CN109119381A - 一种提高n衬底单向负阻型tvs芯片封装良率的胶水 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的胶水，其成分配比如下：银粉70‑85wt％；改性环氧树脂7.5‑15wt％；碳酸酯7.5‑15wt％。本发明开发的新型胶水具有阻抗更小、散热更好、流通性更低的优点，同时采用刷胶工艺，避免了侧面溢胶问题，降低了短路风险，避免了浪涌冲击时爆管和毛刺问题，提高了产品稳定性，同时大大提升了封装极限能力，能够达到芯片版面与载体尺寸比例为1：1的水平，使得产品具有超低的正负向残压，能够超越目前市面上的所有同类产品。

Description

一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的胶水

技术领域

本发明属于半导体芯片封装工艺技术领域，具体涉及一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的胶水。

背景技术

目前手机及其附属产品作为当下最受关注的行业，整个集成电路行业的中心都在朝着手机及其附属产品行业偏移：最先进的芯片工艺、最高端的制造工艺和最高效的组装技术等都在向手机行业靠拢。随着芯片工艺技术、高速快充技术、超薄超轻要求不断提高，可靠性面临着重大的挑战，EOS和ESD、surge的失效越来越多，返修率也在急剧增加，这样就使得整个电路***中过压保护就变得至关重要。在手机等消费电子充电电路中，电池容量原来越大，导致充电电流、充电电压越来越高，各种版本的快充都在不断提高充电功率和充电效率，为了保证充电的安全性和可靠性，对保护器件提出了更高的要求，要求浪涌残压超低的单向器件才能满足保护需求，为了满足正负向浪涌残压超低的要求，同时兼容市场主流的N衬底芯片的要求，可行的方案有两种：1.增大芯片面积，可以降低芯片的导通电阻，提升浪涌能力，达到降低残压的目的；2.使用N衬底的单向骤回TVS器件，正向浪涌时由于具有负阻特性可以有效的拉低残压值，负向浪涌时则有器件VF方向全部泄放掉，残压可以保持很低的水平。为了能够达到最优的方案，需要结合1和2两种优势，使用最大版面的N衬底的单向骤回TVS器件就成了最有效的方案。

现有DFN2020封装技术采用点胶工艺上芯，图1为N衬底单向负阻型TVS芯片点胶上芯封装结构示意图，N衬底单向负阻型TVS芯片通过导电胶51与基岛61粘合在一起，然后通过Cu线71将芯片正面与载体62连接在一起，框架61和框架62形成一个电路通道；由于载体61与62距离很近，因此在进行传统点胶工艺上芯时，要求芯片边缘距离载体边缘要大于200um以上，保证横向溢胶不会将框架61和62连接起来，导致短路；常规点胶工艺溢胶高度控制在芯片厚度的50％以下，如图1中所示，导电胶水溢胶52溢出高度已经超过芯片厚度50％以上，由于N衬底单向负阻型TVS芯片的PN是有衬底22和背面N扩散区31组成，PN结位于芯片底部，此时的溢胶高度已经将衬底22通过溢胶52形成了短路通道。上述描述的操作标准均为点胶工艺正常卡控标准，根据实际封装良率得出，常规的点胶工艺封装N衬底单向负阻型TVS芯片接近100％的短路不良。

为了实现最大版面N衬底的单向骤回TVS器件的最优方案，将N衬底单向负阻型TVS芯片面积放大到与载体面积达到1:1的比例，封装示意图如图2所示，由于点胶工艺上芯时需要卡控芯片的三个侧面必须有溢胶出现(目的是为了防止大功率芯片在上芯时出现背面空洞的情况，空洞会导致成品的爆管和短路现象发生)，由于最大版面N衬底的单向骤回TVS芯片与载体61一样大，此时溢胶52溢出方向主要为向下溢胶和横向溢胶，向上溢胶会小很多，而由于载体61与载体62距离很近，因此会出现胶水溢胶52溢到载体62上的情况发生，使载体61与载体62发生短路，整个产品出现短路不良现象，实际封装中，此类情况失效比例大约在50％以上。

名称解释：

残压：浪涌冲击时特定电流下的钳位电压。

点胶：将导电胶点在封装框架上，使芯片与框架结合在一起。

刷胶：将胶水刷到芯片背面，使芯片与框架结合在一起，对应点胶。

溢胶：点胶上芯时，芯片下压导致胶水溢出，爬到芯片侧面。

单向骤回：一端为VF特性，一端为负阻特性的器件。

EOS：为Electrical Over Stress，主要指持续时间微秒到几秒的低压浪涌。

爆管：浪涌冲击时，器件塑封体发生炸裂，芯片与封装框架发生分离。

空洞：胶水在上芯时存在气泡会导致芯片和框架间出现气泡，大的空洞会导致器件爆管和短路问题。

发明内容

为了改善上述出现的问题，本发明提出一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的胶水。结合改变上芯工艺，实现DFN2020的极限水平封装，能够满足在芯片与载体尺寸比例为1：1时的量产要求。

本发明的技术方案如下：

一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的刷胶胶水，其特征在于，其成分配比如下：

银粉70-85wt％；

改性环氧树脂7.5-15wt％；

碳酸酯7.5-15wt％。

优选地，其成分配比如下：

银粉80wt％；

改性环氧树脂10wt％；

碳酸酯10wt％。

本发明开发的新型胶水具有阻抗更小、散热更好、流通性更低的优点，同时采用刷胶工艺，避免了侧面溢胶问题，降低了短路风险，避免了浪涌冲击时爆管和毛刺问题，提高了产品稳定性，同时大大提升了封装极限能力，能够达到芯片版面与载体尺寸比例为1：1的水平，使得产品具有超低的正负向残压，能够超越目前市面上的所有同类产品。

附图说明

图1为传统的N衬底单向负阻型TVS芯片封装示意图；

图2为最大版面N衬底单向负阻型TVS芯片点胶上芯封装示意图；

图3为使用本发明的胶水刷胶上芯封装示意图；

图中，21为P型外延，22为N型衬底，23为氧化层，24为填充物PI，31位为N扩散区，32为P扩散区，41为金属层，42为位Ag絮，51为导电胶，52为侧面溢胶，61位封装框架。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

本发明的提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的刷胶胶水，其成分配比如下：

银粉80wt％；

改性环氧树脂10wt％；

碳酸酯10wt％；

采用本方案设计封装的TVS器件，具有性能稳定、封装良率高等特点，其良率可以达到95％以上，浪涌稳定性达到98％以上，比传统胶水良率提升16倍，浪涌稳定性提升100％，可以满足应用于手机VBUS端测试要求。

实施例2

本实施例刷胶胶水其成分配比如下：

银粉70wt％；

改性环氧树脂15wt％；

碳酸酯15wt％；

采用本方案设计封装的TVS器件，具性能稍弱于实施例1，其良率可以达到95％以上，但浪涌稳定性只有50％。

实施例3

本实施例刷胶胶水其成分配比如下：

银粉85wt％；

改性环氧树脂7.5wt％；

碳酸酯7.5wt％；

采用本方案设计封装的TVS器件，具性能稍弱于实施例1，其良率可以达到90％，浪涌稳定性只有80％。

实施例4

本实施例刷胶胶水其成分配比如下：

银粉90wt％；

改性环氧树脂5wt％；

碳酸酯5wt％；

采用本方案设计封装的TVS器件，具性能稍弱于实施例1，但其良率只有10％，浪涌稳定性达到98％以上。

通过对浪涌冲击时毛刺和爆管的分析，爆管产生的位置主要是在胶水的位置，因此问题主要集中在两方面：

1.发热源发热超过塑封承受能力，胶水的发热主要来自于自身的电阻发热，发热能力公式如下：

E₁为电阻产生的热量，ρ为电阻率，L为胶水厚度，S为胶水面积，I为通过胶水的电流上面发热公式可以得到，当产品封装设计完成时，成品的L、I和S是固定不变的，此时E1与ρ成正比，ρ越大发热量越大，因此为了降低发热能力，需要选择ρ越小的胶水。

2.散热介质不能够及时散热；热导率K主要反应介质散热能力，其定义是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。根据定义可以得出热导率的散热公式：

E₂为胶水散掉的热量，t为时间，K为热导率，L为散热长度，S为散热面积，△T为温度差上面散热公式可以得到，当产品封装设计完成时，成品的浪涌冲击时间t和S、L、△T是固定的，此时E₂与K成正比，K越大散热量越大，成品散热能力越好。

本发明胶水与常规胶水S220浪涌测试结果对比如表1所示，可以本发明胶水浪涌测试结果超过98％都是ok的，而S220的浪涌测试结果只有1％都是ok的；本发明胶水在特性参数上优于常规胶水S220，刷胶胶水8008H电阻率与S220更小，导热系数100W/mk也明显优于S220的3W/mk；最关键的使用本发明胶水封装良率可以达到95％以上，而胶水S220的封装良率只有1％以内。整体来看，本发明胶水全面优于S220，可以大幅提高封装良率。

表1

胶水	封装良率	测试结果	R(ohm-cm)	T-C(W/mk)
					S220	＜1％	99％短路	0.00005	3
实施例1	＞95％	＞98％正常	0.00002	100
					实施例2	＞95％	50％正常	0.0005	11
实施例3	90％	80％正常	0.0002	70
					实施例4	10％	＞98％正常	0.00001	20

Claims (2)

1.一种提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的刷胶胶水，其特征在于，其成分配比如下：

银粉 70-85wt％；

改性环氧树脂 7.5-15wt％；

碳酸酯 7.5-15wt％。

2.根据权利要求1所述的提高N衬底单向负阻型TVS芯片封装良率的刷胶胶水，其特征在于，其成分配比如下：

银粉 80wt％；

改性环氧树脂 10wt％；

碳酸酯 10wt％。