本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及一种封装的方法以及采用该种方法的封装结构。
背景技术
半导体封装领域对基材与塑封料的结合可靠性的要求越来越高，为了提升基材与塑封料的结合力，现有技术中均采用湿法化学反应的方式使基材与塑封料结合，即将用溶剂稀释的附着力增强剂(adhesionpromoter)喷涂到基材表面。
但是这些湿法工艺非常复杂，通常需要对样品进行前处理，喷涂完成后还需要进行高温的烘烤固化。更重要的是这些工艺均需要大量的溶剂，而这些溶剂(ipa或酒精)在整个化学配方中的比例非常高(>90％)，因此会产生极其严重的污染，同时也非常危险，从而为湿法工艺的广泛实施造成了阻碍。
因此，半导体封装业界都在寻找更简便、快捷，并且环保、安全的方式来实现基材与塑封料之间附着力的增强。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种封装的方法，通过本发明提出的方法，能够有效提高基材与封装材料的结合力，避免基材与封装材料间分层所导致的封装失效。本发明还提供一种封装结构，在该封装结构中，基材与封装材料形成稳定、可靠的结合。
本发明包括以下技术方案。
1.一种封装的方法，其特征在于，将基材的至少一部分表面暴露于等离子体中，对所述基材的至少一部分表面进行等离子体处理，所述等离子体处理中，形成等离子体的气体至少包含由化学式(i)表示的化合物，
其中，r1和r3各自独立地选自氢、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基或c6-c10卤素取代的芳基；r2选自c1-c10亚烷基、c1-c10卤代亚烷基或c6-c10卤素取代的亚芳基；r4、r5和r6各自独立地选自氢、氯、溴、碘、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基、c6-c10卤素取代的芳基或-o(ch2)ny，其中：n为1至10的整数，y是氢或甲基；x选自氢、甲酰基、乙酰基、羧基、叔丁氧羰基、氨基、甲氨基、二甲氨基、二乙氨基、乙酰氨基、苄氧羰基氨基、硝基、甲酰氧基或乙酰氧基。
2.根据上述(1)所述的封装的方法，其特征在于，所述等离子体处理至少包括等离子体沉积，所述等离子体沉积中，形成等离子体的气体至少包含所述由化学式(i)表示的化合物。3.根据上述(1)所述的封装的方法，其特征在于，r1和r3各自独立地为氢或c1-c10烷基；r2为c1-c10亚烷基；r4、r5和r6各自独立地为氢、c1-c10烷基或-o(ch2)ny，其中：n为1至4的整数，y是氢或甲基；x为甲酰基、乙酰基、羧基或氨基。
4.根据上述(1)所述的封装的方法，其特征在于，所述化学式(i)表示的化合物选自：
5.根据上述(2)所述的封装的方法，其特征在于，所述等离子体处理还包括所述等离子体沉积之前的等离子体活化，所述等离子体活化中，形成等离子体的气体包含氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氩气或氦气中的至少一种。
6.根据上述(5)所述的封装的方法，其特征在于，所述等离子体活化中，形成等离子体的气体至少包含氧气或氩气。
7.根据上述(2)所述的封装的方法，其特征在于，所述等离子体活化和等离子体沉积的背底真空度为0.1-10000pa；所述等离子体活化中，激发等离子体的射频功率为10-10000w，脉冲电压频率为1-10000hz，占空比为1-100％；所述等离子体沉积中，激发等离子体的射频功率为1-10000w，脉冲电压频率为1-1000khz，占空比为1-100％。
8.根据上述(7)所述的封装的方法，其特征在于，所述等离子体活化和等离子体沉积的背底真空度为1-100pa；所述等离子体活化中，激发等离子体的射频功率为50-800w，脉冲电压频率为50-150hz，占空比为50-100％；所述等离子体沉积中，激发等离子体的脉冲电压占空比为5-50％。
9.根据上述(2)所述的封装的方法，其特征在于，还包括：在对所述基材的至少一部分表面依次进行等离子体活化和等离子体沉积的步骤之前或之后，对所述基材贴装半导体元件。
10.根据上述(9)所述的封装的方法，其特征在于，还包括：在对所述基材的至少一部分表面依次进行等离子体活化和等离子体沉积的步骤以及对所述基材贴装半导体元件的步骤之后，使所述基材的至少一部分表面与封装材料结合。
11.根据上述(10)所述的封装的方法，其特征在于，所述基材的至少一部分表面与所述封装材料在常温下结合。
12.根据上述(1)-(11)中任一项所述的封装的方法，其特征在于，所述基材为铜质引线框架、铝质焊盘、聚酰亚胺基板、正硅酸乙酯涂层基材、氧化硅基材和氮化硅基材中的至少一种。
13.根据上述(10)或(11)所述的封装的方法，其特征在于，所述封装材料为塑封料、环氧树脂、聚酰胺和聚酯中的至少一种。
14.一种封装结构，其特征在于，包含：载有半导体元件的基材，封装材料，所述基材的至少一部分表面与所述封装材料之间包含等离子体沉积层，所述等离子体沉积层由化学式(i)表示的化合物等离子体沉积形成，
其中，r1和r3各自独立地选自氢、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基或c6-c10卤素取代的芳基；r2选自c1-c10亚烷基、c1-c10卤代亚烷基或c6-c10卤素取代的亚芳基；r4、r5和r6各自独立地选自氢、氯、溴、碘、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基、c6-c10卤素取代的芳基或-o(ch2)ny，其中：n为1至10的整数，y是氢或甲基；x选自氢、甲酰基、乙酰基、羧基、叔丁氧羰基、氨基、甲氨基、二甲氨基、二乙氨基、乙酰氨基、苄氧羰基氨基、硝基、甲酰氧基或乙酰氧基。
15.根据上述(14)所述的封装结构，其特征在于，r1和r3各自独立地为氢或c1-c10烷基；r2为c1-c10亚烷基；r4、r5和r6各自独立地为氢、c1-c10烷基或-o(ch2)ny，其中：n为1至4的整数，y是氢或甲基；x为甲酰基、乙酰基、羧基或氨基。
16.根据上述(14)所述的的封装结构，其特征在于，所述化学式(i)表示的化合物选自：
17.根据上述(14)-(16)中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述基材为铜质引线框架、铝质焊盘、聚酰亚胺基板、正硅酸乙酯涂层基材、氧化硅基材和氮化硅基材中的至少一种。
18.根据上述(14)-(16)中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述封装材料为塑封料、环氧树脂、聚酰胺和聚酯中的至少一种。
技术效果
本发明通过等离子体活化和等离子体沉积聚合工艺，在基材表面形成等离子体沉积层，该沉积层可有效增强基材与封装材料结合力，实现封装结构的稳定。具体来说，本发明的技术效果体现在以下方面：
首先，在本发明的实施过程中，对基材的至少一部分表面进行等离子体活化，在该步骤中，以氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氩气或氦气等气体形成等离子体，通过等离子体的作用将基材表面的价键打开、形成悬空键，或者是将功能性的官能团(如-oh,-cooh)引入到基材的表面，这些悬空键或官能团为后续的等离子体沉积提供了快速生长位，利于化合物的等离子体沉积和聚合。此外，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氩气或氦气等气体所形成的等离子体也对基材表面进行了清洁，去除了基材表面的污染物，为后续化合物的等离子体沉积提供一个洁净的表面。
其次，在本发明的实施过程中，通过对等离子体工艺参数的调整，实现了式(i)化合物在基材表面的选择性生长沉积。化合物结构式中，r5端优先与基材表面发生化学键合，形成x-r2-c-si-o-m或x-r2-c-si-m化学结构(m为基材)；而化合物结构中另一端的官能团x则悬空，该x官能团在常温下即可与封装材料反应形成n-x的化学键合(n为封装材料)。正是由于化合物的上述双向反应特性，其在基材表面形成的等离子体沉积层能极大地提高基材与塑封料的结合力，避免分层导致的封装失效。
另外，上述等离子体活化和清洁、以及等离子体沉积在同一等离子体腔室内实现；且在基材表面形成的等离子体沉积层本身即为固体，无需额外固化，使得封装工艺从整体上更为方便、快捷。并且，采用本发明所提供的方法，无需使用任何化学溶剂，就完成了等离子体沉积层在基材表面的选择性沉积，进而实现对基材与封装材料结合力的提高，与现有技术相比更为环保和安全。
利用本发明的方法得到的封装结构牢固稳定，有效避免了基材与封装材料间分层所导致的封装失效。
具体实施方式
下面对本发明的一个以上的实施例的技术方案进行描述。显然，这里所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，基于本发明中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的具体实施方式包括如下步骤：
s1：将半导体基材样品送入真空室，使基材的至少一部分表面暴露，真空系统开启，将真空室抽到背压，并使背底真空度为0.1-10000pa；作为优选，背底真空度为1-100pa。本步骤可为后续的工艺提供一个洁净的工艺环境。
s2：基材表面活化和清洁：向真空腔室内通入用于等离子体活化的气体，具体来说，可以包含氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氩气或氦气，且优选为包含氧气或氩气。同时开启射频电源，射频功率为10-10000w，脉冲电压频率为1-10000hz，占空比为1-100％；作为优选，射频功率为50-800w，脉冲电压频率为50-150hz，占空比为50-100％，从而产生等离子体。本步骤通过等离子体的作用将基材表面的价键打开形成悬空键或者是将一些功能性的官能团(如-oh,-cooh)引入到基材的表面，这些悬空键或者官能团为后面的等离子体沉积提供了快速生长位。此外，等离子体产生的活性粒子会与基材表面的有机污染物进行氧化反应或与无机污染物进行还原反应，或者是单纯的物理轰击，通过这些方法去除基材表面的污染物，为后续的等离子体沉积提供一个洁净的表面。
s3：等离子体沉积：向等离子体腔室内通入化学式(i)表示的化合物，
其中，r1和r3各自独立地选自氢、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基或c6-c10卤素取代的芳基；r2选自c1-c10亚烷基、c1-c10卤代亚烷基或c6-c10卤素取代的亚芳基；r4、r5和r6各自独立地选自氢、氯、溴、碘、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基、c6-c10卤素取代的芳基或-o(ch2)ny，其中：n为1至10的整数，y是氢或甲基；x选自氢、甲酰基、乙酰基、羧基、叔丁氧羰基、氨基、甲氨基、二甲氨基、二乙氨基、乙酰氨基、苄氧羰基氨基、硝基、甲酰氧基或乙酰氧基。
作为优选，在上述化学式(i)表示的化合物中，r1和r3各自独立地为氢或c1-c10烷基；r2为c1-c10亚烷基；r4、r5和r6各自独立地为氢、c1-c10烷基或-o(ch2)ny，其中：n为1至4的整数，y是氢或甲基；x为甲酰基、乙酰基、羧基或氨基。
待向等离子体腔室内通入式(i)化合物的气体流量稳定，当压力稳定在1-10000t的范围内后，开启射频等离子体，射频功率1-10000w，脉冲频率1-1000khz，脉冲电压频率为1-1000khz，占空比为1-100％；作为优选，本步骤中激发等离子体的占空比为5-50％。
本步骤中，通过等离子体激发工艺参数的调节实现对等离子体能量及温度的调节，进而可控制等离子体反应过程，从而使化学品在等离子体相中聚合沉积在活化的基材表面。化合物结构中的r5端优先与基材表面发生化学键合，形成x-r2-c-si-o-m或x-r2-c-si-m化学结构(m为基材)；而化合物结构中另一端的官能团x则悬空，该x官能团在常温下即可与封装材料反应形成n-x的化学键合(n为封装材料)。
进一步地，本发明的实施方式还包含下述步骤：在对基材的至少一部分表面依次进行等离子体活化和等离子体沉积的步骤之前或之后，对所述基材贴装半导体元件。在对基材的至少一部分表面依次进行等离子体活化和等离子体沉积的步骤以及对所述基材贴装半导体元件的步骤均完成之后，使所述基材与封装材料在常温下结合。
另外，本发明的实施方式中所使用的基材可以为铜质引线框架、铝质焊盘、聚酰亚胺基板、正硅酸乙酯涂层基材、氧化硅基材和氮化硅基材中的至少一种；所使用的封装材料为塑封料、环氧树脂、聚酰胺和聚酯中的至少一种。
通过本发明的上述实施方式，实现了在同一腔体内、同一工艺过程中完成基材表面的清洁活化和附着增强沉积层的选择性生长。通过该工艺可以有效提高基材与塑封材料的结合力，从而改善两种材质之间的分层状况。
本发明的具体实施方式还提供一种半导体封装结构，其包含：载有半导体元件的基材和封装材料，基材的至少一部分表面与封装材料之间包含等离子体沉积层且基材的至少一部分表面与封装材料通过该等离子体沉积层结合，所述等离子体沉积层由化学式(i)表示的化合物等离子体沉积形成，
其中，r1和r3各自独立地选自氢、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基或c6-c10卤素取代的芳基；r2选自c1-c10亚烷基、c1-c10卤代亚烷基或c6-c10卤素取代的亚芳基；r4、r5和r6各自独立地选自氢、氯、溴、碘、c1-c10烷基、c2-c10烯基、c1-c10卤代烷基、c2-c10卤代烯基、c6-c10卤素取代的芳基或-o(ch2)ny，其中：n为1至10的整数，y是氢或甲基；x选自氢、甲酰基、乙酰基、羧基、叔丁氧羰基、氨基、甲氨基、二甲氨基、二乙氨基、乙酰氨基、苄氧羰基氨基、硝基、甲酰氧基或乙酰氧基。
作为优选，在上述化学式(i)表示的化合物中，r1和r3各自独立地为氢或c1-c10烷基；r2为c1-c10亚烷基；r4、r5和r6各自独立地为氢、c1-c10烷基或-o(ch2)ny，其中：n为1至4的整数，y是氢或甲基；x为甲酰基、乙酰基、羧基或氨基。
在本发明的实施方式所提供的封装结构中，基材可以为铜质引线框架、铝质焊盘、聚酰亚胺基板、正硅酸乙酯涂层基材、氧化硅基材和氮化硅基材中的至少一种；封装材料为塑封料、环氧树脂、聚酰胺和聚酯中的至少一种。
以下，各实施例使用的化合物列于下表1。
表1：
实施例1
s1：将基材(聚酰亚胺基板)送入真空室后，真空系统开启，将真空室抽到背压，使真空室的背底真空度为100pa，为后续的工艺提供一个洁净的工艺环境。
s2：等离子体活化：向真空腔室内通入氧气；同时开启射频电源，射频功率为800w，脉冲电压频率为150hz，占空比为50％；激发产生等离子体。
s3：等离子体沉积：向等离子体腔室内通入如下化学品(化合物1)：
气体流量稳定后，当压力稳定在1-10000t的范围内后，开启射频等离子体，射频功率7000w，脉冲频率500khz，脉冲电压频率为1000khz，占空比为50％，通过上述等离子体激发工艺参数的调节实现对等离子体能量及温度的调节，可控制等离子体反应过程，从而使化学品在等离子体相中聚合沉积在活化的基材表面。
使制得的表面形成等离子体沉积层的聚酰亚胺基板贴装半导体元件后，在常温下与塑封料反应，得到封装结构。
实施例2
s1：将正硅酸乙酯涂层基材(teos涂层基板)送入真空室后，真空系统开启，将真空室抽到背压，使真空室的背底真空度为50pa，为后续的工艺提供一个洁净的工艺环境。
s2：等离子体活化：向真空腔室内通入氩气；同时开启射频电源，射频功率为50w，脉冲电压频率为100hz，占空比为80％，激发产生等离子体。
s3：等离子体沉积：向等离子体腔室内通入如下化学品(化合物2)：
气体流量稳定后，当压力稳定在1-10000t的范围内后，开启射频等离子体，射频功率2000w，脉冲频率200khz，脉冲电压频率为300khz，占空比为15％，通过上述等离子体激发工艺参数的调节实现对等离子体能量及温度的调节，可控制等离子体反应过程，从而使化学品在等离子体相中聚合沉积在活化的基材表面。
对制得的表面形成涂层的teos涂层基板贴装半导体元件后，在常温下与环氧树脂塑封材料反应，得到封装结构。
实施例3
s1：对铜质引线框架贴装半导体元件，然后将贴装有半导体元件的铜质引线框架送入真空室后，真空系统开启，将真空室抽到背压，使真空室的背底真空度为1000pa，为后续的工艺提供一个洁净的工艺环境。
s2：等离子体活化：向真空腔室内通入一氧化碳气体；同时开启射频电源，射频功率为800w，脉冲电压频率为80hz，占空比为40％；激发产生等离子体。
s3：等离子体沉积：向等离子体腔室内通入如下化学品(化合物3)：
气体流量稳定后，当压力稳定在1-10000t的范围内后，开启射频等离子体，射频功率9000w，脉冲频率600khz，脉冲电压频率为800khz，占空比为75％，通过上述等离子体激发工艺参数的调节实现对等离子体能量及温度的调节，可控制等离子体反应过程，从而使化学品在等离子体相中聚合沉积在活化的基材表面。
使制得的贴装有半导体元件且表面形成等离子体沉积层的铜质引线框架，在常温下与聚酰胺封装材料反应，得到封装结构。
实施例4-9
实施例4-9分别选取了不同的基材、封装材料、等离子体活化气体和等离子体沉积化学品，进行封装结构的制备。
实施例4-9中所使用的基材依次分别为铜质引线框架、铝质焊盘、聚酰亚胺基板、正硅酸乙酯涂层基材、氧化硅基材和氮化硅基材；封装材料依次分别为塑封料、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、塑封料和环氧树脂；在基材的至少一部分表面进行等离子体活化的气体依次分别为：氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氩气和氦气；在基材的至少一部分表面进行等离子体沉积所使用的化学品依次分别为化合物4-9。
实施例4-9在操作步骤上与实施例1-3相类似，仅对各个步骤中的背底真空度、激发等离子体的射频功率、脉冲电压频率、占空比等工艺参数在上述技术方案7所述的范围内进行了调整，制得封装结构。
比较例
基材为铜质引线框架，表面未做涂层，将半导体元件芯片贴装后常温下做环氧树脂塑封。
性能评价
1.方法
性能评价实验采用封装技术领域中常用的超声波扫描(c-sam)来检测封装结构内部是否有分层现象。该检测方法利用超声波与不同密度材料的反射速率及能量不同的特性来实现对分层现象的检测。
具体来说，超声波扫描检测的步骤和原理为：脉冲发生器产生信号脉冲，激励压电传感器，由传感器产生特定频率的超声波，经由耦合介质(如去离子水)传播到达封装样品。超声波在传播过程中需要均匀而连续的介质，因此在遇到不同介质时，将发生反射。如封装结构内部出现分层，则分层处不连续的界面会干扰超声信号传播或导致超声信号发生反射。传感器发射出超声波，同时也对界面反射回的超声波进行接收，经信号处理，最后得到一张高分辨率的超声波图像，而图像包含封装样品超声扫描检测层面各点信息。通过图像，即能判断封装结构内部是否出现分层。以一定数量封装结构中出现分层现象的个数百分比计算得到分层比例。
2.评价结果
按照上述1的方法，对按照本发明实施例1-9制备的封装结构(每个实施例制备100个待测封装样品)以及按照比较例制备的封装结构(按照比较例的方法制备100个待测封装样品)中基材与塑封材料之间的结合力进行评价，结果如下表2所示。
表2：实施例和比较例的封装结构的性能评价结果(n＝100)
按照比较例制备的封装结构的分层比例为64％，按照实施例1-9制备的封装结构的分层比例均降低到1％以下，通过上述实验数据可以发现本发明的等离子体沉积层可以有效提升基材与塑封材料之间的结合力。