CN114814542A - 一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法 - Google Patents

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朱锟
韩碧涛
康海斌
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Abstract

本发明属于电子元器件开封技术领域，公开了一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，在X光下定位器件的芯片的位置以及鉴别键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；通过激光对器件的塑封料进行减薄；配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置；通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域；利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热；通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域；当芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，继续进行滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，直至芯片和器件的键合丝完整的暴露出来；对开封后的器件进行超声清洗。本发明操作简单，对设备要求低，试验效率高。

Description

一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法
技术领域
本发明属于电子元器件开封技术领域，尤其涉及一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法。
背景技术
目前，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，是进行内部目检和后续白盒分析的必要环节。现阶段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。现有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，暴露出芯片，这适用于金键合引线的封装结构。铜的化学性质比金活泼，会和加热的浓硫酸或者浓硝酸发生化学反应，导致铜键合引线被腐蚀，使得后续试验无法进行。
为了解决上述的技术问题，现有相关的技术如下：
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)配置浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:4的混合溶液，温度是300±10℃，浸润器件对器件背面进行加热开封。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术在浓酸中添加CuSO4·5H2O晶体进行开封，整体操作时间相对较长，不适用于大规模的生产。
(2)现有技术中化学电解浸泡法进行开封，需要专门的装置，操作比较复杂；现有技术中化学低温喷射刻蚀法进行开封，开封时间较长，对于生产来说效率较低。
(3)现有技术中纯氮气环境下的低温湿法刻蚀，成本太高，对设备要求很高。
(4)开封温度是300±10℃，温度太高，酸的活性太强，无法准确把握速率，极容易造成内部铜键合引线的腐蚀，开封效果不好。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法。
本发明是这样实现的，一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法包括：
步骤一，在X光下定位器件的芯片的位置以及鉴别键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；通过激光对器件的塑封料进行减薄；
步骤二，配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置；通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域；
步骤三，加热炉进行预热，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热；通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域；
步骤四，当芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，继续进行滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，直至芯片和器件的键合丝完整的暴露出来；同时对开封后的器件进行超声清洗。
进一步，所述步骤一中，通过激光对器件的塑封料进行减薄具体过程为：
通过激光对器件的塑封料进行减薄，减薄厚度至能观察到芯片的键合丝为止，键合丝的高度高于芯片，以避免损伤到芯片。
进一步，所述步骤二中，配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置具体过程为：
配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液并静置，浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，静置时间为5～6min，充分溶合；
所述浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，配合开封温度115±5℃，以共同实现铜键合引线的化学开封。
进一步，所述步骤二中，通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域具体过程为：
通过锡纸将器件包裹起来，利用小刀将激光削薄后的区域的锡纸进行剥离,暴露出要开封的区域，以便后续进行滴酸试验。
进一步，所述步骤三中，加热炉进行预热具体过程为：
加热炉开启，设定加热炉的温度为115±5℃，进行预热。
进一步，所述步骤三中，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热具体过程为：
配置好的溶液放置在预热后的加热炉上，进行加热5min以上。
进一步，所述步骤三中，通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域具体过程为：
通过操作台承载通过锡纸包裹起来的器件，利用滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，反应10-15S后，通过镊子取下器件进行观察。
进一步，所述步骤四中，对开封后的器件进行超声清洗具体过程为：
确定超声波清洗溶液，超声波清洗溶液包括丙酮、酒精和去离子水溶液；
用丙酮或酒精清洗，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。
本发明的另一目的在于提供一种所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法在电子元器件的可靠性分析中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法在塑封铜键合引线集成电路的开封中的应用。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明中配置的混合溶液，开封温度，浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，配合开封的温度115±5℃，共同实现铜键合引线的化学开封。本发明中超声清洗顺序，反应生成的CuSO4不溶于丙酮、酒精等有机溶剂；先使用丙酮或酒精清洗的目的是除去键合丝和芯片表面的酸的残留，避免使用去离子水清洗的时候浓酸被稀释成浓度低的酸与键合丝发生反应；使用去离子水清洗的目的是去除反应生成的CuSO4；最后使用丙酮或酒精清洗的目的是去除键合丝和芯片表面残留的水和其它污渍。本发明能够保留器件的键合结构，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。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明将手工滴酸与激光开封相结合，操作简单，对设备要求低，试验效率高，适用于塑封铜键合引线集成电路的开封。
附图说明
图1是本发明实施例提供的塑封铜键合引线半导体器件的开封方法流程图；
图2是本发明实施例提供的塑封铜键合引线半导体器件的开封过程示意图；
图3是本发明实施例提供的对开封后的器件进行超声清洗方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的塑封铜键合引线半导体器件的开封方法包括：
S101：在X光下定位器件的芯片的位置以及鉴别键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；通过激光对器件的塑封料进行减薄。
S102：配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置；通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域。
S103：加热炉进行预热，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热；通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域。
S104：当芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，继续进行滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，直至芯片和器件的键合丝完整的暴露出来；同时对开封后的器件进行超声清洗。
本发明实施例提供的S101中，通过激光对器件的塑封料进行减薄具体过程为：
通过激光对器件的塑封料进行减薄，减薄厚度至能观察到芯片的键合丝即停止，键合丝的高度一般会高于芯片，以避免损伤到芯片。
本发明实施例提供的S102中，配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置具体过程为：
配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑(C6H5N3)的混合溶液并静置，浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，静置时间为5～6min，使其充分溶合。
所述浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，配合开封温度115±5℃，以共同实现铜键合引线的化学开封。
本发明实施例提供的S102中，通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域具体过程为：
通过锡纸将器件包裹起来，利用小刀将激光削薄后的区域的锡纸进行剥离,暴露出要开封的区域，以便后续进行滴酸试验。
本发明实施例提供的S103中，加热炉进行预热具体过程为：加热炉开启，设定加热炉的温度为115±5℃，进行预热。
本发明实施例提供的S103中，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热具体过程为：配置好的溶液放置在预热后的加热炉上，进行加热5min以上。
本发明实施例提供的S103中，通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域具体过程为：
通过操作台承载通过锡纸包裹起来的器件，利用滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，反应10-15S后，通过镊子取下器件进行观察。
如图3所示，本发明实施例提供的S104中，对开封后的器件进行超声清洗具体过程为：
S201：确定超声波清洗溶液，超声波清洗溶液包括丙酮、酒精和去离子水溶液。
S202：用丙酮或酒精清洗，然后使用去离子水清洗。
S203：最后采用丙酮或酒精再次清洗并放置在滤纸上晾干。
上述S201～S203的开封后的器件超声清洗的顺序，反应生成的CuSO4不溶于丙酮、酒精等有机溶剂，先使用丙酮或酒精清洗的目的是除去键合丝和芯片表面的酸的残留，避免使用去离子水清洗的时候浓酸被稀释成浓度低的酸与键合丝发生反应；使用去离子水清洗的目的是去除反应生成的CuSO4；最后使用丙酮或酒精清洗的目的是去除键合丝和芯片表面残留的水和其它污渍。
本发明实施例提供的一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法应用于电子元器件的可靠性分析行业。
本发明实施例提供的一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法适用于塑封铜键合引线集成电路的开封。能够保留器件的键合结构，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。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法包括：
步骤一，在X光下定位器件的芯片的位置以及鉴别键合丝的种类，确定开封方案和刻蚀区域；通过激光对器件的塑封料进行减薄；
步骤二，配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置；通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域；
步骤三，加热炉进行预热，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热；通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域；
步骤四，当芯片和器件的键合丝没有完整暴露出来，继续进行滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，直至芯片和器件的键合丝完整的暴露出来；同时对开封后的器件进行超声清洗。
2.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤一中，通过激光对器件的塑封料进行减薄具体过程为：
通过激光对器件的塑封料进行减薄，减薄厚度至能观察到芯片的键合丝为止，键合丝的高度高于芯片，以避免损伤到芯片。
3.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤二中，配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液，并进行静置具体过程为：
配置浓硫酸、浓硝酸和苯并三唑的混合溶液并静置，浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，静置时间为5～6min，充分溶合；
所述浓硫酸和浓硝酸体积比为1:3.5，苯并三唑的浓度为1.7mg/L，配合开封温度115±5℃，以共同实现铜键合引线的化学开封。
4.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤二中，通过锡纸将器件包裹起来，剥离至暴露出要开封的区域具体过程为：
通过锡纸将器件包裹起来，利用小刀将激光削薄后的区域的锡纸进行剥离,暴露出要开封的区域，以便后续进行滴酸试验。
5.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤三中，加热炉进行预热具体过程为：
加热炉开启，设定加热炉的温度为115±5℃，进行预热。
6.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤三中，利用预热后的加热炉对配置好的溶液进行加热具体过程为：
配置好的溶液放置在预热后的加热炉上，进行加热5min以上。
7.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤三中，通过滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域具体过程为：
通过操作台承载通过锡纸包裹起来的器件，利用滴管滴取加热后的混合溶液，滴到器件要开封的区域，反应10-15S后，通过镊子取下器件进行观察。
8.如权利要求1所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法，其特征在于，所述步骤四中，对开封后的器件进行超声清洗具体过程为：
确定超声波清洗溶液，超声波清洗溶液包括丙酮、酒精和去离子水溶液；
用丙酮或酒精清洗，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。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法在电子元器件的可靠性分析中的应用。
10.一种如权利要求1～8任意一项所述塑封铜键合引线半导体器件的开封方法在塑封铜键合引线集成电路的开封中的应用。
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