰分解出来的al2o3与芯片表面的纯化层二氧化硅或塑封料的二氧化硅，将会析出纳米级一层膜。
42.其中，s4步骤中，观察确保内部生成保护膜具体使用双球差校正透射电子显微镜，利用高性能的透射电子显微镜可以在原子尺度范围内探测物质的结构和化学成份，根据美国材料实验室协会出版了的astm卡片，参照pdf材料卡片，核对物质的结构和化学成份的正确性。
43.其中，如图7所示，利用软件计算机统计产品的电子参数指标，所述参数指标使用3sigma管控，参数规范落在正态分布的中间值3个标准差内，最后使用3d5s光检工序，确保外观符合规范。
44.有益效果：
45.本发明通过芯片等离子清洗、选择特定添加料的环氧树脂混合物,通过电化学的参数来形成致密填充保护膜，通过电子显微镜来确认膜的形成；通过测试机测试产品参数，利用软件计算机统计产品的电子参数指标；本发明是通过电化学的原理将塑封料的纳米缝隙进行填充，有利于提高产品稳定性，解决了特小型封装因为塑封料颗料和注塑设备压力不够，导致产品可靠性问题，有利于提升工业设备的高品质小型化的问题，降低了器件问题对系统的影响。
46.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。