专利名称：模塑溢料去除方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置的封装，特别涉及使用激光技术去除形成在集成电路(IC)装置封壳上的模塑溢料的方法和设备。
在封装过程中，把该IC装置与散热器和引线一起放入一模具中后注入熔融塑料。熔融塑料固化后，该IC装置即被封装在该塑料封壳中。金属散热器的理想情况是其上没有称为模塑溢料的多余模塑材料。但是，由于模具内表面的不平整，模塑溢料不可避免渗出到散热器边缘上。
喷砂、喷水和化学蚀刻之类去除IC封壳上的模塑溢料的现有方法很容易损坏该封壳或影响封壳的可靠性。新近有人提出用激光去除模塑溢料。
新加坡专利49545公开了使用短波长脉冲激光去除模塑溢料。在该专利中，把一短波长激光用作去除模塑溢料的一热源和动量源。使用这一方法，对引线与引线架交界面之类生成模塑溢料的区域加热。引线架发生热膨胀，由于引线架金属和模塑溢料的热膨胀系数不同，因此引线架金属比模塑溢料膨胀更甚。此外，用作动量源的激光光束进一步破坏金属引线表面与模塑溢料之间的接合。但是，这一方法无法直接用来去除IC装置的散热器上的溢料，因为散热器在该热膨胀过程中去除溢料的效果不佳。
在其他情况下，在一热熔融过程中使用激光熔融、气化溢料。尽管这样可除去模塑溢料，但该方法所生成的高热量密度在散热器金属表面上造成熔融痕迹，从而生成微裂缝或其他损伤。因此，需要寻找其他有效去除模塑溢料，但又不伤及IC装置的方法。本发明目的因此本发明的一个目的是提供一种能克服上述缺点的激光去除模塑溢料方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种高效、但尽可能减小对封壳本身的损伤的激光设备的一实施例。
本领域普通技术人员可从对附图例示的优选实施例的下述详细说明中清楚看出本发明的其他目的和特征。
在该优选实施例中，激光光束的能量密度保持低于1J/cm2，所使用激光的波长低于550nm，而光束的脉冲宽度保持在8-10ns。使用直径为12-15mm的聚束光可有效地通过光分解去除模塑溢料。去除模塑溢料时，可与掩模一起，用激光光束扫描整个IC装置条。
图2为本发明另一激光溢料去除设备的示意图。
图3示意图示出本发明一激光溢料去除设备中的激光光束的路径。
图4示意图示出一可用于装载卸载工段的激光溢料去除系统。
本发明详细描述本发明设备和方法可有效除去模塑溢料，同时减少对IC装置的金属或模塑部分的热、化学或机械损伤。本发明使用激光能利用模塑溢料(一般为环氧树脂之类黑色塑料)与散热器(一般为光亮金属表面)的吸光特性的不同把模塑溢料转变成等离子体。激光烧蚀在本发明中定义为模塑溢料由于激光光束的光分解作用被转变成等离子体或其他挥发性物质。
表1例示出按照本发明造成模塑溢料烧蚀的一短波长NdYAG激光光束的特性与现有过程的比较。这些条件在溢料去除过程中使得散热器的金属表面在该热有效深度下保持在300℃以下，从而较之造成散热器被加热到1000℃以上的现有激光过程有巨大改进。一表面的热有效深度(μ)和温升(ΔT)决定于该表面的材料和输入能量的数量，可由下式计算μ＝(4Dτ)1/2＝(4kτ/ρc)1/2，以及ΔT＝(1-R)l/ρcμ其中，ρ(g/cm3)为密度；c(J/kg-K)为比热；k(cal/cm-K)为热导率；R为反射率；τ(ns)为激光的脉冲宽度；l(mJ/cm2)为能量密度。
对于铜，ρ＝8.96；c＝380；k＝0.941以及R＝0.25；如l＝250mJ/cm2，τ＝8ns，则μ＝1.92μm，ΔT＝287℃。
由于铜的熔融温度为1083℃，而镍的熔融温度为1453℃，因此现有热蒸发过程对散热器、甚至封壳内模具造成损伤。另一方面，激光的低温烧蚀过程可用于已进行表面喷镀的散热器而即使对该更精密的表面也不造成热损伤。表1
表1所述本发明特性只是例示性的，只要能用激光去除模塑溢料，这些参数显然可改动。最重要的参数为上面μ和ΔT的算式所示能量密度，它必须保持在比方说0.2-0.7J/cm2以下，以防止过多能量转变成热量。脉冲宽度必须保持低值，使得热量来不及从溢料传到底下的散热器。聚束光可视应用场合而定。对于散热器较大的IC装置或为了烧蚀各引线之间或引线架中的溢料，使用比方说8-10mm直径的大聚束光更为有效。这特别适用于能量产生得更多的NdYAG激光。但是，也可通过提高重复率、减小聚束光保持效率不变。可调节激光光束的扫描速度实现有效烧蚀。波长最好为532nm，因为该波长为可见光范围内的绿色激光，在分解过程中有良好的选择性。此外，绿色激光所需光学装置的成本较低。但是，本发明激光烧蚀过程也可使用其他波长，例如248nm和351nm的激元激光。
除了除去模塑溢料，本发明激光烧蚀过程还具有除去散热器表面上氧化物的优点。金属氧化物可被同一选择性烧蚀过程转变成等离子体。本发明一优选实施例的聚束光更宽、例如为10-15mm，使得激光光束有效地照射散热器。该实施例使用一掩模保护模塑封壳本身。该掩模可为其上有一个或多个与一个或多个IC装置的散热器对应的孔的金属模板。该模板的金属框保护IC封壳不受激光光束的照射。使用这一大直径聚束光，就可在短时内处理散热器的整个表面，因为光束可在许多IC装置上扫描，例如扫过一条上的一排IC装置。因此另一个优点是，还可烧蚀金属散热器的氧化层，即把该氧化层分解成等离子体或其他分解物质。因此，还可除去该氧化层。如可紧接去除溢料进行表面喷镀，该激光烧蚀过程还可省略化学氧化物去除步骤。如沿IC装置的边缘、例如在各引线与引线架的交界面去除溢料，该掩模还可用来保护模塑封壳本身。
图1示出一激光去除溢料系统的一例，其中，一NdYAG激光20的光束使用一扫描器26和一合适光学透镜28照射到一载物台24上一IC装置22的散热器上。一计算机控制系统30控制一控制器32，该控制器转而控制该载物台24和经一触发器34控制激光的触发。
图2详细示出IC装置的一去除溢料设备的一具体例。在该设备中，一连串IC装置42在一导轨40上传送到溢料去除区。一激光发生器44的激光光束射入一扫描器或电流计46后照射到合适位置。扫描器46与IC 装置42之间有一掩模48保护IC装置封壳不受激光光束的照射。扫描器可编程成使得激光光束只除去散热器周边上或散热器50整个表面上的氧化物或模塑溢料。在该实施例中，用一排气口52吸走烧蚀模塑溢料所生成的分解蒸气。也可用一鼓风机(未示出)吹走所生成的离子化蒸气，使它无法沉积到IC装置上。
图3示出本发明第三实施例，其中，激光发生器56位于一侧。在该实施例中，用一光束放大器58扩大聚束光直径后用一系列镜子60把激光光束照射到X-Y扫描器或电流计62上。该扫描器然后使激光光束照射到IC装置64上合适位置。
如图4实施例所示，该溢料去除过程也可用于普通模制过程。该溢料去除设备可位于使用标准自动储存送料装置74的标准装载工段70与卸载工段72之间。该转位叉车76从一备用位置抓取一导架78后把该导架转位预定距离到激光扫描位置。激光发生器79用来生成激光光束。开动抽吸头80抽走扫描过程中生成的蒸气、溢料和灰尘。扫描器82完成扫描后，该导架被转位或传送到一称为导架缓冲84的导架临时储存区。导架在一空导架自动储存送料装置74准备接受该经处理导架前储存在该导架临时储存区中。该过程也可稍加改动、例如使用盘或托架用于单个封壳。
尽管以上特别结合图1-4说明了本发明，但应指出，这些附图只是例示性的，不应看作对本发明有所限制。此外，本发明方法和装置显然可用于需要除去模塑材料的许多应用场合。本领域普通技术人员显然可在本发明精神和范围内作出种种改动和修正。
权利要求
1.一种除去一IC装置的模塑溢料的激光去除溢料设备，包括一生成一激光光束的激光发生器，所述激光光束的能量密度和脉冲宽度适合于激光烧蚀所述模塑溢料；一传导所述激光光束的光学系统；一把所述IC装置送入所述激光光束路径的传送系统。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括使所述激光光束照射到所述IC装置的模塑溢料上的扫描装置。
3.根据权利要求2所述的设备，所述光学系统包括一聚焦所述激光光束的聚焦透镜。
4.根据权利要求2所述的设备，所述光学系统包括改变所述激光光束的聚束光大小的套筒装置。
5.根据权利要求2所述的设备，所述光学系统进一步包括一控制所述激光光束的控制器。
6.根据权利要求2所述的设备，所述传送系统包括一支撑IC装置的载物台；把所述IC装置传送到所述载物台、在去除溢料后运走所述IC装置的转位装置。
7.根据权利要求2所述的设备，所述激光光束的波长小于550nm，能量密度小于1J/cm2。
8.根据权利要求2所述的设备，所述扫描装置包括一电流计。
9.根据权利要求2所述的设备，所述激光发生器生成波长为532nm、脉冲能量约为500mJ的NdYAG激光光束。
10.根据权利要求2所述的设备，所述激光发生器生成聚束光直径为8-10mm的激光光束。
11.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一位于所述激光发生器与所述IC装置之间、用来保护所述IC装置的模塑封壳不受所述激光光束照射的掩模。
12.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一位于所述激光发生器与所述IC装置之间、用来保护所述IC装置的模塑封壳不受所述激光光束照射的掩模，所述掩模有至少一个与所述封壳上一散热器对应、供所述激光光束穿过的孔。
13.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一目视检查系统，在激光烧蚀后用来目视检查所述IC装置。
14.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一排出烧蚀模塑溢料所生成的分解蒸气的排气系统。
15.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一排气系统和一鼓风机，所述鼓风机在激光烧蚀过程中把空气吹向所述IC装置，所述排气系统排出烧蚀模塑溢料所生成的分解蒸气。
16.一种除去一IC装置上的模塑溢料的方法，包括把一IC装置送入一激光烧蚀设备；使一激光光束照射到模塑溢料上；把所述模塑溢料烧蚀、分解成等离子体或其他物质。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在激光烧蚀步骤前用一激光阻挡掩模盖住所述IC装置的模塑封壳。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在激光烧蚀步骤前用一激光阻挡掩模盖住所述IC装置的模塑封壳，然后用所述激光光束扫描所述模塑溢料，使得所述模塑溢料分解成等离子体和其他物质。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括下列步骤在除去模塑溢料后用目视进行检查。
20.根据权利要求18所述的方法，所述IC装置在一条上，所述方法进一步包括在烧蚀所述IC装置后相对所述掩模移动所述条，以便保护所述条上的另一些IC装置，然后在所述另一些IC装置上进行激光烧蚀。
21.根据权利要求16所述的方法，立刻抽走所述等离子体和其他物质。
22.根据权利要求1所述的激光去除溢料设备，进一步包括把一条IC装置支撑、定位在所述激光光束的路径中一位置上的支撑装置；使所述激光光束照射到所述IC装置的模塑溢料上的扫描装置；一位于所述激光发生器与所述支撑装置之间、用来保护所述IC装置的模塑封壳不受所述激光光束照射的不透激光掩模；一转位系统，用来把所述IC装置传送到所述支撑装置上、移动所述条以依次去除各IC装置上的模塑溢料、在所述条上的所有IC装置的模塑溢料去除后移走所述条；一抽吸系统，该抽吸系统在所述支撑装置旁有一抽吸口，用来排走所述经烧蚀模塑溢料的蒸气。
全文摘要
一种使用非热激光烧蚀法去除IC装置上的模塑溢料的方法和设备。为进行烧蚀,用时间和热量不足以生成巨大热过程的激光短脉冲把模塑溢料转变成等离子体。因此,由于传热不足,热量无法累积在底下的散热器上,从而防止散热器受到热损伤。按照本发明一实施例,一掩模用来保护IC装置的模塑封壳不受激光光束的照射。该掩模可有至少一个与该装置的散热器对应、供激光光束穿过的孔。按照本发明另一实施例,用一大直径光束提高去除溢料过程的效率。
文档编号B23K26/16GK1335798SQ9981414
公开日2002年2月13日 申请日期1999年12月3日 优先权日1998年12月7日
发明者陆永枫, 沈益辉, 陈琼, 赖隆呈, 罗斯坦·B·欧曼 申请人:卓越自动系统有限公司, 资料储存公司