CN107680919B - 一种塑封铜键合引线集成电路开封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑封铜键合引线集成电路开封方法，利用激光将塑封料削薄，减少酸接触铜键合引线的时间；通过从器件背面进行加热，减少酸接触铜丝的面积和温度；通过调节开封浓酸的配比，减弱酸对铜的腐蚀性，短时间内对塑封铜键合引线集成电路的手工的开封，实现开封过程中对铜键合引线的保护，通过制定的清洗程序，完成对开封后的器件的清洗，从而实现完整的开封。本发明在塑封料去除干净的同时，能够有效保持铜丝完整的键合形状，利于后续的内部封装工艺检查、加电测试、键合强度等试验。

Description

一种塑封铜键合引线集成电路开封方法

技术领域

本发明属于电子元器件开封技术领域，具体涉及一种塑封铜键合引线集成电路的开封方法。

背景技术

铜具有良好的导电性能，比金和铝的导电性高，其散热性显著要高于金和铝；另外铜的性能稳定，不易和焊接过程中的其它金属化合物发生反应；其较高的伸长率和抗拉断力更有利于键合，提高了器件的可靠性。随着集成电路封装行业的发展，铜键合丝因其特有的优点在塑封集成电路中的使用也越来越广泛。

在破坏性物理分析过程和失效分析过程中，使用化学试剂将芯片表面的塑封料去除，使器件内部的框架结构和芯片暴露出来，是进行内部目检的必要环节。目前塑封集成电路中主要使用的塑封料是热固性聚合物，这是基于环氧树脂体系的塑封材料，传统的开封方法是利用发烟硝酸或浓硫酸的强氧化性腐蚀掉塑封料，达到开封的目的。但对于铜丝键合的塑封器件，铜丝在接触到浓酸后会发生化学反应而被腐蚀掉。为了保留器件的键合结构，须探究出一种有效地开封方法，在塑封料去除干净的同时，还能够保持铜丝完整的键合形状，利于后续的内部封装工艺检查、加电测试、键合强度等试验。

查询行业内关于铜丝的开封方法，有以下几种：

《塑封器件化学开封方法设计研究》(北京化工大学2010年硕士论文)一文中提到在浓酸中添加CuSO₄·5H₂O晶体，利用Cu²⁺的饱和效应可以进行开封，但该方法整体操作时间相对较长，不适用于大规模的生产；

《塑料封装铜丝内连电子元器件开封新工艺研究》(电子工艺技术第29卷第1期2008年1月)一文中提到化学电解浸泡法和化学低温喷射刻蚀法进行开封，但化学电解浸泡法需要专门的装置，操作比较复杂；化学低温喷射刻蚀法开封会使酸与键合丝充分接触，有利于铜键合引线与酸的反应，且开封时间较长，对于生产来说效率较低；

《铜丝键合塑封器件开封方法的改进研究》(电子产品可靠性与环境试验第33卷第4期2015年8月)一文中提到纯氮气环境下的低温湿法刻蚀，该方法缺点是成本太高，对设备要求很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种塑封铜键合引线集成电路开封方法，将手工滴酸与激光开封相结合，适用于塑封铜键合引线集成电路的开封。

本发明采用以下技术方案：

一种塑封铜键合引线集成电路开封方法，利用激光将塑封料削薄，减少酸接触铜键合引线的时间；通过从器件背面进行加热，减少酸接触铜丝的面积和温度；通过调节开封浓酸的配比，减弱酸对铜的腐蚀性，短时间内对塑封铜键合引线集成电路的手工的开封，实现开封过程中对铜键合引线的保护，通过制定的清洗程序，完成对开封后的器件的清洗，从而实现完整的开封。

进一步的，包括以下步骤：

S1、在X光下定位器件的芯片的位置以及键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；

S2、采用激光对器件的塑封料进行减薄操作；

S3、配置浓硫酸和浓硝酸的混合溶液并静置；

S4、将加热炉开机，将器件放入步骤S3制备的混合溶液中浸润，然后将器件正面朝上放置在加热炉上加热15～20S后取下所述器件；

S5、对步骤S4取下的所述器件进行观察，如果芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，将所述器件浸润后再次放到加热炉上进行加热，直到将芯片和器件的键合丝完整的暴露出来；

S6、将步骤S5开封后的器件进行超声清洗，然后取出放置在滤纸上晾干。

进一步的，步骤S2中，减薄厚度至3.0～3.5mm。

进一步的，步骤S3中，所述浓硫酸和浓硝酸体积比为1:4。

进一步的，静置时间为5～6min。

进一步的，步骤S4中，所述加热炉的温度为300±10℃。

进一步的，所述加热炉表面的加热板设置有防酸保护层。

进一步的，将步骤S3制备的混合溶液滴到所述器件上激光开封好的窗口位置，放加热炉进行加热。

进一步的，步骤S5中，超声波清洗溶液包括丙酮、酒精和去离子水溶液，先用丙酮清洗，然后使用去离子水清洗，最后采用丙酮或酒精再次清洗并放置在滤纸上晾干。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明塑封铜键合引线集成电路开封方法，先利用激光将塑封料削薄，减少酸接触铜键合引线的时间；通过从器件背面进行加热，减少酸接触铜丝的面积和温度；通过调节开封浓酸的配比，减弱酸对铜的腐蚀性，短时间内对塑封铜键合引线集成电路的手工的开封，实现开封过程中对铜键合引线的保护，通过制定的清洗程序，完成对开封后的器件的清洗，从而实现完整的开封,通过本发明方法开封后能有效的保证塑封器件框架的完整性和键合丝的完好，开封后能使器件内部的键合丝完全暴露出来，且能保证键合丝表面清洁、无损伤，芯片表面清洁，以便破坏性物理分析和失效性物理分析试验中后续的内部目检、键合引线拉力测试及开封后的加电测试等试验。

进一步的，在X光下对器件正面进行观察便于定位器件内部芯片的位置，为器件开封选择合适的开封窗口，将器件正面朝上放置在加热炉上加热，可以有效的减少酸接触铜键合引线的面积和温度，从而减少对铜键合引线的腐蚀。

进一步的，在X光下对器件侧面进行观察器件内部芯片距离器件顶部塑封料的位置，选择开封窗口的刻蚀深度，使较薄后的塑封料距离芯片的位置大约3～5mm，器件减薄后会在器件表面形成一个凹槽，使后期浸润的配置溶液能够得到存贮，减薄后的器件进一步缩短了酸溶液与器件和键合丝的接触时间，减少了腐蚀。

进一步的，配置浓硫酸和浓硝酸体积比1:4的混合溶液作为开封溶液，这个比例是经过实验得到的，浓硫酸和浓硝酸经过混合后溶液的氧化性与单一的溶液相比会变强，混合后的溶液和加热炉的温度进行搭配，获得开封效果最佳的试验方案。

进一步的，加热炉设置300±10℃，和混合后的溶液进行搭配获得最佳的开封效果，具有防酸功能的加热板可以延长加热炉的使用寿命，同时便于实验人员安全的操作。实验人员可以根据开封器件的塑封料的种类和芯片的大小进行判断所需混合酸的量，从而进行手动滴加。

进一步的，对于铜键合丝来说，当与混合酸接触后，混合酸中的浓硫酸会与少量铜反应会生成无水硫酸铜，反应生成的硫酸铜会依附在键合丝上。无水硫酸铜是一种白色的晶体，溶解于水，不溶解于丙酮和酒精，如果直接使用去离子水清洗器件会使得残留在键合丝表面的混合酸得到稀释，氧化性变弱会与铜键合丝发生反应。选择先使用丙酮或酒精进行清洗，去除器件表面和键合丝表面残留的酸溶液，然后再使用去离子水清洗，去除依附在键合丝表面的无水硫酸铜晶体，再使用丙酮或酒精进行清洗，去除器件表面和键合丝表面的水，然后放置在滤纸上晾干。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明开封方法流程图；

图2为本发明实施例A组样品X光形貌示意图；

图3为本发明实施例B组样品X光形貌示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种塑封铜键合引线集成电路开封方法，利用激光将塑封料削薄，减少酸接触铜键合引线的时间；通过从器件背面进行加热，减少酸接触铜丝的面积和温度；通过调节开封浓酸的配比，减弱酸对铜的腐蚀性，从而达到短时间内对塑封铜键合引线集成电路的手工的开封，实现开封过程中对铜键合引线的保护，通过制定的清洗程序，完成对开封后的器件的清洗，从而实现完整的开封。

设备和试剂包括：X光机、激光开封机、加热炉、烧杯、镊子、滴管、超声波清洗机、发烟硝酸(高纯级)、浓硫酸(高纯级)、丙酮、酒精和去离子水。

请参阅图1，本发明塑封铜键合引线集成电路开封方法具体如下：

S1、在X光下定位器件的芯片的位置以及键合丝的种类，以确定开封方案和刻蚀区域；

利用在X光下确定的芯片的位置，使激光开封机选择合适的开封范围，开封的范围为包含器件的芯片以及键合丝的外键合点的位置范围和芯片距离器件顶部塑封料的位置。

S2、将器件的塑封料进行减薄厚度至约3.0～3.5mm；

塑封料的较薄可以有效的减少酸接触铜丝的时间，减少腐蚀的程度。

S3、配置浓硫酸和浓硝酸体积比为1:4的混合溶液；

配置过程中必须将浓硫酸加入到浓硝酸中，配置完成后静置5～6min，以便浓硫酸和浓硝酸能混合均匀且溶液能够散热完毕。

根据如下原理可知：成相膜理论认为当酸的氧化性够强时，满足可形成钝化的条件时，金属溶解时，会在金属表面会生成紧密的、覆盖性良好的固态物质，这种物质形成独立的相，称为钝化膜或成相膜，此膜将金属表面和溶液机械的隔离开，使金属的溶解速度大大降低，呈钝态，金属处于钝化状态能保护金属防止腐蚀。在实际试验中总结得出，浓硫酸和浓硝酸混合后其氧化性会增强，而且会使得金属铜的腐蚀减慢，利用这一特性对铜丝塑封器件进行开封。

S4、将加热炉开机调节至300±10℃，用镊子夹着器件在配置好的混合酸中进行充分浸润或者使用滴管吸取一定量的溶液滴到器件上激光开封好的窗口位置，使激光开封的窗口位置处能保留一定的配置好的溶液，然后将器件正面朝上放置在加热炉上，约15～20S后用镊子将器件取下在混合酸中进行再次浸润；

所选取的加热炉其表面的加热板应具有防酸的功能。

S5、取出步骤S4中的器件进行观察是否将芯片和器件的键合丝完整暴露出来，如果没有，将器件浸润后或者使用滴管进行滴酸后再次放在加热炉上进行加热，直到将芯片和器件的键合丝完整的暴露出来。

从器件背面进行加热，可以有效的减少酸接触铜键合引线的面积和温度，从而减少对铜键合引线的腐蚀。

S6、将开封后的器件依次在丙酮、酒精和去离子水溶液的超声波清洗器中进行超声清洗，然后取出放置在滤纸上晾干。

清洗的顺序为：先用丙酮清洗然后使用去离子水进行清洗，最后采用丙酮再次清洗并放置在滤纸上晾干。

实施例

请参阅图2和图3，选取2种典型的塑封器件进行开封试验，样品的详细信息如表1所示。

表1铜丝器件开封试验样品信息

组别	型号	批次	封装形式	器件丝径	开封后丝径测量
						A	34063API	1510B	8线DIP	20μm	20μm
B	BYK800	1536	64线TQFP	20μm	20μm

本发明通过配制相应的混合酸，利用手工滴酸与激光开封相结合的方法实现了短时间内对塑封铜键合引线集成电路的开封。

GJB4027A-2006《军用电子元器件破坏性物理分析方法》工作项目1103方法2.5中规定塑封器件的键合丝开封质量判据为：“至少25％或3根(取其大者)键合丝应达到清洁，无损坏，裸露长度超过原长的2/3；至少75％的芯片区域应清洁并无去包封层造成的损坏”。

开封后测量键合引线的直径，均为20μm，该器件均采用20μm键合引线，说明开封后没有对铜键合引线造成腐蚀。随机取出开封过的15只器件进行键合强度试验，总共150根键合丝，其键合引线均为20μm的铜键合丝，试验后其铜键合丝均为从键合丝中部断裂，键合数据范围为6.56gf～12.97gf。由于GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2011中没有关于铜键合引线的键合指标值的规定，国际上也没有关于铜键合引线指标值的统一规定，参考GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2011中的规定，20μm的金键合引线的键合下限指标标准为1.9gf，说明键合试验的结果都是合格的，该实验方法有效。

对键合数据进行统计分析，键合数据近似符合高斯分布，其均值μ为8.6373gf，标准差σ为1.8776，置信度为0.99，其均值μ的置信区间为(8.2815gf，8.9911gf)，标准差σ的置信区间为(1.6580，2.1647)，进一步证明实验方法能有效的保证试验结果的一致性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种塑封铜键合引线集成电路开封方法，其特征在于，利用激光将塑封料削薄，缩短酸接触铜键合引线的时间；在器件的背面进行加热，缩短酸接触铜丝的面积和温度；调节开封用酸的配比，减弱酸对铜的腐蚀性，对塑封铜键合引线集成电路进行手工开封，实现开封过程中对铜键合引线的保护，通过清洗程序完成对开封后器件的清洗，实现完整开封，包括以下步骤：

S1、在X光下定位器件的芯片的位置以及键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；

S2、采用激光对器件的塑封料进行减薄操作，减薄厚度至3.0mm；

S3、配置浓硫酸和浓硝酸的混合溶液并静置，所述浓硫酸和浓硝酸体积比为1:4，静置时间为5min；

S4、将加热炉开机，将器件放入步骤S3制备的混合溶液中浸润，然后将器件正面朝上放置在加热炉上加热15S后取下所述器件，加热炉的温度为290℃，所述加热炉表面的加热板设置有防酸保护层，将步骤S3制备的混合溶液滴到所述器件上激光开封好的窗口位置，放加热炉进行加热；

S5、对步骤S4取下的所述器件进行观察，如果芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，将所述器件浸润后再次放到加热炉上进行加热，直到将芯片和器件的键合丝完整的暴露出来，超声波清洗溶液包括丙酮、酒精和去离子水溶液，先用丙酮清洗，然后使用去离子水清洗，最后采用丙酮或酒精再次清洗并放置在滤纸上晾干；

S6、将步骤S5开封后的器件进行超声清洗，然后取出放置在滤纸上晾干,试验后铜键合丝均为从键合丝中部断裂，键合数据范围为6.56gf，键合数据均值μ的置信区间为(8.2815gf，8.9911gf)，标准差σ的置信区间为(1.6580，2.1647)。

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