专利名称：降低封装翘曲度的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种封装方法，且特别是有关于一种用以降低封装翘曲度 的热处理方法。
背景技术：
传统以一导线架进行封装的半导体封装构造具有由一封胶体侧边延 伸的多个外引脚，这些外引脚可用以对外电性接合。而无外引脚式(leadless)半导体封装构造是通过导线架的多个引脚的下表面外露于封 胶体表面做为对外连接端。因此，无外引脚式半导体封装构造具有较小的 覆盖区(footprint)与尺寸以及较短的电性传递路径，故其符合高频且 小尺寸集成电路的低成本封装要求。在公知无引脚式半导体封装构造中，封胶体是以压模模具先形成在导 线架的每一封装单元及其周围的切割道上，再进行后段烘烤固化(post mold curing, PMC)步骤约4个小时，以加热封胶体至玻璃转换温度(Tg) 以上，使封胶体因热反应而固化成形。接着，再以锯切工具切割封胶体及 导线架，或以冲切工具分断导线架，以使每一封装单元各自形成分离的无 外引脚式半导体封装构造。然而，因封胶体与导线架的热膨胀系数差异很 大而造成热膨胀系数不匹配(CTE mismatch)，故经后段烘烤固化步骤后， 封胶体与导线架之间会产生热应力，使固化后的封胶体产生严重变形与翘 曲，导致方法合格率降低，也导致后续封装步骤进行困难，例如外接端电 镀步骤、电性测试步骤以及锯切封胶体的步骤等等。发明内容本发明的目的是提供一种降低封装翘曲度的热处理方法，可使导线架 型半导体封装半成品的形变量降低或使导线架与封胶体间的应力得以释 放以降低翘曲度。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种降低封装翘曲度的热处理方法，其包括提供一导线架型半导体 封装半成品并导入一加热方法。导线架型半导体封装半成品包括一导线架 以及一封胶体。导线架包含多个封装单元，而且封胶体包覆这些封装单元。 加热方法设有一置入温度以及一峰值温度。导线架型半导体封装半成品的 温度由置入温度经一热反应时间而到达峰值温度，并使导线架型半导体封 装半成品的形变量降低或使导线架与封胶体间的应力得以释放以降低翘 曲度。峰值温度设定在190度 260度之间。所述的热处理方法，峰值温度可更进一步设定在220度 240度之间。 所述的热处理方法，置入温度约为110度。 所述的热处理方法，热反应时间可设定在200秒 300秒之间。 所述的热处理方法，加热方法可用以取代后段烘烤固化方法。 所述的热处理方法，加热方法可于后段烘烤固化方法之后导入。 所述的热处理方法，热处理方法可包括导入一快速冷却方法，快速冷 却方法设有一冷却最终温度以及一冷却斜率，其中导线架型半导体封装半 成品的温度由峰值温度经冷却斜率而到达冷却最终温度。所述的热处理方法，冷却斜率可设为每秒下降0. 8度 1. 6度之间。 所述的热处理方法，于热处理方法中导入加热方法时，更可包括注入 一化学性质安定的气体于加热导线架型半导体封装半成品的一反应炉中。 所述的热处理方法，化学性质安定的气体例如为氮气。 所述的热处理方法，封装单元例如为四方扁平无引脚封装单元。 综上所述，本发明降低封装翘曲度的热处理方法是通过导入一加热方 法的方式，加热导线架型半导体封装半成品至最佳化的峰值温度(介于190 度 260度)，使导线架型半导体封装半成品的翘曲度降低。本发明降低封装翘曲度的热处理方法，以加热方法取代后段烘烤固化 方法可简化方法时间并且可避免导线架与封胶体间因后段烘烤固化方法 所产生的应力。另外，快速冷却方法可降低导线架型半导体封装半成品在 降温过程中所产生的形变量。
图1是依照本发明的1实施例所绘示的热处理流程图；图2A是依照本发明的I实施例所绘示的导线架型半导体封装半成品 的正视图；图2B为图2A的导线架型半导体封装半成品沿着剖面线A-A的剖面图； 图3为导线架型半导体封装半成品进行本发明的热处理方法的时间与 温度的关系曲线；图4为四个相同封胶材料的导线架型半导体封装半成品(以下称的为 一号、二号、三号及四号试片)经本发明的热处理方法的实验参数，以及 在热处理方法完成后相对应的试片的翘曲度。主要组件符号说明100、 102、 104、 106、 108:步骤 200:半导体封装半成品210:封胶体 220:导线架222:边框 224:引脚 224a:下表面 230:封装单元 240:芯片 250:导线A、 B、 C、 D:区间 Tl、 T2、 T3、 Tp:温度具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。在本实施例中，是将本发明降低封装翘曲度的热处理方法应用在四方 扁平无引脚(Quad Flat Non-lead, QFN)封装方法中。值得注意的是， 本发明并不限定热处理方法只能应用在四方扁平无引脚封装方法中。在其它实施例中，热处理方法亦可以应用在其它需要降低形变量或释放应力以 降低翘曲度的导线架型半导体封装半成品的封装方法中。图1是依照本发明的一实施例所绘示的热处理流程图。图2A是依照本发明的一实施例所绘示的导线架型半导体封装半成品 的正视图，而图2B为图2A的导线架型半导体封装半成品沿着剖面线A-A 的剖面图。请参照图1的步骤100、图2A与图2B，首先，提供一导线架型半导 体封装半成品200。在本实施例中，导线架型半导体封装半成品200可为 一四方扁平无引脚封装半成品，其由一封胶体210包覆于导线架220的每 一封装单元230而形成。封胶体210的制作例如先以压模模具覆盖在导线 架220的边框222上，再填入液态状的封胶材料于压模模具(未绘示)中， 待导线架220的每一封装单元230被封胶体210包覆之后，再移除压模模 具即可。由于封胶体210是热固性塑料材料(thermosetting plastic material)，此种材料在液态状态的时候，分子是呈长链状排列的，而长 链间彼此又存在着碳原子及氮、氧、硫或其它原子的共价键，交织而形成 类似网状结构。若加温加压使其固化(Curing)之后，分子之间会产生交错 连结的现象，如此将使得塑料分子紧密结合且显得坚硬，即使加温也无法 熔融或是回复到原来的样子，例如是环氧树脂，其具有耐高温，强度高、 水气不易渗透等优点。因此，在图2B中，配置在每一封装单元230中的 芯片240、导线250以及引脚224，可通过包覆于封胶体210内加以保护， 仅有引脚224的下表面224a暴露于封胶体210之外，以利芯片240通过 这些导线250以及电性连接导线250的各个引脚224与外部电子装置电性 连接。本发明并不限定导线架220为四方扁平无引脚封装型态的导线架。 在其它实施例中，导线架亦可以是其它需要降低形变量或释放应力以降低 翘曲度的引脚式封装型态的导线架。值得注意的是，当图2A中的导线架型半导体封装半成品200进行图1 的步骤102的后段烘烤固化方法以固化封胶体210时，例如是将导线架型 半导体封装半成品200加热至14(TC 175'C约4小时，以使封胶体210 内部的分子交错连结而永久变形。但公知后段烘烤固化方法并未考虑到封 胶体的形变量过高的问题，加上不了解封胶材料的应力与固化温度的特性关系，导致固化后的封胶体的形变量往往高于标准值，因此本发明在公知 热处理方法中导入一加热方法106，并研拟出最佳化的热反应时间及最佳化的峰值温度，以使导线架220与封胶体210间的应力得以释放以降低翘曲， ,又°在本实施例中，本发明的加热方法106可于后段烘烤固化方法102并 于一段自然冷却的步骤104之后导入。然而，有鉴于后段烘烤固化方法会 使导线架与封胶体间的应力无法释放而易导致导线架型半导体封装半成 品的翘曲度增加，因此在其它实施例中，可以加热方法取代后段烘烤固化 方法。如此一来，不需要长时间静置等待烘烤完成，可有效简化方法时间 并且减低导线架与封胶体间的应力。在图1中，加热方法106设有一置入温度以及一峰值温度。在一具体 例中，置入温度约为110度，而峰值温度设定在190度 260度之间。在 较佳情况下，峰值温度可进一步设定在220度 240度之间。加热方法106 的峰值温度是根据不同的封胶材料的热膨胀系数、固化温度以及应力-固 化温度的关系，经过交叉实验、验证之后所得到的最佳化温度。通常封胶 体的硬度以及弹性模数会随着固化温度增加而增加，且封胶体内部残留的 应力也跟固化温度、升温速度有关。本发明经由实验证明，将热处理方法 的峰值温度由140 175度改变至190 260度，确实能将固化时的封胶体 210与导线架220之间的应力由张应力变为压应力，进而使部分应力得以 释放，以降低翘曲度。在加热方法106中，导线架型半导体封装半成品200的温度由置入温 度经一段热反应时间而到达峰值温度。热反应时间例如设定在200秒 300 秒之间，远少于后段烘烤固化的热反应时间，因此可提高方法效率。同时， 可使得导线架220与封胶体210间的部分应力得以释放以降低其翘曲度， 亦可使其形变量降低。在本实施例中，加热方法106例如在动态输送的反 应炉中进行，并通过精确控制升温的速度以及热反应时间，让导线架型半 导体封装半成品200输送到反应炉的各个加热区间中。反应炉例如是远红 外线热风反应炉，其内部更可注入一化学性质安定的气体，例如为氮气。在本实施例中，图1的加热方法106之后可包括导入一快速冷却方法 108，其设有一冷却最终温度以及一冷却斜率。快速冷却方法108例如以风扇产生的气流强制冷却，以快速降低封装半成品的温度。冷却斜率可设为每秒下降0. 8度 1. 6度之间，以使导线架型半导体封装半成品200的温度可由峰值温度经最佳化的冷却斜率到达冷却最终温度。由于导线架型半导体封装半成品200易于在从高温降至低温的降温过程中，因应力而产 生形变，而快速冷却方法可使其的降温时间縮短，进而使其形变量降低。 图3为导线架型半导体封装半成品进行本发明的热处理方法的时间与 温度的关系曲线。热处理方法依温度变化可将热处理方法的时间分为四个区间，包括第 一区间A、第二区间B、第三区间C以及第四区间D。首先，将已经过后段烘烤固化及自然冷却的导线架型半导体封装半成 品200 (参考图2)从置入温度T1加热一段时间(第一区间A)至预热温度T2。 接着，由预热温度T2加热一段时间(第二区间B)至温度T3。温度T3例如 为183'C至22(TC。于第二区间B中，可对导线架型半导体封装半成品200 预热，使其整体温度均匀，并且可将吸附其上的挥发性物质蒸发。再来，在第三区间C中，将导线架型半导体封装半成品200加热一段 时间至峰值温度Tp。于第三区间C中，峰值温度Tp可设定在220度 240 度之间，甚至可设在260度，以使导线架与封胶体之间的部分应力得以释 放，进而使其翘曲度降低，亦可使其形变量降低。之后，将导线架型半导体封装半成品200冷却一段时间(第四区间D)。 在第四区间D中，导线架型半导体封装半成品200快速降温，降温时间短。 如此一来，可减少导线架型半导体封装半成品200因降温所产生的收缩量， 进而降低其因降温所产生的形变量。图4为四个相同封胶材料的导线架型半导体封装半成品(以下称的为 一号、二号、三号及四号试片)经本发明的热处理方法的实验参数，以及 在热处理方法完成后相对应的试片的翘曲度。一号试片是从置入温度升温287秒后达到峰值温度246. 5°C ，再进行 等速降温113秒后达到冷却最终温度70. 3°C，冷却斜率为1.56。C/秒。经 热处理方法后， 一号试片的翘曲度为13 15毫英吋，低于标准值15毫英 吋。二号试片是从置入温度升温259秒后达到峰值温度215. (TC，再进行等速降温94秒后达到冷却最终温度125. 3°C，冷却斜率为0. 95'C/秒。经 热处理方法后，二号试片的翘曲度为13~15毫英吋，低于标准值15毫英 吋。三号试片是从置入温度升温203秒后达到峰值温度191. 8°C，再进行 等速降温126秒后达到冷却最终温度85. 7°C，冷却斜率为0. 84"/秒。经 热处理方法后，三号试片的翘曲度为10 12毫英吋，低于标准值15毫英 吋。四号试片是从置入温度升温208秒后达到峰值温度180. rc，再进行等速降温113秒后达到冷却最终温度91.2。C，冷却斜率为0.78TV秒。经 热处理方法后，四号试片的翘曲度为17 18毫英吋，超过标准值15毫英 吋。在本实施例中，切单机台对导线架型半导体封装半成品的翘曲度的容 忍值最高为15毫英吋，因此由图四可知峰值温度约可介于190°C 260°C 之间。综上所述，本发明的热处理方法是通过导入一加热方法的方式，加热 导线架型半导体封装半成品，使其形变量降低或使其导线架与其封胶体间 的应力得以释放，进而促使导线架型半导体封装半成品的翘曲度降低。再 者，以加热方法取代后段烘烤固化方法可简化方法时间并且可避免导线架 与封胶体间因后段烘烤固化方法所产生的应力。另外，快速冷却方法可降 低导线架型半导体封装半成品在降温过程中所产生的形变量。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任 何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与 润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求的保护范围所界定者为准。
权利要求
1. 一种用以降低封装翘曲度的热处理方法，其特征在于，该热处理方法包括提供一导线架型半导体封装半成品，该导线架型半导体封装半成品包括一导线架，该导线架包含多个封装单元；以及一封胶体，该封胶体包覆该些个封装单元；导入一加热方法，该加热方法设有一置入温度以及一峰值温度，其中该导线架型半导体封装半成品的温度由该置入温度经一热反应时间而到达该峰值温度，并使该导线架型半导体封装半成品的形变量降低或使该导线架与该封胶体间的应力得以释放以降低翘曲度，该峰值温度设定在190度～260度之间。
2. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述峰值温度更进 一步设定在220度 240度之间。
3. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述置入温度约为 110度。
4. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热反应时间设 定在200秒 300秒之间。
5. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述加热方法用以 取代后段烘烤固化方法。
6. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述加热方法于后 段烘烤固化方法之后导入。
7. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，还包括导入一快速 冷却方法，该快速冷却方法设有一冷却最终温度以及一冷却斜率，其中该 导线架型半导体封装半成品的温度由该峰值温度经该冷却斜率而到达该 冷却最终温度。
8. 如权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，所述冷却斜率设为 每秒下降0.8度 1.6度之间。
9. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述导入该加热方法时，还包括注入一化学性质安定的气体于加热该导线架型半导体封装半 成品的一反应炉中，所述化学性质安定的气体包括氮气。
10.如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述该些封装单 元为四方扁平无引脚封装单元。
全文摘要
本发明一种热处理方法，其包括提供一导线架型半导体封装半成品并导入一加热方法。导线架型半导体封装半成品包括一导线架以及一封胶体。导线架包含多个封装单元，而且封胶体包覆这些封装单元。加热方法设有一置入温度以及一峰值温度。导线架型半导体封装半成品的温度由置入温度经一热反应时间而到达峰值温度，并使导线架型半导体封装半成品的形变量降低或使导线架与封胶体间的应力得以释放以降低翘曲度，其中峰值温度设定在190度～260度之间。
文档编号H01L21/56GK101271851SQ20081009629
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者张云龙, 陈星豪, 黄奕铭 申请人:日月光半导体制造股份有限公司