專利名稱：降低封裝翹曲度的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封裝方法，且特別是有關(guān)于一種用以降低封裝翹曲度 的熱處理方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)以一導(dǎo)線架進(jìn)行封裝的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造具有由一封膠體側(cè)邊延 伸的多個(gè)外引腳，這些外引腳可用以對(duì)外電性接合。而無(wú)外引腳式(leadless)半導(dǎo)體封裝構(gòu)造是通過(guò)導(dǎo)線架的多個(gè)引腳的下表面外露于封 膠體表面做為對(duì)外連接端。因此，無(wú)外引腳式半導(dǎo)體封裝構(gòu)造具有較小的 覆蓋區(qū)(footprint)與尺寸以及較短的電性傳遞路徑，故其符合高頻且 小尺寸集成電路的低成本封裝要求。在公知無(wú)引腳式半導(dǎo)體封裝構(gòu)造中，封膠體是以壓模模具先形成在導(dǎo) 線架的每一封裝單元及其周圍的切割道上，再進(jìn)行后段烘烤固化(post mold curing, PMC)步驟約4個(gè)小時(shí)，以加熱封膠體至玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg) 以上，使封膠體因熱反應(yīng)而固化成形。接著，再以鋸切工具切割封膠體及 導(dǎo)線架，或以沖切工具分?jǐn)鄬?dǎo)線架，以使每一封裝單元各自形成分離的無(wú) 外引腳式半導(dǎo)體封裝構(gòu)造。然而，因封膠體與導(dǎo)線架的熱膨脹系數(shù)差異很 大而造成熱膨脹系數(shù)不匹配(CTE mismatch)，故經(jīng)后段烘烤固化步驟后， 封膠體與導(dǎo)線架之間會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，使固化后的封膠體產(chǎn)生嚴(yán)重變形與翹 曲，導(dǎo)致方法合格率降低，也導(dǎo)致后續(xù)封裝步驟進(jìn)行困難，例如外接端電 鍍步驟、電性測(cè)試步驟以及鋸切封膠體的步驟等等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種降低封裝翹曲度的熱處理方法，可使導(dǎo)線架 型半導(dǎo)體封裝半成品的形變量降低或使導(dǎo)線架與封膠體間的應(yīng)力得以釋 放以降低翹曲度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種降低封裝翹曲度的熱處理方法，其包括提供一導(dǎo)線架型半導(dǎo)體 封裝半成品并導(dǎo)入一加熱方法。導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品包括一導(dǎo)線架 以及一封膠體。導(dǎo)線架包含多個(gè)封裝單元，而且封膠體包覆這些封裝單元。 加熱方法設(shè)有一置入溫度以及一峰值溫度。導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的 溫度由置入溫度經(jīng)一熱反應(yīng)時(shí)間而到達(dá)峰值溫度，并使導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封 裝半成品的形變量降低或使導(dǎo)線架與封膠體間的應(yīng)力得以釋放以降低翹 曲度。峰值溫度設(shè)定在190度 260度之間。所述的熱處理方法，峰值溫度可更進(jìn)一步設(shè)定在220度 240度之間。 所述的熱處理方法，置入溫度約為110度。 所述的熱處理方法，熱反應(yīng)時(shí)間可設(shè)定在200秒 300秒之間。 所述的熱處理方法，加熱方法可用以取代后段烘烤固化方法。 所述的熱處理方法，加熱方法可于后段烘烤固化方法之后導(dǎo)入。 所述的熱處理方法，熱處理方法可包括導(dǎo)入一快速冷卻方法，快速冷 卻方法設(shè)有一冷卻最終溫度以及一冷卻斜率，其中導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半 成品的溫度由峰值溫度經(jīng)冷卻斜率而到達(dá)冷卻最終溫度。所述的熱處理方法，冷卻斜率可設(shè)為每秒下降0. 8度 1. 6度之間。 所述的熱處理方法，于熱處理方法中導(dǎo)入加熱方法時(shí)，更可包括注入 一化學(xué)性質(zhì)安定的氣體于加熱導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的一反應(yīng)爐中。 所述的熱處理方法，化學(xué)性質(zhì)安定的氣體例如為氮?dú)狻?所述的熱處理方法，封裝單元例如為四方扁平無(wú)引腳封裝單元。 綜上所述，本發(fā)明降低封裝翹曲度的熱處理方法是通過(guò)導(dǎo)入一加熱方 法的方式，加熱導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品至最佳化的峰值溫度(介于190 度 260度)，使導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的翹曲度降低。本發(fā)明降低封裝翹曲度的熱處理方法，以加熱方法取代后段烘烤固化 方法可簡(jiǎn)化方法時(shí)間并且可避免導(dǎo)線架與封膠體間因后段烘烤固化方法 所產(chǎn)生的應(yīng)力。另外，快速冷卻方法可降低導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品在 降溫過(guò)程中所產(chǎn)生的形變量。


圖1是依照本發(fā)明的1實(shí)施例所繪示的熱處理流程圖；圖2A是依照本發(fā)明的I實(shí)施例所繪示的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品 的正視圖；圖2B為圖2A的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品沿著剖面線A-A的剖面圖； 圖3為導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品進(jìn)行本發(fā)明的熱處理方法的時(shí)間與 溫度的關(guān)系曲線；圖4為四個(gè)相同封膠材料的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品(以下稱的為 一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)及四號(hào)試片)經(jīng)本發(fā)明的熱處理方法的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以及 在熱處理方法完成后相對(duì)應(yīng)的試片的翹曲度。主要組件符號(hào)說(shuō)明100、 102、 104、 106、 108:步驟 200:半導(dǎo)體封裝半成品210:封膠體 220:導(dǎo)線架222:邊框 224:引腳 224a:下表面 230:封裝單元 240:芯片 250:導(dǎo)線A、 B、 C、 D:區(qū)間 Tl、 T2、 T3、 Tp:溫度具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉 較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。在本實(shí)施例中，是將本發(fā)明降低封裝翹曲度的熱處理方法應(yīng)用在四方 扁平無(wú)引腳(Quad Flat Non-lead, QFN)封裝方法中。值得注意的是， 本發(fā)明并不限定熱處理方法只能應(yīng)用在四方扁平無(wú)引腳封裝方法中。在其它實(shí)施例中，熱處理方法亦可以應(yīng)用在其它需要降低形變量或釋放應(yīng)力以 降低翹曲度的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的封裝方法中。圖1是依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的熱處理流程圖。圖2A是依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品 的正視圖，而圖2B為圖2A的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品沿著剖面線A-A 的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1的步驟100、圖2A與圖2B，首先，提供一導(dǎo)線架型半導(dǎo) 體封裝半成品200。在本實(shí)施例中，導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200可為 一四方扁平無(wú)引腳封裝半成品，其由一封膠體210包覆于導(dǎo)線架220的每 一封裝單元230而形成。封膠體210的制作例如先以壓模模具覆蓋在導(dǎo)線 架220的邊框222上，再填入液態(tài)狀的封膠材料于壓模模具(未繪示)中， 待導(dǎo)線架220的每一封裝單元230被封膠體210包覆之后，再移除壓模模 具即可。由于封膠體210是熱固性塑料材料(thermosetting plastic material)，此種材料在液態(tài)狀態(tài)的時(shí)候，分子是呈長(zhǎng)鏈狀排列的，而長(zhǎng) 鏈間彼此又存在著碳原子及氮、氧、硫或其它原子的共價(jià)鍵，交織而形成 類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。若加溫加壓使其固化(Curing)之后，分子之間會(huì)產(chǎn)生交錯(cuò) 連結(jié)的現(xiàn)象，如此將使得塑料分子緊密結(jié)合且顯得堅(jiān)硬，即使加溫也無(wú)法 熔融或是回復(fù)到原來(lái)的樣子，例如是環(huán)氧樹脂，其具有耐高溫，強(qiáng)度高、 水氣不易滲透等優(yōu)點(diǎn)。因此，在圖2B中，配置在每一封裝單元230中的 芯片240、導(dǎo)線250以及引腳224，可通過(guò)包覆于封膠體210內(nèi)加以保護(hù)， 僅有引腳224的下表面224a暴露于封膠體210之外，以利芯片240通過(guò) 這些導(dǎo)線250以及電性連接導(dǎo)線250的各個(gè)引腳224與外部電子裝置電性 連接。本發(fā)明并不限定導(dǎo)線架220為四方扁平無(wú)引腳封裝型態(tài)的導(dǎo)線架。 在其它實(shí)施例中，導(dǎo)線架亦可以是其它需要降低形變量或釋放應(yīng)力以降低 翹曲度的引腳式封裝型態(tài)的導(dǎo)線架。值得注意的是，當(dāng)圖2A中的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200進(jìn)行圖1 的步驟102的后段烘烤固化方法以固化封膠體210時(shí)，例如是將導(dǎo)線架型 半導(dǎo)體封裝半成品200加熱至14(TC 175'C約4小時(shí)，以使封膠體210 內(nèi)部的分子交錯(cuò)連結(jié)而永久變形。但公知后段烘烤固化方法并未考慮到封 膠體的形變量過(guò)高的問題，加上不了解封膠材料的應(yīng)力與固化溫度的特性關(guān)系，導(dǎo)致固化后的封膠體的形變量往往高于標(biāo)準(zhǔn)值，因此本發(fā)明在公知 熱處理方法中導(dǎo)入一加熱方法106，并研擬出最佳化的熱反應(yīng)時(shí)間及最佳化的峰值溫度，以使導(dǎo)線架220與封膠體210間的應(yīng)力得以釋放以降低翹曲， ,又°在本實(shí)施例中，本發(fā)明的加熱方法106可于后段烘烤固化方法102并 于一段自然冷卻的步驟104之后導(dǎo)入。然而，有鑒于后段烘烤固化方法會(huì) 使導(dǎo)線架與封膠體間的應(yīng)力無(wú)法釋放而易導(dǎo)致導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成 品的翹曲度增加，因此在其它實(shí)施例中，可以加熱方法取代后段烘烤固化 方法。如此一來(lái)，不需要長(zhǎng)時(shí)間靜置等待烘烤完成，可有效簡(jiǎn)化方法時(shí)間 并且減低導(dǎo)線架與封膠體間的應(yīng)力。在圖1中，加熱方法106設(shè)有一置入溫度以及一峰值溫度。在一具體 例中，置入溫度約為110度，而峰值溫度設(shè)定在190度 260度之間。在 較佳情況下，峰值溫度可進(jìn)一步設(shè)定在220度 240度之間。加熱方法106 的峰值溫度是根據(jù)不同的封膠材料的熱膨脹系數(shù)、固化溫度以及應(yīng)力-固 化溫度的關(guān)系，經(jīng)過(guò)交叉實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證之后所得到的最佳化溫度。通常封膠 體的硬度以及彈性模數(shù)會(huì)隨著固化溫度增加而增加，且封膠體內(nèi)部殘留的 應(yīng)力也跟固化溫度、升溫速度有關(guān)。本發(fā)明經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，將熱處理方法 的峰值溫度由140 175度改變至190 260度，確實(shí)能將固化時(shí)的封膠體 210與導(dǎo)線架220之間的應(yīng)力由張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，進(jìn)而使部分應(yīng)力得以 釋放，以降低翹曲度。在加熱方法106中，導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200的溫度由置入溫 度經(jīng)一段熱反應(yīng)時(shí)間而到達(dá)峰值溫度。熱反應(yīng)時(shí)間例如設(shè)定在200秒 300 秒之間，遠(yuǎn)少于后段烘烤固化的熱反應(yīng)時(shí)間，因此可提高方法效率。同時(shí)， 可使得導(dǎo)線架220與封膠體210間的部分應(yīng)力得以釋放以降低其翹曲度， 亦可使其形變量降低。在本實(shí)施例中，加熱方法106例如在動(dòng)態(tài)輸送的反 應(yīng)爐中進(jìn)行，并通過(guò)精確控制升溫的速度以及熱反應(yīng)時(shí)間，讓導(dǎo)線架型半 導(dǎo)體封裝半成品200輸送到反應(yīng)爐的各個(gè)加熱區(qū)間中。反應(yīng)爐例如是遠(yuǎn)紅 外線熱風(fēng)反應(yīng)爐，其內(nèi)部更可注入一化學(xué)性質(zhì)安定的氣體，例如為氮?dú)?。在本?shí)施例中，圖1的加熱方法106之后可包括導(dǎo)入一快速冷卻方法 108，其設(shè)有一冷卻最終溫度以及一冷卻斜率。快速冷卻方法108例如以風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流強(qiáng)制冷卻，以快速降低封裝半成品的溫度。冷卻斜率可設(shè)為每秒下降0. 8度 1. 6度之間，以使導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200的溫度可由峰值溫度經(jīng)最佳化的冷卻斜率到達(dá)冷卻最終溫度。由于導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200易于在從高溫降至低溫的降溫過(guò)程中，因應(yīng)力而產(chǎn) 生形變，而快速冷卻方法可使其的降溫時(shí)間縮短，進(jìn)而使其形變量降低。 圖3為導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品進(jìn)行本發(fā)明的熱處理方法的時(shí)間與 溫度的關(guān)系曲線。熱處理方法依溫度變化可將熱處理方法的時(shí)間分為四個(gè)區(qū)間，包括第 一區(qū)間A、第二區(qū)間B、第三區(qū)間C以及第四區(qū)間D。首先，將已經(jīng)過(guò)后段烘烤固化及自然冷卻的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成 品200 (參考圖2)從置入溫度T1加熱一段時(shí)間(第一區(qū)間A)至預(yù)熱溫度T2。 接著，由預(yù)熱溫度T2加熱一段時(shí)間(第二區(qū)間B)至溫度T3。溫度T3例如 為183'C至22(TC。于第二區(qū)間B中，可對(duì)導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200 預(yù)熱，使其整體溫度均勻，并且可將吸附其上的揮發(fā)性物質(zhì)蒸發(fā)。再來(lái)，在第三區(qū)間C中，將導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200加熱一段 時(shí)間至峰值溫度Tp。于第三區(qū)間C中，峰值溫度Tp可設(shè)定在220度 240 度之間，甚至可設(shè)在260度，以使導(dǎo)線架與封膠體之間的部分應(yīng)力得以釋 放，進(jìn)而使其翹曲度降低，亦可使其形變量降低。之后，將導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200冷卻一段時(shí)間(第四區(qū)間D)。 在第四區(qū)間D中，導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200快速降溫，降溫時(shí)間短。 如此一來(lái)，可減少導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品200因降溫所產(chǎn)生的收縮量， 進(jìn)而降低其因降溫所產(chǎn)生的形變量。圖4為四個(gè)相同封膠材料的導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品(以下稱的為 一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)及四號(hào)試片)經(jīng)本發(fā)明的熱處理方法的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以及 在熱處理方法完成后相對(duì)應(yīng)的試片的翹曲度。一號(hào)試片是從置入溫度升溫287秒后達(dá)到峰值溫度246. 5°C ，再進(jìn)行 等速降溫113秒后達(dá)到冷卻最終溫度70. 3°C，冷卻斜率為1.56。C/秒。經(jīng) 熱處理方法后， 一號(hào)試片的翹曲度為13 15毫英吋，低于標(biāo)準(zhǔn)值15毫英 吋。二號(hào)試片是從置入溫度升溫259秒后達(dá)到峰值溫度215. (TC，再進(jìn)行等速降溫94秒后達(dá)到冷卻最終溫度125. 3°C，冷卻斜率為0. 95'C/秒。經(jīng) 熱處理方法后，二號(hào)試片的翹曲度為13~15毫英吋，低于標(biāo)準(zhǔn)值15毫英 吋。三號(hào)試片是從置入溫度升溫203秒后達(dá)到峰值溫度191. 8°C，再進(jìn)行 等速降溫126秒后達(dá)到冷卻最終溫度85. 7°C，冷卻斜率為0. 84"/秒。經(jīng) 熱處理方法后，三號(hào)試片的翹曲度為10 12毫英吋，低于標(biāo)準(zhǔn)值15毫英 吋。四號(hào)試片是從置入溫度升溫208秒后達(dá)到峰值溫度180. rc，再進(jìn)行等速降溫113秒后達(dá)到冷卻最終溫度91.2。C，冷卻斜率為0.78TV秒。經(jīng) 熱處理方法后，四號(hào)試片的翹曲度為17 18毫英吋，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值15毫英 吋。在本實(shí)施例中，切單機(jī)臺(tái)對(duì)導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的翹曲度的容 忍值最高為15毫英吋，因此由圖四可知峰值溫度約可介于190°C 260°C 之間。綜上所述，本發(fā)明的熱處理方法是通過(guò)導(dǎo)入一加熱方法的方式，加熱 導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品，使其形變量降低或使其導(dǎo)線架與其封膠體間 的應(yīng)力得以釋放，進(jìn)而促使導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的翹曲度降低。再 者，以加熱方法取代后段烘烤固化方法可簡(jiǎn)化方法時(shí)間并且可避免導(dǎo)線架 與封膠體間因后段烘烤固化方法所產(chǎn)生的應(yīng)力。另外，快速冷卻方法可降 低導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品在降溫過(guò)程中所產(chǎn)生的形變量。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任 何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種用以降低封裝翹曲度的熱處理方法，其特征在于，該熱處理方法包括提供一導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品，該導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品包括一導(dǎo)線架，該導(dǎo)線架包含多個(gè)封裝單元；以及一封膠體，該封膠體包覆該些個(gè)封裝單元；導(dǎo)入一加熱方法，該加熱方法設(shè)有一置入溫度以及一峰值溫度，其中該導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的溫度由該置入溫度經(jīng)一熱反應(yīng)時(shí)間而到達(dá)該峰值溫度，并使該導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的形變量降低或使該導(dǎo)線架與該封膠體間的應(yīng)力得以釋放以降低翹曲度，該峰值溫度設(shè)定在190度～260度之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述峰值溫度更進(jìn) 一步設(shè)定在220度 240度之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述置入溫度約為 110度。
4. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述熱反應(yīng)時(shí)間設(shè) 定在200秒 300秒之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述加熱方法用以 取代后段烘烤固化方法。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述加熱方法于后 段烘烤固化方法之后導(dǎo)入。
7. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，還包括導(dǎo)入一快速 冷卻方法，該快速冷卻方法設(shè)有一冷卻最終溫度以及一冷卻斜率，其中該 導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的溫度由該峰值溫度經(jīng)該冷卻斜率而到達(dá)該 冷卻最終溫度。
8. 如權(quán)利要求7所述的熱處理方法，其特征在于，所述冷卻斜率設(shè)為 每秒下降0.8度 1.6度之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述導(dǎo)入該加熱方法時(shí)，還包括注入一化學(xué)性質(zhì)安定的氣體于加熱該導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半 成品的一反應(yīng)爐中，所述化學(xué)性質(zhì)安定的氣體包括氮?dú)狻?br> 10.如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述該些封裝單 元為四方扁平無(wú)引腳封裝單元。
全文摘要
本發(fā)明一種熱處理方法，其包括提供一導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品并導(dǎo)入一加熱方法。導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品包括一導(dǎo)線架以及一封膠體。導(dǎo)線架包含多個(gè)封裝單元，而且封膠體包覆這些封裝單元。加熱方法設(shè)有一置入溫度以及一峰值溫度。導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的溫度由置入溫度經(jīng)一熱反應(yīng)時(shí)間而到達(dá)峰值溫度，并使導(dǎo)線架型半導(dǎo)體封裝半成品的形變量降低或使導(dǎo)線架與封膠體間的應(yīng)力得以釋放以降低翹曲度，其中峰值溫度設(shè)定在190度～260度之間。
文檔編號(hào)H01L21/56GK101271851SQ20081009629
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者張?jiān)讫? 陳星豪, 黃奕銘 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司