CN104658879B

CN104658879B - 芯片封装体的开封方法

Info

Publication number: CN104658879B
Application number: CN201310597783.1A
Authority: CN
Inventors: 殷原梓; 高保林; 张菲菲
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2018-06-08
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN104658879A

Abstract

本申请提供了一种芯片封装体的开封方法。该芯片封装体包括塑封料层、引线和芯片，开封方法包括：采用干法刻蚀减薄芯片封装体上表面的塑封料层，得到预开封封装体；对预开封封装体进行化学湿法刻蚀至芯片的上表面裸露。本申请的开封方法一方面避免了采用现有技术中过多的化学湿法刻蚀液的强刻蚀性，对芯片和引线造成过度腐蚀；另一方面采用干法刻蚀对芯片封装体的塑封料层进行各向异性刻蚀，能够实现对塑封料层的精确刻蚀，因此，两者结合避免了开封过程中对芯片和引线的损伤，改善了开封的效果。

Description

芯片封装体的开封方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种芯片封装体的开封方法。

背景技术

在完成芯片的主要功能器件制作之后需将芯片封装形成芯片封装体。目前常用的封装料为环氧模塑料，环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，再加上一些填料，如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分，在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。所形成的芯片封装体一般具有如图2所示的结构，封装体的塑封料层10内包覆有芯片30以及引线20。由于在实际工作中芯片封装体内部的引线可能存在短路或断路的可能，因此就需要对芯片封装体内部的芯片及引线进行测试，分析其失效的原因。

在半导体芯片的失效分析中，需要对已经完成封装的芯片封装体进行开封，对芯片封装体的开封可采用机械和化学的方法，但机械开封因其对电连接的破坏性而受限制。因此，芯片封装体的开封主要还是采用化学腐蚀的方法。

目前芯片封装体的主流开封技术是化学湿法开封。化学湿法开封需要选用对塑封料有高效分解作用的蚀刻剂，如发烟硝酸和浓硫酸。具体操纵步骤包括：将器件放入发烟硝酸和浓硫酸中加热，待塑料腐蚀完后，取出芯片，用异丙醇或无水乙醇清洗，最后再用去离子水清洗干净。如果还需保持框架的完整，芯片保留在框架上，只需把芯片、键合点以及键合引线等完全暴露出来。现有专业的自动塑封开封设备，可对酸量、腐蚀温度等进行自动控制，同时实现废酸的回收。但是，这种方法仍然存在一定的弊端，例如，在申请号为200910056017.8的中国专利中公开了一种芯片封装块开封的方法及步骤。其公开的开封装置具有基台、滴注装置和加热装置，在开封时利用滴注装置向芯片封装体上滴注硝酸、硫酸和去离子水的混合溶液，同时利用加热装置对芯片封装块和基台进行加热，该开封方法减小了腐蚀液对封装块内部的芯片30和引线20的损伤，但是，对芯片和引线造成的损伤仍然会影响失效原因的判断，造成失效性分析不准确。

发明内容

本申请旨在提供一种芯片封装体的开封方法，以解决现有技术中开封过程中易对芯片和引线造成的损伤的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种芯片封装体的开封方法，芯片封装体包括塑封料层、引线和芯片，该开封方法包括：采用干法刻蚀减薄芯片封装体上表面的塑封料层，得到预开封封装体；对预开封封装体进行化学湿法刻蚀至芯片的上表面裸露。

进一步地，上述减薄芯片封装体表面的塑封料层包括：对芯片封装体进行干法刻蚀至塑封料层的顶面距引线的最高点10～30μm。

进一步地，上述干法刻蚀为等离子体刻蚀或反应离子刻蚀。

进一步地，上述等离子体刻蚀的刻蚀气体包括惰性气体和氧化性气体，惰性气体和氧化性气体的体积比为4～6:1～3。

进一步地，上述等离子体刻蚀的激发功率为600～1500W、偏置电压为10～800V，刻蚀气体的压力为2～200mT、流量为800～1500sccm。

进一步地，上述惰性气体为Ar，氧化性气体为氧气。

进一步地，上述反应离子刻蚀的刻蚀气体包括CF₄和CHF₃中的一种以及氧气，且CF₄与氧气的体积比或CHF₃与氧气的体积比为2～5:1。

进一步地，上述反应离子刻蚀的激发功率为100～300W，刻蚀气体的流量为50～200sccm,刻蚀气体的压力为2～50mT。

进一步地，上述化学湿法刻蚀包括：向预开封封装体表面滴注刻蚀液，进行刻蚀至芯片的上表面裸露；对完成刻蚀的预开封封装体进行清洗。

进一步地，上述化学湿法刻蚀的刻蚀液包括硝酸和硫酸。

进一步地，上述硝酸为发烟硝酸，硫酸为浓度为98%的硫酸，硝酸与硫酸的体积比为1:1～1:3，优选硝酸与硫酸的体积比为1:1。

进一步地，上述化学湿法刻蚀的刻蚀过程是在在30～40℃下进行的。

进一步地，上述芯片封装体内引线为铜引线。

应用本申请的技术方案，一方面避免了采用现有技术中过多的化学湿法刻蚀液的强刻蚀性，对芯片和引线造成过度腐蚀；另一方面采用干法刻蚀对芯片封装体的塑封料层进行各向异性刻蚀，能够实现对塑封料层的精确刻蚀，因此，两者结合避免了开封过程中对芯片和引线的损伤，改善了开封的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请一种优选实施方式所提供的开封方法流程示意图；

图2示出了芯片封装体的剖面结构示意图；

图3示出了将图2中的芯片封装体干法刻蚀后得到的预开封封装体的剖面结构示意图；以及

图4示出了将图3所示的预开封封装体化学湿法刻蚀后得到的开封芯片的剖面结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在......之上”、“在......上方”、“在......上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在......上方”可以包括“在......上方”和“在......下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

正如背景技术所介绍的，现有芯片封装体包括塑封料层10、引线20和芯片30，在开封过程会不可避免地对芯片30或引线20造成损伤，为了解决如上的开封过程中易对芯片30和引线20造成的损伤，本申请提出了采用干法刻蚀和湿法刻蚀相结合的开封方法，图1示出了该开封方法的流程示意图。本申请的开封方法包括：采用干法刻蚀减薄芯片封装体上表面的塑封料层10，得到预开封封装体；然后对预开封封装体继续进行化学湿法刻蚀，直至芯片30的上表面裸露。上述的开封方法采用干法刻蚀和湿法刻蚀相结合的方式，一方面避免了采用现有技术中过多的化学湿法刻蚀液的强刻蚀性，对芯片和引线造成过度腐蚀；另一方面采用干法刻蚀对芯片封装体的塑封料层进行各向异性刻蚀，能够实现对塑封料层的精确刻蚀，因此，两者结合避免了开封过程中对芯片和引线的损伤，改善了开封的效果，不会影响失效原因的判断。

具体而言，该开封方法首先采用干法刻蚀减薄芯片封装体的塑封料层10。如图2所示，芯片封装体包括塑封料层10、芯片30以及引线20，塑封料层10包绕在芯片30和引线10周围。为了避免湿法刻蚀对芯片30及引线20的破坏，本申请直接利用干法刻蚀由芯片封装体的上表面开始减薄塑封料层10，优选将塑封料层10的顶面减薄至距引线20最高点10～30μm，得到预开封封装体。

采用上述方案，利用干法刻蚀对图2中示出的塑封料层10进行减薄时，对引线20基本无损伤，得到具有如图3所示的剖面结构的预开封封装体。而且，优选地，通过对刻蚀条件和刻蚀时间的调节可将干法刻蚀终止在位于引线20的最高点10～30μm的位置，这种控制方法可精确保证引线20不被损害，其效果明显优于现有技术。举例来说，当刻蚀条件一定时，刻蚀过程的刻蚀速率基本也是一致的且为本领域技术人员所掌握的，因此通过控制刻蚀时间即可将干法刻蚀的终点定位在引线20最高点10～30μm处。

本申请采用的干法刻蚀可以是等离子体刻蚀或反应离子刻蚀。其中等离子体刻蚀和反应离子刻蚀各有优缺点，等离子体刻蚀比较适于本申请的塑封料层的刻蚀，刻蚀速率较快，一般在15～25min内即可完成刻蚀，且对芯片30和引线20的损伤远远低于化学湿法刻蚀，具体的刻蚀时间可以依据刻蚀条件的强弱、所刻蚀塑封料层的厚薄进行适当的调整，但耗能较高；反应离子刻蚀的刻蚀速率较慢，但是耗能少，刻蚀过程易控，对芯片30的影响更小。

本申请一种优选的实施方式中采用等离子体刻蚀法完成干法刻蚀，且等离子体刻蚀的刻蚀气体包括惰性气体和氧化性气体，惰性气体和氧化性气体的体积比为4～6:1～3。在该实施方式中，采用包括体积比为4～6:1～3的惰性气体和氧化性气体的刻蚀气体对塑封料层10进行刻蚀，能够在塑封料层的各个方向上进行同步刻蚀，实现较为理想的刻蚀效果；同时能够在较短的时间内完成刻蚀，提高了开封的效率。

在进行等离子体刻蚀时，设定等离子体刻蚀的激发功率为600～1500W，优选800～1500W，更优选800～1200W，进一步优选800～1000W；偏置电压为10～800V，优选100～800V，更优选200～700V，进一步优选300～600V，最优选400～500V；刻蚀气体的压力为2～200mT，优选50～200mT，更优选50～150mT，进一步优选50～100mT，最优选80～100V；流量为800～1500sccm，优选800～1200sccm，更优选800～1000sccm。在上述条件下进行等离子体刻蚀时，刻蚀速率一般在10～30μm/min内，因此可以控制在15～25min内利用干法刻蚀将普通芯片封装体的塑封料层10刻蚀至其顶面距引线20最高点10～30μm。

可用于本申请的惰性气体可以是氦气、氩气、氮气或氙气，优选惰性气体为Ar，可用于本申请的氧化性气体可以是臭氧或氧气，优选为氧气。两者的用量体积比优选为5:2。

在本申请另一种优选的实施方式中采用反应离子刻蚀法完成干法刻蚀，且反应离子刻蚀的刻蚀气体可以为CF₄与氧气的混合气体或CHF₃与氧气的混合气体，CF₄与氧气的体积比或CHF₃与氧气的体积比为2～5:1。本领域技术人员在现有技术基础上可以选择合适的CF₄与氧气的体积比或CHF₃与氧气的体积比进行刻蚀，本申请优选的CF₄与氧气的体积比或CHF₃与氧气的体积比为3:1。

在进行反应离子刻蚀时，设定反应离子刻蚀的激发功率为100～300W，刻蚀气体的流量为50～200sccm，刻蚀气体的压力为2～50mT。在上述条件下进行刻蚀时，对芯片30和引线20没有损伤，且反应条件越苛刻，如激发功率越大、刻蚀气体压力越大，对塑封料层10的腐蚀力度越大，刻蚀速度越快。

完成第一步干法刻蚀后，进一步采用化学刻蚀法对预开封封装体进行刻蚀，通常可以在500～700s内就完成对图3所示的预开封封装体的刻蚀，使芯片30的上表面裸露，得到具有如图4所示的剖面结构的开封芯片。本申请的化学湿法刻蚀包括：向预开封封装体表面滴注刻蚀液，进行刻蚀至芯片30的上表面裸露；对完成刻蚀的预开封封装体进行清洗，得到开封芯片。在利用刻蚀液完成刻蚀之后及时地对预开封封装体进行清洗，能在最短的时间内完成刻蚀并清除刻蚀液避免对芯片30和引线20的损伤。

本申请的湿法刻蚀过程的刻蚀液可以采用现有技术中常用的发烟硝酸、或者硫酸和硝酸组成的混合酸液，当采用发烟硝酸作为刻蚀液进行刻蚀时，需要严格控制刻蚀时间不长于400s，以避免具有强烈腐蚀性的发烟硝酸对芯片30和引线20的损伤，为了避免由于操作不谨慎造成发烟硝酸对芯片30和引线20造成意想不到的损伤，本申请优选上述化学湿法刻蚀的刻蚀液包括硝酸和硫酸。利用硫酸减少发烟硝酸的腐蚀性能，减少由于操作不当或清洗不及时对芯片30和引线20造成的损伤。

本申请采用发烟硝酸和浓度为98%的硫酸组成的混合酸液作为湿法刻蚀的刻蚀液，且控制硝酸与硫酸的体积比为1:1～1:3。由于位于引线20以上的塑封料层10已经采用干法刻蚀去除，剩余的塑封料层10较薄，因此利用硫酸和硝酸组成的混合酸液在短时间内即可完成刻蚀；而且，由于硝酸被硫酸稀释，使得刻蚀液的腐蚀性能有所下降，因此能够有效地避免刻蚀液对芯片30和引线20的损伤。在本申请一种优选的实施例中，优选上述硝酸与硫酸的体积比为1:1。

为了进一步缩短湿法刻蚀时间，优选对预开封封装体或刻蚀液进行加热，使刻蚀液在30～40℃下进行刻蚀。具体刻蚀方法可以采用中芯国际已有的开封装置，该开封装置具有基台、滴注装置和加热装置，在进行湿法刻蚀时将预开封封装体置于基台上，然后采用滴注装置向预开封封装体的表面滴注刻蚀液，同时采用加热装置对预开封封装体和基台进行加热，使整个湿法刻蚀的温度保持在30～40℃之间。优选湿法刻蚀采用刻蚀液在35℃下进行刻蚀。

以下将通过采用本申请的开封方法和申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封方法，对型号为6mm×6mm×1mm QFN的铜引线芯片封装体进行开封，并采用SEM电镜对开封后得到的开封芯片进行检测，进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

采用型号为Plasma lab80plus的等离子体刻蚀机作为干法刻蚀装置，设定等离子体刻蚀机的激发功率为1000W、偏置电压为500V，刻蚀气体采用体积比为5：2的Ar和O₂，刻蚀气体的压力为100mT、流量为1000sccm，刻蚀时间为20min，刻蚀速率大约为25μm/min，通过刻蚀速率和刻蚀时间计算被刻蚀的塑封料层的厚度从而计算得出刻蚀后的塑封料层的顶面距引线最高点20μm。

采用申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封装置进行化学湿法刻蚀，其中刻蚀液采用体积比为1:1的发烟硝酸和98%的硫酸组成的混合酸液，刻蚀温度为35℃，500s后芯片的上表面裸露，采用去离子水进行清洗，得到实施例1的开封芯片。

实施例2

采用型号为Plasma lab80plus的等离子体刻蚀机作为干法刻蚀装置，设定等离子体刻蚀机的激发功率为1500W、偏置电压为100V，刻蚀气体采用体积比为6：3的Ar和O2，刻蚀气体的压力为200mT、流量为800sccm，刻蚀时间为25min，刻蚀速率大约为22μm/min，通过刻蚀速率和刻蚀时间计算被刻蚀的塑封料层的厚度从而计算得出刻蚀后的塑封料层的顶面距引线最高点12μm。

采用申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封装置进行化学湿法刻蚀，其中刻蚀液采用体积比为1:3的发烟硝酸和98%的硫酸组成的混合酸液，刻蚀温度为40℃，500s后芯片的上表面裸露，采用去离子水进行清洗，得到实施例2的开封芯片。

实施例3

采用型号为Plasma lab80plus的等离子体刻蚀机作为干法刻蚀装置，设定等离子体刻蚀机的激发功率为600W、偏置电压为800V，刻蚀气体采用体积比为4：1的Ar和O2，刻蚀气体的压力为50mT、流量为1500sccm，刻蚀时间为15min，刻蚀速率大约为30μm/min，通过刻蚀速率和刻蚀时间计算被刻蚀的塑封料层的厚度从而计算得出刻蚀后的塑封料层的顶面距引线最高点30μm。

采用申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封装置进行化学湿法刻蚀，其中刻蚀液采用体积比为1:2的发烟硝酸和98%的硫酸组成的混合酸液，刻蚀温度为30℃，600s后芯片的上表面裸露，采用去离子水进行清洗，得到实施例3的开封芯片。

实施例4

采用型号为Plasma lab80plus的反应离子刻蚀机作为干法刻蚀装置，刻蚀气体为CF4和O2，体积比3：1，设定反应离子刻蚀机的激发功率为300W、刻蚀气体的流量为200sccm，刻蚀气体的压力为50mT，刻蚀时间为8h，通过刻蚀速率的经验值和刻蚀时间计算被刻蚀的塑封料层的厚度从而计算得出刻蚀后的塑封料层的顶面距引线最高点30μm。

采用申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封装置进行化学湿法刻蚀，其中刻蚀液采用体积比为1:1的发烟硝酸和98%的硫酸组成的混合酸液，刻蚀温度为35℃，700s后引线全部裸露，采用去离子水进行清洗，得到实施例4的开封芯片。

对比例1

采用申请号为200910056017.8的专利申请中公布的开封装置和开封方法进行开封，其中刻蚀液采用体积比为1:3:0.5的发烟硝酸、98%的浓硫酸和去离子水组成的混合酸液，刻蚀温度为110℃，25min后采用去离子进行清洗，得到对比例1的开封芯片。

采用SEM电镜对实施例1至4和对比例1的开封芯片进行检测，发现实施例1至4的开封效果几乎相同，实施例1至4的开封芯片的芯片和引线完整，观察不到明显的损伤，且实施例4的芯片和引线的完整性保持最好；而对比例1的开封芯片的芯片和引线受到严重的损伤，其中大部分引线被腐蚀掉，与芯片的连接被破坏。

以上只是示意性地给出了型号为6mm×6mm×1mm QFN的芯片封装体的开封方法，对于其他型号的芯片封装体采用本发明的开封方法进行开封时，为了取得理想的开封效果，本领域技术人员完全有能力在本发明的指导下结合现有技术根据所处理的芯片封装体的特性选择具体的干法刻蚀和湿法化学刻蚀的参数等，所以本发明对其他型号的芯片封装体的开封方法不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1）、避免了开封过程中，刻蚀液对芯片和引线的损伤，进而影响失效分析结果；

2）、采用干法刻蚀对芯片封装体的塑封料层进行各向异性刻蚀，能够实现对塑封料层的精确刻蚀；

3）、利用等离子体刻蚀和化学湿法刻蚀结合的方式，在较短的时间内即可完成解封，提高了解封效率。

另外，申请人需要在此强调的是，目前的芯片封装体的引线一般为金引线或铜引线，金属Au本身具有较强的耐腐蚀性，所以采用本申请的开封方法对金引线不会造成损伤；而现有技术中的铜引线封装体一般在采用湿法刻蚀时损伤严重，而采用本申请的开封方法进行开封基本也不会对铜引线有损伤，完全不会影响失效原因的判断。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种芯片封装体的开封方法，所述芯片封装体包括塑封料层(10)、引线(20)和芯片(30)，其特征在于，所述开封方法包括：

采用干法刻蚀减薄芯片封装体上表面的所述塑封料层(10)，得到预开封封装体；

对所述预开封封装体进行化学湿法刻蚀至所述芯片(30)的上表面裸露，

所述化学湿法刻蚀包括：

向所述预开封封装体滴注刻蚀液，进行刻蚀至所述芯片(30)的上表面裸露；

对完成所述刻蚀的所述预开封封装体进行清洗，所述化学湿法刻蚀的刻蚀液包括硝酸和硫酸，所述硝酸为发烟硝酸，所述硫酸为浓度为98％的硫酸，所述硝酸与所述硫酸的体积比为1:1～1:3，所述化学湿法刻蚀的刻蚀过程是在30～40℃下进行的，

所述减薄芯片封装体表面的塑封料层(10)包括：

对所述芯片封装体进行干法刻蚀至塑封料层(10)的顶面位于所述引线(20)上方且距所述引线(20)的最高点10～30μm。

2.根据权利要求1所述的开封方法，其特征在于，所述干法刻蚀为等离子体刻蚀或反应离子刻蚀。

3.根据权利要求2所述的开封方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀的刻蚀气体包括惰性气体和氧化性气体，所述惰性气体和所述氧化性气体的体积比为4～6:1～3。

4.根据权利要求3所述的开封方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀的激发功率为600～1500W、偏置电压为10～800V，所述刻蚀气体的压力为2～200mT、流量为800～1500sccm。

5.根据权利要求3所述的开封方法，其特征在于，所述惰性气体为Ar，所述氧化性气体为氧气。

6.根据权利要求2所述的开封方法，其特征在于，所述反应离子刻蚀的刻蚀气体包括CF₄和CHF₃中的一种以及氧气，且所述CF4与所述氧气的体积比或所述CHF3与所述氧气的体积比为2～5:1。

7.根据权利要求6所述的开封方法，其特征在于，所述反应离子刻蚀的激发功率为100～300W，所述刻蚀气体的流量为50～200sccm，所述刻蚀气体的压力为2～50mT。

8.根据权利要求1所述的开封方法，其特征在于，所述硝酸与所述硫酸的体积比为1:1。

9.根据权利要求1所述的开封方法，其特征在于，所述芯片封装体内引线为铜引线。