[发明专利]一种低充高保IC塑封工艺方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及半导体器件及其集成电路的封装工艺技术领域，具体地是一种低充高保IC塑封工艺方法。

[背景技术]

随着IC技术的飞速发展，对产品可靠性和使用寿命方面的要求不断提高。新的材料、新的结构和新的工艺技术的引入使得芯片的集成度不断提高，封装尺寸不断缩小，由各种应力引起的可靠性问题影响逐渐增加。

环氧树脂(EP)是目前IC塑封的主要材料，塑封料对半导体硅片、引线框和引线的包封，可以起到保护IC产品的作用。但是，塑封料和IC结构的紧密接触，存在相互间的作用力，这种作用力有时会对产品的可靠性、合格率以及使用寿命造成较大的影响。以硅片为例，由于塑封料和硅的线性热膨胀系数相差一个数量级(塑封料≈25×10-6℃-1，硅≈2.3×10-6℃-1)，当温度变化时，它们的尺寸变化相差会较大。例如，对角线为1cm的芯片，温度每变化1℃，芯片对角线的长度可变化2.3×10-2μm；变化100℃，长度可变化2.3μm。而同样长度的塑封料每变化1℃，其长度将变化25×10-2μm；温度变化100℃，其长度将变化25μm。如果塑封料与芯片表面是分离的，塑封料将会在芯片表面移动，它的最大位移量将会大于11.35μm。然而在一般情况下，塑封料是黏附在芯片表面的，它不可能在芯片表面移动(但存在这种趋势)。于是，在芯片和塑封料界面就会存在剪切应力。这个力可能会使芯片上附着力弱的金属化层产生滑移(温度升高，向芯片边缘滑移；温度降低，向芯片中心滑移)，造成金属条间短路或开路；也可能会使钝化层或多晶硅层破裂，造成多层金属化层间短路。另外，塑封料和引线框、金线之间的热膨胀系数的失配也会引起引线框翘曲变形造成电路寄生参数的改变，或使焊点受到较大的附加拉应力而发生脱焊等可靠性问题。IC产品塑封模具的温度在165℃左右，加工前后温差约有150℃，可引起内在残余应力。而IC产品的使用环境温度在：0℃～70℃(商业温度)、-40℃～+85℃(工业温度)、-40℃～+125℃(汽车温度)。大量的失效案例表明在以上3种温度范围内，器件失效的比例都很高。对失效器件的分析表明，外界的温度冲击或低温环境造成的塑封材料对芯片的应力是主要机理。

一般来说，电应力、热应力、化学应力、辐射应力和机械应力以及其它因素均可导致半导体器件退化或失效，各种应力之间互为转换，其中加工和使用过程中的热应力和机械应力的影响最为显著。

目前为止，解决的办法都是用改变添加剂的办法，降低塑封料的线胀系数，但是由于非金属材料和金属材料之间线胀系数的差别过大，最好的结果也难以从根本上解决内应力的问题。而且随着改性后线胀系数的减小，塑封料的密度随之减小，密封效果和传热性都有所降低。

[发明内容]

本发明的目的就是解决上述的不足，提供一种低充高保塑封工艺方法，可以明显改善塑封内应力问题。低充指低速充模，可以减小熔融料流在成型流动时对芯片和金线的冲击，减少产品内在缺陷。高保是指在塑封料固化阶段施加很高的保压压力。在高压下塑料固化的实际收缩率可以为零甚至为负，通过控制型腔压力，使得塑料的收缩率在合适的范围内，在塑封料、芯片、引线和芯片之间达到热适配，从而减小产品内应力，提高IC产品的可靠性和使用寿命。

本发明采用如下技术方案：一种低充高保IC塑封工艺方法，其具体方法步骤为：

1)、注塑充模阶段：所采用的模具具有型腔镶块、流道浇口镶块、上下模料腔板、液压注塑头，把粘合了芯片并键合了金线的引线框放入型腔镶块平面上，上下模型腔闭合，对模具型腔加热到165℃左右，上下模料腔内的塑料熔融，液压注塑头施压对熔融塑料进行低速注塑，充满型腔；

2)、固化保压阶段：对模具型腔升高压力，并保持对熔融塑料施加高压，在高压状态下，熔融塑料固化成型；

3)、冷却脱模阶段：对模具型腔进行快速冷却，然后脱模。

所述注塑充模阶段的液压注塑头的低速充模压力在2-10MPa之间，所述固化保压阶段的高压保压压力在20-170MPa之间，高压保压的压力控制精度在±0.1MPa之内。

所述固化保压阶段模具的温度在160-175℃范围内，保压结束后的冷却脱模阶段，模具温度在36-80℃左右。