专利名称：用来改善聚合物同金属间界面粘合性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般说来涉及半导体封装件，更确切地说是涉及半导体封装件的衬底—聚合物界面。
通常，半导管芯被包封在封装件中，以防止它们被外部应力损伤并提供将电信号传送出送入半导体管芯中各个器件的一种手段。在各类半导体管芯封装件中包括有双列直插式封装件、TAB封装件、塑料四列扁平封装件、塑料球网格阵列封装件、以及多片组件。封装半导体管芯的常用技术包括把管芯安装在引线框之类的支持物上以及把半导体管芯和部分引线框包封在诸如模制化合物的聚合物之中。
将半导体管芯封装在模制化合物中的一个重要方面是要防止模制化合物与安装有半导体管芯的衬底剥离。通常，剥离发生在模制化合物和衬底之间最不结实的界面处，导致潮气在发生剥离处积累。在高温工艺步骤，例如回流焊工艺过程中，潮气蒸发并引起半导体封装件通过通常称之为“爆米花效应”的现象而破裂。
为防止发生剥离，半导体器件制造厂家已想出过各种方法来改善聚合物与衬底间的界面粘合性。改善粘合性的一种技术是用硅烷来处理衬底表面。虽然硅烷处理改善了模制化合物的粘合性，但难以选择性地沉积硅烷，也难以控制沉积的硅烷的厚度。此外，硅烷的储存期限相当短，且在暴露于高温时，例如在芯片安装固化处理和接线工艺步骤中，易于裂解。这样，引线框就必须在进行硅烷处理之后立即由模制化合物包封。减少剥离的另一种技术是在衬底上形成氧化物，例如在铜引线框上的氧化亚铜或氧化铜。然而，在引线框上选择性地形成氧化物是困难的且价格昂贵。
因此，最好能有一种改善聚合物与衬底间界面粘合性的衬底和方法。此外，此种衬底和方法若简单、便宜并易于适应标准的封装规范，也将是有益的。
图1示出了根据本发明第一实施例安装到变粗糙了的半导体引线框上的半导体管芯的剖面图；图2示出了图1半导体引线框的局部放大图；图3示出了根据本发明第二实施例的引线框扁平表面的平面图；以及图4示出了根据本发明第三实施例的引线框扁平表面的平面图。
通常，本发明提供了一种用来改善诸如管芯附着或模制化合物的聚合物与诸如引线框表面或印刷电路板上管芯焊点表面之类的金属或合金表面之间的界面粘合性的方法。借助于使一部分金属或金属合金表面粗糙化而增加了衬底的表面积并因此而增加了聚合物得以固定的接触点的数目，使界面粘合性得到了改善。换言之，衬底表面积的增大使与衬底相接触的聚合物的数量增加，从而使管芯附着材料或模制化合物更难以从金属表面上剥离。此外，变粗糙了的衬底表面带有微小的凸出物(图2所示)，它们起着连接作用，进一步增强了聚合物与衬底表面间的固定。根据本发明的方法，借助于用气流中的砂砾材料进行轰击来使引线框的表面变粗糙。
图1示出了根据本发明第一实施例安装到变粗糙了的半导体引线框11上的半导体芯片13的剖面图。更确切地说，引线框11包括引线12和带有用其中悬浮有研磨颗粒的高速气流粗糙化的上表面15和下表面18的扁平板14。换言之，用气体介质携带的砂砾材料对表面15和18进行了轰击，亦即，金属或金属合金的一个表面被喷砂。携带砂砾材料喷向引线框11的气流最好以大约0.20兆帕期卡—大约0.70兆帕斯卡范围的压力与引线框11接触。研磨颗粒可以是例如诸如沙粒、二氧化硅、氧化铝、碳化硅、碳酸氢盐之类的砂砾材料。气态介质可以是例如氮、氩、空气之类。
砂砾材料借助于在表面15和18中产生增大引线框11表面积的坑而分别使上表面15和下表面18变得粗糙。在用砂砾材料粗糙化后，金属表面最好具有至少1500A的粗糙度。平均表面粗糙度定义为沿表面15和表面18的平均垂直峰谷距离，如图2中箭头32所示。虽然只示出扁平板14的表面15和18被粗糙化，但显然为改善聚合物粘合性而粗糙化金属表面并不只限于引线框扁平板表面，而是用于包括固定杆、引线框接头之类的引线框的任何部分。还应理解，适用于引线框的材料包括诸如铜和铝的金属以及诸如铜合金、铝合金和铁镍合金之类的镍合金的金属合金。引线框亦可带有用钯镍预镀的表面。根据本发明可以粗糙化的其他合适材料包括诸如例如镀银或镀金表面的镀金属的表面。
现参照图2，示出了扁平板14部分喷砂过的表面15的放大图。表面15具有以平均表面粗糙度(箭头32所示)为特征的微小起伏30。此外，表面15沿其起伏30具有极细微的锁紧特征31。显然，微小起伏30和细微的锁紧特征31合起来增强了聚合物和表面15间(即聚合物—金属界面)的抗剥离性。
再参照图1，利用粘合材料17将半导体管芯13连接到扁平板14的表面15上。适用于粘合材料17的材料包括热固性或热塑性环氧管芯附着材料、硅树脂基的管芯附着材料、以及聚酰亚胺基的管芯附着材料。引线12用互连16连接到扁平板14。接着，利用例如转移铸模工艺，将半导体管芯13、扁平板14、互连16和引线12的一部分包封在模制化合物19之中。表面15和18中的坑增加了扁平板14的表面积和细微的锁紧特征的数目，从而增大了接触面积并增强了管芯附着材料和模制材料对引线框11的粘合性。用来将半导体管芯固定在引线框之类的衬底上的材料以及用来包封半导体管芯和引线框的材料，对本技术领域熟练人员来说是众所周知的。
图3示出了根据本发明粗糙化了的引线框扁平板或管芯焊点20的第二实施例。通常，管芯固着材料与模制化合物的微观剥离沿诸如引线框扁平板20那样的引线框扁平板的边缘和角上开始，这是由于这些区域中的微观剥离力被放大了。因此，在本发明的第二实施例中，沿引线框扁平板20的周边22和角23对引线框扁平板20进行粗糙化。换言之，引线框扁平板20表面的关键部位，亦即引线框扁平板20的各个角23以及引线框扁平板20邻近边缘的部位被优先粗糙化。虽然只示出了引线框扁平板20的一个主表面，最好对引线框扁平板20的上下主表面的周边及角都进行粗糙化。这样就粗糙化了半导体引线框的多个部位。
图4示出了根据本发明粗糙化的引线框扁平板或管芯焊点26的第三实施例。在此实施例中，对引线框扁平板26主表面的周边27、角28以及局部中心区29进行了粗糙化。诸如模制化合物和管芯固着材料的聚合物牢固地粘合到经过粗糙化的局部中心区。倘若已开始了剥离，这些高粘合性的区域就会阻止剥离的扩展。
至此应该承认，已提出了一种改善聚合物与金属或金属合金表面之间抗剥离性的方法。此法提供了一种简单而成本低的技术来改善聚合物对引线框的粘合性，它加强了封装件安装工艺而且与金属或金属合金表面无关。借助于在金属表面中形成极细微的锁紧特征在而增强了管芯固着或模制化合物对金属表面的粘合性。此外，在金属表面上形成起伏，它与细微锁紧特征合起来进一步提高了管芯固着或模制化合物与金属表面之间的抗剥离性。
本发明的表面粗糙化技术相对于化学粗糙化技术的一个重要优点是细微锁紧特征的形成。更确切地说是，采用化学粗糙化方法据信是不形成细微锁紧特征的，而这些特征显著地增强管芯固着或模制化合物对金属表面的粘合性。
虽然已描述了本发明的具体实施例，对本技术领域熟练人员来说，也可出现不同的实施例、修改和改进。因此，我们希望本发明不限于所示的特例是不言自明的。我们认为所附的权利要求涵盖了所有不超越本发明的构思和范围的修改。例如，印刷线路板上的管芯焊点或芯片焊点可以粗糙化以改善聚合物的粘合性。
权利要求
1. 一种改善聚合物(17、19)与金属表面或金属合金表面(15、18)间界面粘合性的方法，其特征在于包括下列步骤提供一个金属表面或金属合金表面(15、18)；用砂砾材料轰击金属表面或金属合金表面(15、18)，此砂砾材料悬浮在气态携带介质中；以及用模制化合物(19)包封金属表面或金属合金表面(15、18)的一部分。
2. 如权利要求1的方法，其中用砂砾材料轰击金属表面或金属合金表面(15、18)的步骤，其进一步特征是对金属表面或金属合金表面(15、18)进行喷砂。
3. 如权利要求1的方法，其中提供一个金属表面或金属合金表面(15、18)的步骤包括提供一个带有一表面的半导体引线框(11)，此半导体引线框(11)选自金属和金属合金构成的组合。
4. 如权利要求3的方法，其中用砂砾材料轰击一个金属表面或金属合金表面(15、18)的步骤包括轰击一个金属表面或金属合金表面(15、18)直至金属表面或金属合金表面具有细微锁紧特征(31)。
5. 一种改善聚合物(17、19)与半导体引线框(11)间的界面粘合性的方法，其特征在于包括下列步骤提供半导体引线框(11)；利用由气态介质携带的砂砾材料使部分半导体引线框(11)粗糙化；至少将一个半导体管芯(13)安装到半导体引线框(11)上；以及将至少一个半导体管芯(13)和部分半导体引线框(11)包封在聚合物(19)中。
6， 如权利要求5的方法，其中使部分半导体引线框(11)粗糙化的步骤包括用选自由沙粒、二氧化硅、氧化铝、碳化硅和碳酸氢盐构成的组中的砂砾材料使部分半导体引线框(11)粗糙化。
7. 如权利要求5的方法，其中使部分半导体引线框(11)粗糙化的步骤包括在气态携带介质中将砂砾材料喷到部分半导体引线框(11)，其中砂砾材料到达半导体引线框(11)时的压力范围在约0.20兆帕斯卡—约0.70兆帕斯卡。
8. 如权利要求5的方法，其中使部分半导体引线框(11)粗糙化的步骤包括提供一种选自氮、氩和空气的气体作为气态携带介质。
9. 一种半导体封装件(10)，其特征在于包括一个具有第一(15)和第二(18)表面的半导体引线框(11)，其中部分第一表面(15)具有细微锁紧特征(31)；一个安装到第一表面(15)的半导体管芯(13)；以及一个模制化合物(19)，此模制化合物(19)将半导体管芯(13)和带有细微锁紧特征(31)的部分第一表面(15)包封起来。
10. 如权利要求9的半导体封装件(10)，其中的半导体引线框(11)包括一部分具有至少1500A的平均表面粗糙度。
全文摘要
引线框(11)和改善聚合物(17、19)对引线框粘合性的方法。此引线框(11)有一个带上表面(15)和下表面(18)的扁平板(14)以及引线(12)。借助于用砂砾材料轰击扁平板而在其上下表面形成细微锁紧特征(31)，将上下表面粗糙化。用管芯固着材料(17)将半导体管芯固着到扁平板(14)，并且模制化合物将扁平板、半导体管芯(13)和部分引线(12)包封起来。凹坑改善了管芯固着材料(17)和模制化合物(19)对引线框的粘合性。
文档编号H01L21/56GK1116770SQ95106599
公开日1996年2月14日 申请日期1995年6月5日 优先权日1994年6月6日
发明者桑卡拉纳拉亚南·加奈桑, 霍华德·马丁·伯格 申请人:摩托罗拉公司