淺析De-f l ash 溶液pH值變化對(duì)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(shù)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(huì)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(huì)影響到后續(xù)的電鍍制程而使導(dǎo)芯片引腳無(wú)法吃錫進(jìn)而導(dǎo)致最終芯片在上PCB板時(shí)吃錫不良。所以在封膠制程完成后，電鍍制程之前，需要對(duì)芯片膠體周?chē)膶?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(huì)導(dǎo)致芯片引腳損傷且會(huì)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(duì)其接上電源的負(fù)極。同時(shí)，負(fù)極電流會(huì)透過(guò)導(dǎo)線架在溶液中產(chǎn)生氫離子，這些氫離子會(huì)形成氣泡并初步松動(dòng)殘膠，經(jīng)過(guò)電化學(xué)溶液處理后的芯片導(dǎo)線架會(huì)由高壓水來(lái)清洗并沖去殘膠。在運(yùn)用電化學(xué)法去除殘膠的過(guò)程中可能會(huì)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(guò)程中的一個(gè)主要關(guān)心的問(wèn)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(huì)在彎腳成形對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行超聲波掃描（SAM）抽測(cè)。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(guò)到返回聲波的量測(cè)來(lái)觀測(cè)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種無(wú)損檢測(cè)方法[1]，如下圖1所示。

圖1 超聲波掃描檢測(cè)芯片內(nèi)部示意圖

通過(guò)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(kāi)裂等不良。通過(guò)分析S半導(dǎo)體公司過(guò)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(lái)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(lèi)分布圖

2 針對(duì)N型EMC在去殘膠制程中導(dǎo)致芯片分層的實(shí)驗(yàn)及討論

由于芯片內(nèi)部分層不良絕大部分均來(lái)自于N型EMC，故對(duì)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(gè)步驟均對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行超聲波探測(cè)（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(huì)導(dǎo)致分層，如表1所示。

表1 按制程超聲波掃描檢測(cè)芯片內(nèi)部分層結(jié)果

經(jīng)過(guò)與相關(guān)工程人員的分析，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷去殘膠制程中哪一個(gè)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(guò)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(guò)去殘膠制程；

（3）對(duì)每組導(dǎo)線架進(jìn)行超聲波掃描并記錄其分層狀況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，無(wú)論采用何種參數(shù)，只要經(jīng)過(guò)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(guò)高壓水沖洗沒(méi)有關(guān)系。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)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(shí)措施，為避免產(chǎn)線產(chǎn)能的損失及潛在的品質(zhì)異常報(bào)廢損失，對(duì)采用N型EMC封膠的芯片作出跳過(guò)電化學(xué)槽制程的處理?，F(xiàn)有的相關(guān)理論表明，當(dāng)對(duì)pH敏感的高分子材料在不同的pH溶液中時(shí)，其分子鏈會(huì)吸收或釋放電子，這種功能鍵吸收及釋放電子的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致高分子材料膨脹或塌縮進(jìn)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(cè)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(shí)的變化

為驗(yàn)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(jìn)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(shí)間，用超聲波檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)浸入30min后就會(huì)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(kāi)始就沒(méi)有芯片分層現(xiàn)象。故進(jìn)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(cè)兩組浸入溶液芯片的外觀尺寸并與其對(duì)應(yīng)的參考導(dǎo)線架上芯片尺寸作對(duì)比。每組各模穴號(hào)各取兩顆芯片的外形尺寸量測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 測(cè)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(huì)有1到4 個(gè)mil的變化，而浸入pH為12的一組芯片外觀尺寸沒(méi)有變化。由此驗(yàn)證了較高pH值的去殘膠溶液會(huì)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(huì)影響到芯片外形尺寸。但是經(jīng)過(guò)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(guò)低而無(wú)法達(dá)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(dá)500/L。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種溶液可以對(duì)由N型EMC封裝的芯片起到較好的去殘膠效果而不會(huì)產(chǎn)生芯片分層不良。

3 結(jié)論

本研究結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中所遇到有N型EMC封裝芯片在去殘膠后相對(duì)別的EMC型號(hào)有較多芯片環(huán)氧樹(shù)膠與導(dǎo)線架分層的問(wèn)題，采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guò)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(jìn)而引起了芯片內(nèi)部分層的現(xiàn)象，并由此改進(jìn)了針對(duì)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(shí)也對(duì)今后新產(chǎn)品的制程導(dǎo)入驗(yàn)證提供了參考，建議在導(dǎo)入新的EMC型號(hào)驗(yàn)證過(guò)程中按照本研究的方法和流程來(lái)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(jì)的角度就開(kāi)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.