CN104008956B - 用于倒装芯片器件的开封方法 - Google Patents

用于倒装芯片器件的开封方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于倒装芯片器件的开封方法，包括：采用立体显微镜对待开封器件进行观察，测量其外观尺寸、封装厚度，观察其封装形式、封装材料；选择扫描声学显微镜、微焦点X射线检测仪、CT检测仪其中的一种或多种对待开封器件进行观察并记录；针对器件类型，根据上述检查结果，确定器件的开封方案；采用镶嵌磨抛或外壳启封对待开封器件进行开封前预处理；采用掩膜刻蚀法、化学腐蚀法、剖面镜检法其中的一种或多种完成待开封器件的化学开封；对开封后器件的内部工艺参数进行检查评价分析。本发明提出的用于倒装芯片器件的开封方法，相比较传统的采用芯片倒装工艺器件的开封方法，大大提升了开封质量，保障了开封后硅片的完成性和电特性。

Description

用于倒装芯片器件的开封方法
技术领域
本发明涉及电子器件开封技术领域，特别是指一种用于倒装芯片器件的开封方法。
背景技术
目前行业中对于采用芯片倒装工艺的器件主要为BGA封装、PGA封装的大规模、超大规模集成电路。由于其结构复杂及现有的开封方法的限制，使得开封质量得不到保障，严重影响开封后的相关试验、且电特性不能保障。
现有开封方法为将器件浸入高温的酸中，溶解掉外部封装的材料(如：模塑化合物、印制板等)，由于采用芯片倒装工艺的器件结构与传统键合工艺的器件不同，其开封难度远大于传统键合工艺的器件，开封后的质量得不到保障，对硅片的损伤较大，且无法实现对印制板的层间结构进行观察。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于倒装芯片器件的开封方法，相比较传统的采用芯片倒装工艺器件的开封方法，本方法大大提升了开封质量，保障了开封后硅片的完成性和电特性。
基于上述目的本发明提供的一种用于倒装芯片器件的开封方法，包括：
采用立体显微镜，在7.1～115倍目镜下对待开封器件进行观察，测量其外观尺寸、封装厚度，观察其封装形式、封装材料；
选择扫描声学显微镜、微焦点X射线检测仪、CT检测仪其中的一种或多种对待开封器件的内部结构、芯片位置、芯片尺寸、内部键合丝排布进行观察并记录相关数据，为后期的开封试验提供支持；
针对器件类型，根据上述检查结果，确定器件的开封方案；
采用镶嵌磨抛或外壳启封对待开封器件进行开封前预处理；
采用掩膜刻蚀法、化学腐蚀法、剖面镜检法其中的一种或多种完成待开封器件的化学开封；
对开封后器件的内部芯片、印制板、焊点及其它内部工艺参数进行检查评价分析。
在一些实施方式中，一般情况下，采用扫描声学显微镜、微焦点X射线检测仪进行内部结构、芯片位置、芯片尺寸、内部键合丝排布观察并记录相关数据；当器件内部结构复杂时，用CT检测仪确定内部结构分布。
在一些实施方式中，对于简单封装器件，采用镶嵌磨抛对待开封器件进行开封前预处理，包括：
根据X射线检测结果，确定研磨表面；
将器件平放在砂纸上，采用500～800目的砂纸，对其进行磨抛，直至管脚被磨削掉，暴露出器件的焊点为止。
在一些实施方式中，对于复杂封装器件，采用外壳启封对待开封器件进行开封前预处理，包括：
将待开封器件用台钳固定，使其不能晃动，用手术刀对准盖板与印制板之间的缝隙，轻敲手术刀背，直至刀刃切入缝隙5～8mm，依照此方法对器件的四周进行切入；完成切入步骤后，从器件盖板的尖角处将盖板掀起。
在一些实施方式中，对于简单封装器件，采用掩膜刻蚀法完成待开封器件的化学开封；对于复杂封装器件，采用化学腐蚀法或剖面镜检法完成待开封器件的化学开封。
在一些实施方式中，所述掩膜刻蚀法包括：
利用刻蚀开封机采用发烟硝酸作为蚀刻剂，在85℃下，采用涡流式蚀刻；若无法成功刻蚀，则采用浓硫酸作为蚀刻剂，在250℃下，采用涡流式蚀刻；
根据芯片大小，选择适当的掩膜，掩膜的通孔尺寸要与芯片尺寸基本一致，将掩膜放置在喷酸口处，器件芯片方向向下，放置于掩膜上方，通孔对准芯片位置；
根据器件外包封材料的厚度、材料设置刻蚀时间；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
在一些实施方式中，所述化学腐蚀法包括：
用控温电炉将浓硫酸加热至200℃；
待浓硫酸温度达到200℃后，将器件放入浓硫酸中进行腐蚀；
根据器件层间密度、厚度确定腐蚀时间，在腐蚀过程中实时观察腐蚀程度，对印制板进行逐层剥离，直至形成裸片为止；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
在一些实施方式中，所述剖面镜检法包括：
在排风柜内，将待测器件平放在制样模具中，镶嵌液与镶嵌粉按照5：2的体积比进行调配，调配好后，进行灌制；灌制完成后，将试样置于平稳处，直至其凝固；
试样凝固后，将试样从模具中取出，磨抛机开启，采用由粗到细砂纸，设置合适转速，对器件的印制板进行逐层磨抛；
每磨削掉一层印制板，用显微镜进行观察并拍照记录，完成后磨抛下一层；
当磨抛完最后一层印制板，暴露出硅片上键合焊点后，停止磨抛，用200℃浓硫酸对硅芯片位置进行冲洗，直至硅芯片完全暴露；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
在一些实施方式中，所述对开封后器件的内部芯片、印制板、焊点及其它内部工艺参数进行检查评价分析的步骤包括：低放大倍数内部检查法、高放大倍数内部检查法、扫描电子显微镜检查法及能谱分析法。
从上面所述可以看出，本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法，相对于传统的采用芯片倒装工艺器件的开封方法，本方法采用物理方法与化学方法相结合的开封模式，针对不同的器件采用不同的开封手段，大大提升了开封质量，保障了开封后硅片的完成性和电特性。
附图说明
图1为本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法的另一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参照附图1，为本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法的一个实施例的流程示意图。
所述用于倒装芯片器件的开封方法，包括：
步骤101：器件外部信息采集：采用立体显微镜，在7.1～115倍目镜下对待开封器件进行观察，测量其外观尺寸、封装厚度，观察其封装形式、封装材料；
步骤102：器件内部结构分析：选择扫描声学显微镜、微焦点X射线检测仪、CT检测仪其中的一种或多种对待开封器件的内部结构、芯片位置、芯片尺寸、内部键合丝排布进行观察并记录相关数据，为后期的开封试验提供支持；
步骤103：针对器件类型，根据上述检查结果，确定器件的开封方案；
步骤104：采用镶嵌磨抛或外壳启封对待开封器件进行开封前预处理；
步骤105：采用掩膜刻蚀法、化学腐蚀法、剖面镜检法其中的一种或多种完成待开封器件的化学开封；
步骤106：对开封后器件的内部芯片、印制板、焊点及其它内部工艺参数进行检查评价分析；
步骤107：得出试验结论。
参照附图2，为本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法的另一个实施例的流程示意图。
步骤201：外观检查：用立体显微镜，在7.1～115倍目镜下对器件进行观察，测量其外观尺寸、封装厚度，观察其封装形式、材料。
步骤202：无损检测，具体包括：
选择扫描声学显微镜(SAM)205、微焦点X射线检测仪203、CT检测仪204等无损手段对器件的内部结构、芯片位置、芯片尺寸、内部键合丝排布进行观察记录，为后期的开封试验提供支持；一般情况下，采用扫描声学显微镜(SAM)205、微焦点X射线检测仪204进行检测，当器件内部结构复杂时，用CT检测仪204确定内部结构分布。
开封前预处理方法包括两种：步骤206镶嵌磨抛和步骤207外壳启封：
对于简单封装器件，在开封前，需使用砂纸对芯片表面的引线框架进行打磨；根据X射线检测结果，确定研磨表面；所述步骤206镶嵌磨抛，则具体包括：将器件平放在砂纸上，采用500～800目的砂纸，轻推器件，对其进行磨抛，磨抛过程中，应保持器件平稳，直至管脚被磨削掉，暴露出器件的焊点为止，在研磨过程中应注意用显微镜观察，避免研磨过量；
对于复杂封装器件，当复杂封装器件表面有裸露的金属盖板时，盖板与硅片背面采用硅胶粘接，采用机械方法去除金属盖板；所述步骤207外壳启封，则具体包括：将器件用台钳固定，使其不能晃动，用手术刀对准盖板与印制板之间的缝隙，利用手锤轻敲手术刀背，直至刀刃切入缝隙5～8mm，依照此方法对器件的四周进行切入；完成切入步骤后，用平口钳从器件盖板的尖角处将盖板掀起。
确定开封方法：针对器件类型，根据步骤201和步骤202的检查结果，确定器件的开封方案；对于简单封装器件，选择掩膜刻蚀开封方法；对于复杂封装器件，可选择化学腐蚀开封法或剖面镜检法：
步骤208：掩膜刻蚀法，具体包括以下步骤：
利用刻蚀开封机采用发烟硝酸作为蚀刻剂，在85℃下，采用涡流式蚀刻；若无法成功刻蚀，则采用浓硫酸作为蚀刻剂，在250℃下，采用涡流式蚀刻；
根据芯片大小，选择适当的掩膜，掩膜的通孔尺寸要与芯片尺寸基本一致，将掩膜放置在喷酸口处，器件芯片方向向下，放置于掩膜上方，通孔对准芯片位置；
根据器件外包封材料的厚度、材料设置刻蚀时间；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
步骤209：化学腐蚀法，具体包括以下步骤：
用控温电炉将浓硫酸加热至200℃；
待浓硫酸温度达到200℃后，将器件放入浓硫酸中进行腐蚀；
根据器件层间密度、厚度确定腐蚀时间，在腐蚀过程中实时观察腐蚀程度，对印制板进行逐层剥离，直至形成裸片为止；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
步骤210：剖面镜检法，具体包括以下步骤：
在排风柜内，将待测器件平放在制样模具中，镶嵌液与镶嵌粉按照5：2的体积比进行调配，调配好后，进行灌制；灌制完成后，将试样置于平稳处，直至其凝固；
试样凝固后，将试样从模具中取出，磨抛机开启，采用由粗到细砂纸，设置合适转速，对器件的印制板进行逐层磨抛；
每磨削掉一层印制板，用显微镜进行观察并拍照记录，完成后磨抛下一层；
当磨抛完最后一层印制板，暴露出硅片上键合焊点后，停止磨抛，用200℃浓硫酸对硅芯片位置进行冲洗，直至硅芯片完全暴露；
开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
步骤211：内部检查分析，评价开封质量：开封完成后，对器件内部芯片、印制板、焊点及其它内部工艺等进行检查评价分析；具体包括以下步骤：
步骤212：宏观光学检查——低放大倍数内部检查：
按照GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2010.1，用立体显微镜对器件开封质量进行评价，同时对器件内部结构进行检查评价分析，其中包括键合工艺、键合丝材质、内部粘接工艺等。
步骤213：微观光学检查——高放大倍数内部检查：
按照GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2010.1，用金相显微镜对硅芯片表面版图信息、硅片制造工艺、键合点工艺、印制板工艺、焊点工艺等进行评价分析。
步骤214：扫描电子显微镜检查(微观SEM检查)及能谱分析：
当对内部缺陷存在疑问或用户要求时，用扫描电子显微镜，对硅片表面版图信息、硅片制造工艺、键合点工艺、印制板工艺、焊点工艺等进行评价分析。用能谱分析仪，对器件的焊点、模塑化合物等进行成分分析。
此外，为了保证试验过程的安全性，化学开封时，需要在排风柜内进行试验；发烟硝酸加热温度不得高于100℃；使用控温电炉加热溶剂时，注意烧杯中的液面位置，禁止干烧；控温电炉加热完成，停止使用之后，关闭电炉，待烧杯内的溶液冷却后，回收废液，清洗烧杯。同时，磨抛过程中，为了得到更好的观察效果，可选用大目数的砂纸进行磨抛。
从上面所述的实施例可以看出，本发明提供的用于倒装芯片器件的开封方法，相对于传统的采用芯片倒装工艺器件的开封方法，本方法采用物理方法与化学方法相结合的开封模式，针对不同的器件采用不同的开封手段，大大提升了开封质量，保障了开封后硅片的完成性和电特性。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于倒装芯片器件的开封方法，其特征在于，包括：
采用立体显微镜，在7.1～115倍目镜下对待开封器件进行观察，测量其外观尺寸、封装厚度，观察其封装形式、封装材料；
选择扫描声学显微镜、微焦点X射线检测仪、CT检测仪其中的一种或多种对待开封器件的内部结构、芯片位置、芯片尺寸、内部键合丝排布进行观察并记录相关数据，为后期的开封试验提供支持；
针对器件类型，根据上述检查结果，确定器件的开封方案；
采用镶嵌磨抛或外壳启封对待开封器件进行开封前预处理；所述外壳启封具体包括：将待开封器件用台钳固定，使其不能晃动，用手术刀对准盖板与印制板之间的缝隙，轻敲手术刀背，直至刀刃切入缝隙5～8mm，依照此方法对器件的四周进行切入；完成切入步骤后，从器件盖板的尖角处将盖板掀起；
采用掩膜刻蚀法或剖面镜检法完成待开封器件的化学开封；
采用低放大倍数内部检查法、高放大倍数内部检查法、扫描电子显微镜检查法及能谱分析法，对开封后器件的内部芯片、印制板、焊点进行检查评价分析；
其中，所述掩膜刻蚀法，具体包括：利用刻蚀开封机采用发烟硝酸作为蚀刻剂，在85℃下，采用涡流式蚀刻；若无法成功刻蚀，则采用浓硫酸作为蚀刻剂，在250℃下，采用涡流式蚀刻；根据芯片大小，选择适当的掩膜，掩膜的通孔尺寸要与芯片尺寸一致，将掩膜放置在喷酸口处，器件芯片方向向下，放置于掩膜上方，通孔对准芯片位置；根据器件外包封材料的厚度、材料设置刻蚀时间；开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干；
所述剖面镜检法，具体包括：包括：在排风柜内，将待测器件平放在制样模具中，镶嵌液与镶嵌粉按照5：2的体积比进行调配，调配好后，进行灌制；灌制完成后，将试样置于平稳处，直至其凝固；试样凝固后，将试样从模具中取出，磨抛机开启，采用由粗到细砂纸，设置合适转速，对器件的印制板进行逐层磨抛；每磨削掉一层印制板，用显微镜进行观察并拍照记录，完成后磨抛下一层；当磨抛完最后一层印制板，暴露出硅片上键合焊点后，停止磨抛，用200℃浓硫酸对硅芯片位置进行冲洗，直至硅芯片完全暴露；开封完成后，将开封后的器件放入盛有有机清洗剂的烧杯中，将烧杯置于超声清洗机中，对器件进行清洗，清洗干净后风干。
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