淺析De-f l ash 溶液pH值變化對EMC和導(dǎo)線架間分層的影響

蒲斌源，程秀蘭

（1.上海交通大學(xué)微電子學(xué)院，上海 200240；2.宏茂微電子上海有限公司，上海 201203）

1 引言

由于成本低廉、可靠性高，環(huán)氧樹脂封裝在電子芯片封裝的應(yīng)用中占了相當(dāng)大的比例。在封膠制程完成后，通常會有一些很薄的殘膠粘附于芯片導(dǎo)線架的邊緣或引腳上。這些殘膠會影響到后續(xù)的電鍍制程而使導(dǎo)芯片引腳無法吃錫進而導(dǎo)致最終芯片在上PCB板時吃錫不良。所以在封膠制程完成后，電鍍制程之前，需要對芯片膠體周圍的導(dǎo)線架去殘膠。通常去殘膠有電化學(xué)法去殘膠和物理介質(zhì)法去殘膠兩種，由于物理介質(zhì)去殘膠會導(dǎo)致芯片引腳損傷且會產(chǎn)生雜質(zhì)粘附于引腳，故業(yè)界普遍采用的是電化學(xué)去殘膠的方法。電化學(xué)去殘膠是將完成封膠后的導(dǎo)線架掛于傳送帶上，浸入去殘膠溶液中并對其接上電源的負極。同時，負極電流會透過導(dǎo)線架在溶液中產(chǎn)生氫離子，這些氫離子會形成氣泡并初步松動殘膠，經(jīng)過電化學(xué)溶液處理后的芯片導(dǎo)線架會由高壓水來清洗并沖去殘膠。在運用電化學(xué)法去除殘膠的過程中可能會導(dǎo)致芯片膠體與導(dǎo)線架分層，而芯片的內(nèi)部的分層一直是環(huán)氧塑脂封裝發(fā)展過程中的一個主要關(guān)心的問題。為保證芯片產(chǎn)品在封裝后擁有出色的膠體一致完整性，通常會在彎腳成形對產(chǎn)品進行超聲波掃描（SAM）抽測。超聲波掃描（SAM）是利用10MHz～100MHz聲波的傳送至芯片內(nèi)部并通過到返回聲波的量測來觀測芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種無損檢測方法[1]，如下圖1所示。

圖1 超聲波掃描檢測芯片內(nèi)部示意圖

通過超聲波掃描，可以明顯地發(fā)現(xiàn)芯片內(nèi)部的孔洞、分層、開裂等不良。通過分析S半導(dǎo)體公司過去一年的芯片內(nèi)部分層不良的分布發(fā)現(xiàn)，主要的分層不良均來自于N型EMC，如下圖2所示。

圖2 芯片引腳與EMC分層按EMC種類分布圖

2 針對N型EMC在去殘膠制程中導(dǎo)致芯片分層的實驗及討論

由于芯片內(nèi)部分層不良絕大部分均來自于N型EMC，故對使用N型EMC生產(chǎn)制程中從注膠模壓到彎腳成形后的每一個步驟均對產(chǎn)品進行超聲波探測（SAM），發(fā)現(xiàn)去殘膠制程（De-flash）最有可能導(dǎo)致了芯片內(nèi)部分層，而其他制程不會導(dǎo)致分層，如表1所示。

表1 按制程超聲波掃描檢測芯片內(nèi)部分層結(jié)果

經(jīng)過與相關(guān)工程人員的分析，設(shè)計了如下實驗來判斷去殘膠制程中哪一個參數(shù)導(dǎo)致了芯片分層：

（1）準(zhǔn)備160條導(dǎo)線架用N型EMC封膠完成后分為16組并通過超聲波掃描；

（2）將16組導(dǎo)線架按不同的制程參數(shù)組合經(jīng)過去殘膠制程；

（3）對每組導(dǎo)線架進行超聲波掃描并記錄其分層狀況。

實驗結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，無論采用何種參數(shù)，只要經(jīng)過電化學(xué)槽的導(dǎo)線架組均有芯片內(nèi)部分層現(xiàn)象。而芯片分層與是否經(jīng)過高壓水沖洗沒有關(guān)系。根據(jù)上述實驗結(jié)果，可以看出芯片的EMC與電化學(xué)溶液槽中的溶液反應(yīng)作用導(dǎo)致了芯片內(nèi)部分層。作為生產(chǎn)臨時措施，為避免產(chǎn)線產(chǎn)能的損失及潛在的品質(zhì)異常報廢損失，對采用N型EMC封膠的芯片作出跳過電化學(xué)槽制程的處理。現(xiàn)有的相關(guān)理論表明，當(dāng)對pH敏感的高分子材料在不同的pH溶液中時，其分子鏈會吸收或釋放電子，這種功能鍵吸收及釋放電子的現(xiàn)象會導(dǎo)致高分子材料膨脹或塌縮進而引起材料尺寸的變化[2]。

表2 采用不同參數(shù)去殘膠制程后超聲波掃描檢測芯片內(nèi)部分層結(jié)果

圖3 pH敏感高分子材料在不同的pH值時的變化

為驗證由于N型EMC所含高分子材料的分子鏈吸收釋放電子導(dǎo)致高分子材料膨脹或塌縮，引起材料尺寸的變化進而引起了芯片內(nèi)部分層，取20條用N型EMC封膠完的導(dǎo)線架分別浸入pH為14的去殘膠溶液中不同時間，用超聲波檢測后發(fā)現(xiàn)浸入30min后就會有芯片分層不良發(fā)生。再取10條用N型EMC封膠完的導(dǎo)線架分別浸入pH值從14遞減的去殘膠溶液中60min后作超聲波掃描，發(fā)現(xiàn)從浸入pH為12的溶液的導(dǎo)線架開始就沒有芯片分層現(xiàn)象。故進一步準(zhǔn)備兩組由N型EMC封膠完的導(dǎo)線架，每一組4條，其中兩條作參考材料，另兩條浸入去殘膠制程電化學(xué)槽中溶液中60min。一組浸入pH為14 的溶液中，另一組浸入pH為12的溶液中。然后量測兩組浸入溶液芯片的外觀尺寸并與其對應(yīng)的參考導(dǎo)線架上芯片尺寸作對比。每組各模穴號各取兩顆芯片的外形尺寸量測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 測量數(shù)據(jù)

由上述數(shù)據(jù)可以看出浸入pH為14的一組芯片外觀尺寸會有1到4 個mil的變化，而浸入pH為12的一組芯片外觀尺寸沒有變化。由此驗證了較高pH值的去殘膠溶液會影響到用N型EMC封膠的芯片在去殘膠前后的尺寸，導(dǎo)致芯片內(nèi)部分層，而pH為12的去殘膠溶液不會影響到芯片外形尺寸。但是經(jīng)過與溶液供應(yīng)商及內(nèi)部工程人員討論后認(rèn)為，如將現(xiàn)使用的pH值為12 的溶液僅含有0.56g/L的氫氧化鉀，其濃度過低而無法達到去殘膠的效果，故決定換用另一種去殘膠溶液，其pH值可控制在6到8，且氫氧化鉀濃度可達500/L。經(jīng)過實驗驗證，這種溶液可以對由N型EMC封裝的芯片起到較好的去殘膠效果而不會產(chǎn)生芯片分層不良。

3 結(jié)論

本研究結(jié)合生產(chǎn)實際中所遇到有N型EMC封裝芯片在去殘膠后相對別的EMC型號有較多芯片環(huán)氧樹膠與導(dǎo)線架分層的問題，采用實驗驗證的方法，確認(rèn)了N型EMC在浸入pH值大于14的去殘膠溶液中超過30min后，易發(fā)生EMC高分子材料分子鏈吸收釋放電子導(dǎo)致高分子材料膨脹或塌縮，引起EMC材料尺寸的變化進而引起了芯片內(nèi)部分層的現(xiàn)象，并由此改進了針對N型EMC封裝的芯片的去殘膠溶液，降低了生產(chǎn)不良率，提高產(chǎn)品品質(zhì)及可靠性，節(jié)省了產(chǎn)品不良品質(zhì)成本。同時也對今后新產(chǎn)品的制程導(dǎo)入驗證提供了參考，建議在導(dǎo)入新的EMC型號驗證過程中按照本研究的方法和流程來確認(rèn)其與去殘膠溶液的相互反應(yīng)作用，從產(chǎn)品制程設(shè)計的角度就開始避免芯片內(nèi)部分層不良的發(fā)生。

[1] S semiconductor Inc. FA lab. SAM instruction, latest reversion, 4-7.

[2] Wikipedia. pH Sensitive Polymers[EB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/PH-semsitive polymers.