CN103094240A - 一种高密度蚀刻引线框架fcaaqfn封装件及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件及其制作工艺，所述封装件主要由选镀层、芯片、凸点、DAF膜、金线、塑封体、腐蚀减薄后铜框架、光致抗蚀涂覆材料、腐蚀后引脚、绿漆和锡球组成；所述制作工艺按照以下步骤进行：晶圆减薄、晶圆划片、铜框架蚀刻、选镀、倒装上芯、回流、清洗、二次上芯、烘烤、打线、塑封、后固化、框架蚀刻减薄、显影图形、框架腐蚀、涂绿漆、植球。本发明具有满足高密度、高性能、多功能及高I/O数封装要求的特点。

Description

一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件及其制作工艺
技术领域
本发明涉及电子信息自动化元器件制造技术领域，具体地说是一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件及其制作工艺。
背景技术
今日的电子封装不但要提供芯片的保护，同时还要在一定的成本下满足不断增加的性能、可靠性、散热、功率分配等功能芯片速度及处理能力的增加是需要更多的引脚数，更快的时钟频率和更好的电源分配。市场需要电子产品有更多功能，更长的电池寿命和更小的几何尺寸。
近年来，随着移动通信和移动计算机领域便捷式电子元器件的迅猛发展，小型封装和高密度组装技术得到了长足的发展；同时，也对小型封装技术提出了一系列严格要求，诸如，要求封装外形尺寸尽量缩小（尤其是封装高度小于1㎜）。封装后的连接可靠性尽可能提高，适应无铅化焊接（保护环境）和有效降低成本。
由于传统的封装技术已经无法满足当前市场的需求，而无载体栅格阵列（即AAQFN）封装的发展适应了当前需求，AAQFN底部没有焊球，焊接时引脚直接与PCB板连接，与PCB的电气和机械连接是通过在PCB焊盘上印刷焊膏，配合SMT回流焊工艺形成的焊点来实现的。该技术封装可以在同样尺寸条件下实现多引脚、高密度、小型薄型化封装，具有散热性、电性能以及共面性好等特点。但是由于技术难度等限制，目前AAQFN产品在市场上的推广有一定难度，尤其是在可靠性方面，直接影响产品的使用及寿命，已成为AAQFN封装件的技术攻关难点。
在AAQFN的基础上，FCAAQFN(Quad Flat No Lead Package) 型多圈排列封装的集成电路封装技术是近几年国外发展起来的一种新型微小形高密度I/O封装技术，是最先进的表面贴装封装技术之一。由于无引脚、贴装占有面积小，安装高度低等特点，为满足移动通信和移动计算机领域的便捷式电子机器，如PDA、3G手机、MP3、MP4、MP5等超薄型电子产品发展的需要应用而生并迅速成长起来的一种新型封装技术。目前的封装技术由于引脚少，即I/O少，满足不了高密度、多I/O封装的需要，因此，对新型高密度I/O的FCAAQFN封装技术的发展成为必然趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在传统工艺技术的基础上开发出一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件及其制作工艺，该技术是通过倒装上芯与二次上芯的工艺技术，将两个芯片封装到同一器件内，已形成一个完整的系统或子系统，实现引线阵列布局。FCAAQFN是在多排FCQFN封装技术的基础上，自行摸索试验攻关，突破其技术难点，该封装技术实现焊点阵列布置，大大增加I/O数，它结合了倒装与引线键和技术的优势，FC使连接效率更高，缩短了电流和信号传输距离，提高了电性能和产品可靠性，此外，FCAAQFN具有小型化、高可靠性、更短的封装周期、低成本等众多优势，可满足高密度、高性能、多功能及高I/O数封装的要求，从而填补了国内空白，具备国际先进水平。
本发明的技术方案是：一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件包括铜引线框架、半腐蚀铜框架、选镀层、芯片、凸点、芯片、DAF膜、金线、塑封体、腐蚀减薄后铜框架、光致抗蚀涂覆材料、腐蚀后引脚、绿漆、锡球。所述的铜板首先进行半腐蚀，所述的选镀层粘接在半蚀刻后的半腐蚀铜板上，然后将底层芯片通过凸点倒装粘接在半腐蚀铜板上，所述的第二个芯片通过DAF膜与底层芯片连接，并通过金丝将第二个芯片与选镀层打线连接，然后用塑封体进行塑封，所述铜板经减薄后，然后对铜板底层涂覆光致抗蚀涂覆材料，对铜框架进行蚀刻，分离引脚并清洗，蚀刻后的铜板框架随后用绿漆填充铜框架的引脚间蚀刻掉的部分。最后，对分离后的引脚植入锡球，或者对引脚镀化学镍钯金。
一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件的制作工艺，其按照以下步骤进行：晶圆减薄、晶圆划片、铜框架蚀刻、选镀、倒装上芯、回流、清洗、二次上芯、烘烤、打线、塑封、后固化、框架蚀刻减薄、显影图形、框架腐蚀、涂绿漆、植球。
一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装技术的特点是：先在裸铜片上蚀刻出引脚凸块，其次是Flip Chip倒装上芯与二次上芯及随后的烘烤，回流及清洗、塑封后固化，然后，对框架底部减薄、蚀刻、分离引脚、绿漆填充。最后，对分离引脚植球或对引脚镀化学镍钯金。
QFN系列产品在各个不同领域的广泛应用和快速增长，预期将促进高密度FCAAQFN新产品的研发和生产，加速渗透到主导性的消费电子产品中，带动国内手机、电子书、汽车等产业的快速国产化发展。
说明书附图
图1为铜框架剖面图；
图2为铜框架半腐蚀剖面图；
图3为铜框架选镀剖面图；
图4为倒装上芯剖面图；
图5为二次上芯剖面图；
图6为打线剖面图；
图7为塑封剖面图；
图8为腐蚀减薄剖面图；
图9为显影图形剖面图；
图10为腐蚀剖面图；
图11为涂绿漆剖面图；
图12为植球剖面图。
图中，1为铜引线框架、2为半腐蚀铜框架、3为选镀层、4为芯片、5为凸点、6为芯片、7为DAF膜、8为金线、9为塑封体、10为腐蚀减薄后铜框架、11为光致抗蚀涂覆材料、12为腐蚀后引脚、13为绿漆、14为锡球。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。
如图所示，一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件，包括铜引线框架1、半腐蚀铜框架2、选镀层3、芯片4、凸点5、芯片6、DAF膜7、金线8、塑封体9、腐蚀减薄后铜框架10、光致抗蚀涂覆材料11、腐蚀后引脚12、绿漆13、锡球14。所述的铜板1首先进行半腐蚀，所述的选镀层3粘接在半蚀刻后的半腐蚀铜板2上，然后将芯片4通过凸点5倒装粘接在半腐蚀铜板2上，随后进行回流清洗，所述的芯片6通过DAF膜7与芯片4连接，进行烘烤，然后通过金丝8将芯片6与选镀层3打线连接，然后用塑封体9进行塑封，所述铜板2经减薄后为腐蚀减薄后铜板10，然后对铜板底层涂覆光致抗蚀涂覆材料11，对铜框架进行蚀刻，分离引脚并清洗，随后用绿漆13填充铜框架的腐蚀后引脚12间蚀刻掉的部分，最后，对腐蚀后引脚12植入锡球锡球14，或者对腐蚀后引脚12镀化学镍钯金。
如图所示，一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件的制作工艺，其按照以下步骤来进行：
第一步、晶圆减薄：采用防止碎片工艺减到规定厚度；
第二步、晶圆划片：厚度150μm以上晶圆同普通划片工艺，但厚度在150μm以下晶圆，使用双刀划片机及其工艺；
第三步、倒装上芯、回流和清洗：倒装上芯前，需将进行铜引线框架1蚀刻，将蓝色油墨（感光材料）通过丝网印刷的方式涂覆在铜引线框架1表面的特定区域；然后，芯片4上凸点5蘸助焊剂，易于凸点5与半腐蚀铜框架2的焊接；接着，进行倒装上芯，将芯片4上蘸有适量助焊剂的凸点5倒装上芯到蚀刻后的半腐蚀铜框架2的凸块上，然后进行回流，回流温度260℃，回流时间50~70s，清洗温度是42℃，压力是40psi，清洗传递速度0.8m/min；
第四步、二次上芯和烘烤：将背面粘有DAF膜7的芯片6粘接到芯片4上，DAF膜7与芯片4粘接，然后进行烘烤，将上芯后的芯片整体持续在150℃烘烤30分钟，然后降温30分钟，温度降至50℃；
第五步、打线：通过金线8将芯片6上的铝垫与选镀层3连接；
第六步、塑封和后固化：将倒装上芯好的芯片4和6用塑封料8进行塑封，并进行后固化；
第七步、框架腐蚀减薄：将半腐蚀铜框架2下底部减薄到较薄的厚度即为腐蚀减薄后铜框架10，便于随后蚀刻；
第八步、显影图形和涂光刻胶：将有图形的光掩膜板（曝光膜）利用一种紫外光透视，将需要的图形光学显像到腐蚀减薄后铜框架10底部，通过药水碳酸钠的作用下，将未曝光部分的油墨溶解并冲洗后，留下感光的部分，对于腐蚀减薄后铜框架10涂胶、曝光，将客户的图形资料以正片或负片的形式转移到板子上，同时将干膜/湿膜在高能量下聚合，使光成像湿膜接受紫外线照射，形成自由基连锁聚合，使聚合物分子增大，此时湿膜不溶于弱碱(1％ Na2CO3)，随后进行显影，是将未曝光部分的油墨去掉，留感光的部分，未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应，遇弱碱Na2CO3（1.0%)溶解，而聚合的光致抗蚀涂覆材料11则留在板面上，保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解；
第九步：框架腐蚀将腐蚀减薄后铜框架10上未曝光的铜蚀刻掉，形成腐蚀后引脚12；
第十步、涂绿漆：将腐蚀后引脚12之间蚀刻后空隙用绿漆13填充；
第十一步、植球或者化学镀镍钯金：在腐蚀后引脚12植入锡球14或者化学镀镍钯金。

Claims (3)

1.一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件，其特征在于：主要由选镀层（3）、芯片（4）、凸点（5）、芯片（6）、DAF膜（7）、金线（8）、塑封体（9）、腐蚀减薄后铜框架（10）、光致抗蚀涂覆材料（11）、腐蚀后引脚（12）、绿漆（13）和锡球（14）组成；所述选镀层（3）与腐蚀减薄后铜框架（10）粘接，所述芯片（4）通过凸点（5）与腐蚀减薄后铜框架（10）粘接，所述芯片（6）通过DAF膜（7）与芯片（4）连接，所述金丝（8）将芯片（6）与选镀层（3）打线连接，所述塑封体（9）对封装件塑封；腐蚀减薄后铜框架（10）底层涂覆有光致抗蚀涂覆材料（11），腐蚀减薄后铜框架（10）延伸为腐蚀后引脚（12），所述绿漆（13）填充腐蚀后引脚（12）之间蚀刻掉的部分，腐蚀后引脚（12）植入锡球（14）。
2.根据权利要求1所述的一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件，其特征在于：所述腐蚀后引脚（12）可镀化学镍钯金代替锡球（14）。
3.一种高密度蚀刻引线框架FCAAQFN封装件的制作工艺，其按照以下步骤来进行：
第一步、晶圆减薄：采用防止碎片工艺减到规定厚度；
第二步、晶圆划片：厚度150μm以上晶圆同普通划片工艺，但厚度在150μm以下晶圆，使用双刀划片机及其工艺；
第三步、倒装上芯、回流和清洗：倒装上芯前，需将进行铜引线框架（1）蚀刻，将感光材料通过丝网印刷的方式涂覆在铜引线框架（1）表面的特定区域；然后，芯片（4）上凸点（5）蘸助焊剂，易于凸点（5）与半腐蚀铜框架（2）的焊接；接着，进行倒装上芯，将芯片（4）上蘸有适量助焊剂的凸点（5）倒装上芯到蚀刻后的半腐蚀铜框架（2）的凸块上，然后进行回流，回流温度260℃，回流时间50~70s，清洗温度是42℃，压力是40psi，清洗传递速度0.8m/min；
第四步、二次上芯和烘烤：将背面粘有DAF膜（7）的芯片（6）粘接到芯片（4）上，DAF膜（7）与芯片（4）粘接，然后进行烘烤，将上芯后的芯片（4）和（6）整体持续在150℃烘烤30分钟，然后降温30分钟，温度降至50℃；
第五步、打线：通过金线（8）将芯片（6）上的铝垫与选镀层（3）连接；
第六步、塑封和后固化：将倒装上芯好的芯片（4）和（6）用塑封料（8）进行塑封，并进行后固化；
第七步、框架腐蚀减薄：将半腐蚀铜框架（2）下底部减薄到较薄的厚度即为腐蚀减薄后铜框架（10），便于随后蚀刻；
第八步、显影图形和涂光刻胶：将有图形的光掩膜板利用一种紫外光透视，将需要的图形光学显像到腐蚀减薄后铜框架（10）底部，通过药水碳酸钠的作用下，将未曝光部分的油墨溶解并冲洗后，留下感光的部分，对于腐蚀减薄后铜框架（10）涂胶、曝光，将客户的图形资料以正片或负片的形式转移到板子上，同时将干膜/湿膜在高能量下聚合，使光成像湿膜接受紫外线照射，形成自由基连锁聚合，使聚合物分子增大，此时湿膜不溶于弱碱(1％ Na2CO3)，随后进行显影，是将未曝光部分的油墨去掉，留感光的部分，未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应，遇弱碱Na2CO3（1.0%)溶解，而聚合的光致抗蚀涂覆材料（11）则留在板面上，保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解；
第九步：框架腐蚀将腐蚀减薄后铜框架（10）上未曝光的铜蚀刻掉，形成腐蚀后引脚（12）；
第十步、涂绿漆：将腐蚀后引脚（12）之间蚀刻后空隙用绿漆（13）填充；
第十一步、植球或者化学镀镍钯金：在腐蚀后引脚（12）植入锡球（14）或者化学镀镍钯金。
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