一种低充高保IC塑封工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种低充高保IC塑封工艺方法，其具体方法步骤为：1)注塑充模阶段：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；本发明专利技术可以降低内应力，高保压力下固化塑封体的密度提高，可以提高密封效果，减少湿气渗入的几率，提高产品使用寿命；较高的压应力状态下固化，在一定程度上避免了引线断裂、脱焊的可能性，高保压方法形成的低应力效果比单纯降低塑料线胀系数方法好。

【技术实现步骤摘要】
一种低充高保IC塑封工艺方法本专利技术涉及半导体器件及其集成电路的封装工艺
，具体地是一种低充高保IC塑封工艺方法。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 X 10-6 0C -1，硅 ^ 2. 3X 10-60C -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Icm的芯片，温度每变化l°c，芯片对角线的长度可变化2. 3X10-2 μ m ；变化100°C，长度可变化 2. 3 μ m。而同样长度的塑封料每变化1°C，其长度将变化25 X 10-2 μ m ；温度变化100°C，其长度将变化25 μ m。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. 35 μ m。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°C左右，加工前后温差约有150°C，可引起内在残余应力。而IC产品的使用环境温度在0°C 70V (商业温度)、-40°C +85°C (工业温度)、-40°C +125°C (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。本专利技术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。本专利技术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°C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-lOMI^a之间，所述固化保压阶段的高压保压压力在20-170ΜΙ^之间，高压保压的压力控制精度在士0. IMI^a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°C左右。一种低充高保IC塑封模具，包括上模底板、上模板、上模盒、下模底板、下模板、下模盒、注头、高压注塑油缸、加热器及控温系统，上模板03固定有上模盒04，下模板08固定有下模盒07，上模盒上设有型腔镶块05，所述型腔镶块的中心部位设有上模料腔板28，所述下模盒上也设有型腔镶块，所述型腔镶块的中心部位设有下模料腔板12，所述下模料腔板下方设有下模注头衬套15，所述下模注头衬套内滑配有注头16，所述注头下端配合连接高压注塑油缸17。所述上模板与上模盒之间装有上模支撑柱33，所述下模板与下模盒之间装有下模支撑柱14。可以承受高保压压力，防止型腔或模板变形，造成脱模困难。所述上模盒与下模盒外围设有隔热板37，所述上模板上端面装有上模隔热板02， 所述下模板的下端面装有下模隔热板09。所述注头下端通过注头快捷连接器22连接高压注塑油缸17，注塑头可以通过快速连接器进行更换。所述下模底板上装有传力板导向机构，所述传力板导向机构包括下模传力板13、 传力板导向滑块20及传力板导向座21，注塑头施加高压的整个行程中均有可靠的导向。所述上模盒与下模盒处设有快速冷却机构，所述快速冷却机构由电路连接控温系统。本专利技术的有益效果除了降低内应力外，低充高保状态塑封方法还有另外几个优点。1)高保压力下固化塑封体的密度提高，可以提高密封效果，减少湿气渗入的几率， 提高产品使用寿命；2)高密度塑封提高热传导效果，有利于IC芯片散热；3)较高的压应力状态下固化，在一定程度上避免了由于料流冲击拽拉而引起破坏的附加拉应力，使得引线断裂、脱焊的可能性降低；4)高保压方法形成的低应力效果比单纯降低塑料线胀系数方法好。因为高保压压力对塑料施加的压力是在充填完成后进行的，这时EP还没有固化，液态下保压压力是以静水压强的形式作用的，压力各向均勻，保压压力消除后，其体积回弹增大的趋势也是各向均勻的。因此只要较好的控制注射、保压和固化、冷却的时间，内应力不仅小，即使有也是各向均勻的，不会引起翘曲变形等问题。5)高保压方法可以适应于多种不同品性塑料的封装。比如同一个芯片，在应用于高温、低温或高辐射等场合时对塑封料的要求有所不同，但因为它们收缩率的不同，就需要制造不同的模具来进行生产。而如果采用高保压方法就可以采用同一副模具，对不同品质的塑封料通过控制保压压力来调整收缩率，满足使用的要求。附图说明图1为常规塑封工艺曲线示意图；图2本专利技术的低充高保塑封工艺曲线示意图；图3本专利技术的低充高保塑封模具示意图；图3中，01上模底板，02上模隔热板，03上模板，04上模盒，05型腔镶块，06流道顶杆，07下模盒，08下模板，09下模隔热板，10下模浇口镶块，11下模垫板，12下模料腔板，13 下模传力板，14下模支撑柱，15下模注头衬套，16注头，17高压注塑油缸，18下模顶出板，19 下模底板，20传力板导向滑块，21传力板导向座，22注头快捷连接器，23下模顶出杆，24下模顶件板，25下模顶出底板，26圆形定位销，27导套，观上模料腔板，四上模顶料底本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低充高保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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳根，廖秋慧，曹雨楠，阮勤超，张霞，唐佳，黄晨，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：31