[发明专利]用于半导体封装的滚压囊封方法

说明书

技术领域

此大体来说涉及半导体装置及工艺的领域，且更具体来说，涉及基于滚压囊封技术的用于半导体装置的塑料封装的结构及制造方法。

背景技术

自从1960年代早期引入转移模制技术以来，所述技术一直是塑料封装中用于囊封半导体装置的受欢迎的方法。在此方法中，首先通过将半导体芯片物理附接到衬底及将芯片端子以导电方式连接到衬底垫(最常见的是通过接合线的弓形跨度)来将芯片组装到衬底(例如，引线框)上。然后，将衬底与所组装的芯片一起转移到模压机并将其定位在模具腔中。所述腔具有精密浇口，通过所述浇口挤压由活塞驱动的半粘性模制化合物。从所述浇口，所述化合物沿大致线性前部扩散到整个腔中。所述浇口经设计用于均匀、温和的前部渐进填充所述腔及嵌入芯片、接合线及衬底。制作所述模具、浇口、压力机等需要精密机器且因此是昂贵的；作为实例，用于约200个装置单位的模具可为约250,000美元。

模制化合物按常规是混合有催化剂及硬化剂的基于环氧聚合物的调配物；在模制操作之前，因所述化合物的部分交联状态而将其存储于低温度下。当温度增加时，所述化合物在约150℃的所谓玻璃转变温度下获得低粘度状态。在约175℃的温度范围中，通过所述浇口挤压所述化合物；然后，其在约175℃的温度下在存储装置中完全聚合(“固化”)。对于大多数模制化合物来说，模制及固化步骤所需的时间在6到8小时之间。

所述模制化合物的环氧聚合物通常含有高达约90％的无机填充物(例如，硅石)以减少由聚合物与半导体芯片的热膨胀系数(CTE)之间的多于一个数量级的差引起的热机械应力。这些填充物的直径具有在约35到75μm之间的分布；所述填充物可以为晶体状或球状，且因此具有对模具腔的精密浇口的磨损效应。因而，所述浇口需要周期修理或整修。整修浇口需要精密机器且因此为昂贵的；举例来说，整修200单位的模具花费约50,000美元。

典型的组装过程中所使用的接合线是由金或铜合金制成且具有约25μm的直径。在自动接合机中，通过接合机的毛细管供给线。在接合操作期间，所述毛细管将线附接到芯片，然后以弓形跨度将线移动到衬底，且将所述线附接到衬底。存在关于针对既定合金及线直径线跨度可以为多长、允许线在其自身重量下下垂的程度及跨度可经定位彼此多近的规范。

当模制化合物的前部从浇口渐进遍布整个模具的腔时，化合物对线跨度施加压力。此压力使跨度向一边偏斜，使其在远离浇口的方向上弯曲及倾斜。此干扰通常称为线摇摆。通常，通过分析从经模制封装的顶部及侧面照射的X射线图片来观察及测量线摇摆。在确定线摇摆的参数中有腔及浇口的设计；接合线的组成及直径、化合物的调配物、有效期及水分含量；及腔填充过程期间的化合物粘度。包含模制化合物调配物、芯片及引线框设计及过程条件(温度、压力、时间等)的规范陈述针对装置类型的最大允许线摇摆。举例来说，一个通用规则陈述在线摇摆之后，邻近线必须仍具有至少两个线直径的距离。另一规则基于所采用的线长度定义所允许线摇摆百分比。例如，所允许线摇摆可以为线长度的15％。背离这些规则被认为是装置失效；对于某些情况，其达到300到600ppm。

在线接合及模制操作之前，在将芯片附接到衬底的步骤中通常的做法是将一滴半流体的粘合剂树脂(环氧树脂)及催化剂的混合物放置在衬底上。所述树脂通常含有70％到80％的小直径(1到3μm)的无机填充物。通过将芯片按压在所述滴上，所述流体在芯片面积下扩散以形成围绕芯片周边具有弯形面的内圆填角层。然后使所述混合物聚合及硬化。

最近引入了粘合剂芯片附接膜，其可替代树脂点滴方法。所述膜商业上在商标NEX-130下由日本新日铁化工公司(Nippon Steel Chemical)提供。在从30到130μm的厚度范围中，所述膜包含30重量百分比的粘合剂环氧树脂及70重量百分比的硅石填充物。所述树脂粘度在高于30℃的温度下急剧下降且在从90到130℃的温度范围中具有粘度最小值；在高于150℃的温度下，所述树脂聚合(固化)。在层压过程(其中将膜施加到晶片)中，整个半导体晶片面向下靠在加热器级(80℃)上且经加热的滚轮将所述膜层压到晶片的背侧上。在切分经层压晶片之后，将经单个化的芯片粘合剂层朝下放置在衬底上。然后在150℃下固化所述树脂，之后是在180℃下的固化步骤。

发明内容