專利名稱：半導(dǎo)體管芯的對(duì)稱封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與本發(fā)明一起共同擁有且共同提出的專利申請(qǐng)第[美國代理記事表(Attorney Docket)第M-7546號(hào)]號(hào)，它在此處被全文引用作為參考。
背景技術(shù)：
呈集成電路芯片(IC)形態(tài)的半導(dǎo)體器件在其被結(jié)合進(jìn)諸如計(jì)算機(jī)或蜂窩電話的產(chǎn)品中時(shí)一般必需安裝在諸如印刷電路板的平坦表面上。現(xiàn)在，沒有一種表面安裝半導(dǎo)體封裝技術(shù)能滿足下一代分立功率半導(dǎo)體器件和IC的需要。
這種表面安裝功率封裝應(yīng)當(dāng)包括至少以下特征1.低電阻；2.分流并減小器件金屬互連內(nèi)橫向電阻(1ateral resistance)的能力；3.低熱阻；4.垂直(通過背面)或橫向(頂側(cè))實(shí)現(xiàn)大電流的能力；5.可制造性高；6.低固有材料成本(intrinsic material cost)；7.低制造成本；8.功率應(yīng)用中的可靠運(yùn)行；9.便于至少三個(gè)(且優(yōu)選地更多)到半導(dǎo)體的隔離連接的能力；10.低剖面(高度)和小覆蓋面積。
功率半導(dǎo)體器件和IC有兩種，因其具有低的導(dǎo)通態(tài)電壓降(因此具有低功耗)而傳導(dǎo)大電流的那些，以及因其耗費(fèi)大量功率而傳導(dǎo)“大”電流的那些。因?yàn)檫@種功率器件的各種各樣的使用、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，所以所列的初始兩個(gè)特征(即低電阻)可以代替第三特征(低熱阻)而實(shí)現(xiàn)，但是理想地，一個(gè)封裝應(yīng)當(dāng)既提供低電阻又提供低熱阻。
第四個(gè)特征，即橫向或垂直大電流流動(dòng)，說明功率封裝理想地應(yīng)當(dāng)是對(duì)橫向或垂直功率器件兩者均可應(yīng)用，但是，兩個(gè)方向中的至少一個(gè)應(yīng)當(dāng)是大電流可用的。
當(dāng)然，封裝必須是高度可制造的，因?yàn)楣β示w管在世界范圍內(nèi)得以每年幾十億個(gè)地大量使用。對(duì)于這種器件的供給者和可能的用戶，任何內(nèi)在的制造可重復(fù)性或產(chǎn)率問題將有嚴(yán)重的后果。
另一個(gè)特征是低成本，包括封裝材料成本及其制造成本。當(dāng)然，材料成本是基本的，因?yàn)橹T如金引線、塑料鑄模、銅引線框等特定材料是基于世界原材料市場的，不能通過半導(dǎo)體產(chǎn)量的簡單增加而大幅改變。使用更少量材料的封裝設(shè)計(jì)生產(chǎn)起來本質(zhì)上更便宜。
功率應(yīng)用中封裝的可靠性意味著，它必須經(jīng)受得住功率器件中通常遭遇到的運(yùn)行條件，諸如電流尖脈沖、比正常遇到的更高的環(huán)境溫度、明顯的自加熱、重復(fù)熱瞬變導(dǎo)致的熱震等。電流或加熱的重復(fù)脈沖可以引起與疲勞相關(guān)的損傷，尤其在金相接合和界面處。更少的界面是優(yōu)選的。
二極管、瞬變抑制器和熔斷器需要二引出端封裝，而支持至少三個(gè)連接線的封裝對(duì)分立晶體管是有用的。對(duì)于各種智能功率半導(dǎo)體元件，四個(gè)連接線直至八個(gè)連接線是極為有用的。在八個(gè)不同的連接線以上，這種功率封裝技術(shù)的使用集中在功率集成電路上。
低剖面表面安裝封裝，雖然不是普遍要求，但卻使之便于PC板的制造，因?yàn)榉庋b在低剖面封裝中的功率器件具有與同一板上的其它IC相同的特性，并且因而避免了對(duì)特殊處理的需要。在如電池組、PCMCIA卡和蜂窩電話的一些情形下，低剖面封裝在滿足最終產(chǎn)品的臨界厚度方面可能是至關(guān)重要的。
小覆蓋區(qū)域通常是整個(gè)產(chǎn)品尺寸的根源，尤其在便攜式電子設(shè)備中，在該電子設(shè)備中，尺寸是重要的消費(fèi)者購買標(biāo)準(zhǔn)-越小越好。
在相關(guān)考慮中，板上封裝覆蓋區(qū)越小，且它所包含的半導(dǎo)體管芯越大，則給定尺寸的性能越大。
雖然這些目的可能看起來明顯，但事實(shí)是，現(xiàn)在的功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)未充分地、節(jié)約成本地滿足這些需要，并且在一些情況下根本不滿足該需要。傳統(tǒng)封裝的許多缺點(diǎn)是使用鍵合引線的結(jié)果。鍵合引線提供了附加電阻，并且在其熱傳導(dǎo)上效率低下，尤其是連接到功率MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、絕緣柵極雙極晶體管，或雙極晶體管中頂側(cè)源極焊點(diǎn)上的引線。一些公司已經(jīng)試圖開發(fā)到柵極上的無鍵合引線連接(abond-wireless connection)，但是，這些嘗試仍未成功，而且這些公司已經(jīng)不得不回到引線鍵合柵極連接上。
圖1A示出了一種這樣的對(duì)制造功率MOSFET的工藝流程的嘗試，它包括與柵極鍵合引線聯(lián)合的無鍵合引線源極連接。在此流程中，管芯和頂部引線框之間的環(huán)氧樹脂管芯粘結(jié)(和局部固化)之后，然后將管芯翻轉(zhuǎn)過來，并通過環(huán)氧樹脂將其粘結(jié)到底部引線框上。因?yàn)橥ㄟ^連接桿施加到引線框的管芯粘結(jié)部分上的扭矩，所以維持均勻的界面環(huán)氧樹脂層是非常困難的。此外，在此流程中，引線鍵合必需在無鍵合引線管芯粘結(jié)后發(fā)生。在進(jìn)行引線鍵合后，模塑、修剪和成型還必需進(jìn)行。
圖1B說明了一種環(huán)氧樹脂粘結(jié)到管芯442上的頂部引線框440。彎曲金屬的“駝峰”引線框440(即，上升和下降的引線框)使均勻的管芯粘結(jié)操作很困難。在管芯粘結(jié)后，圖1C的平面圖說明了頂部引線框440的無鍵合引線部分444和用于引線鍵合柵極的更短的“跳板(diving board)”片446。即使使用束縛在一側(cè)的連接桿，在引線鍵合過程中固定引線框440仍是困難的。
在頂部引線框440粘結(jié)到管芯442上后，使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂管芯粘結(jié)底部引線框448，如圖1D的橫截面視圖和圖1E的平面圖所示。在管芯粘結(jié)和固化過程中控制扭矩和壓力對(duì)于可靠的產(chǎn)品是關(guān)鍵的。于是，使用鍵合引線450來引線鍵合柵極引線446，如圖1F的透視圖所示。在同一封裝中混合鍵合引線和無鍵合引線的方法在成本上具有不足，因?yàn)楣苄疽€框或管芯跨接線(die-strap)系統(tǒng)必需被移動(dòng)到不同的機(jī)器上以進(jìn)行引線鍵合。處理產(chǎn)品占用時(shí)間且花錢。事實(shí)上，此方法在實(shí)現(xiàn)可制造性上有如此多的問題，以致于它可能永遠(yuǎn)不被商業(yè)化使用，并且可能被完全放棄而不管行業(yè)內(nèi)多年的投資。管芯開裂、可變的導(dǎo)通電阻，以及在運(yùn)行或老化(burn-in)過程中改變的導(dǎo)通電阻都是這種方法的癥狀。
注意，在引線鍵合的過程中，柵極引線446與其自由端幾乎沒有支撐的跳板是機(jī)械相似的。它的運(yùn)動(dòng)使柵極鍵合452的質(zhì)量不可靠且易變。圖1G示出了模塑(如虛線454所示)后的另一種透視圖。設(shè)計(jì)的不對(duì)稱致使這種方法的制造復(fù)雜且不能再現(xiàn)。
圖2A的流程圖中示出了另一種方法。在此方法中，管芯首先粘接到銅跨接線層上以形成管芯和跨接線組件，于是隨后將管芯和跨接線組件粘接到傳統(tǒng)引線框上。在此第二粘接后，部件仍然必須被引線鍵合以連接器件的柵極。其后，該結(jié)構(gòu)被模塑、修剪和成型。
在圖2B中，還是駝峰狀材料片，在此情形中，將“跨接線”460對(duì)準(zhǔn)管芯462?？缃泳€460具有一致的寬度(見圖2C)，因而必須被定位，以不覆蓋柵極鍵合焊點(diǎn)464(見圖2E)，但卻仍然接觸源極?？缃泳€460在圖2D的橫截面視圖和圖2E的平面視圖中被示為源極引線，該源極引線被環(huán)氧樹脂粘接到管芯462上以形成管芯和跨接線組件461。關(guān)鍵是，駝峰引線框460底部466和管芯462的底表面優(yōu)選地是共面的，以避免隨后工藝中的問題。
圖2F的橫截面視圖和圖2G的平面視圖中示出的底部引線框470看起來像普通的引線框。注意，當(dāng)引線框作為圖2F-2R中的分立部分而抽出時(shí)，事實(shí)上，該部分由連接桿(未示出)連接。雖然可想象地它可以被預(yù)成形(即已經(jīng)被彎曲)，這使它更加難以搬運(yùn)，但是引線框470在其被粘接到管芯上前一般是平坦的。
在圖2H和2I中，包括管芯462和銅跨接線460的管芯和跨接線組件461被對(duì)準(zhǔn)底部引線框470，該引線框涂覆有環(huán)氧樹脂“點(diǎn)”472。在這一點(diǎn)上，環(huán)氧樹脂點(diǎn)472與諸如柵極焊點(diǎn)464的管芯表面特征不一致。圖2J是被擠壓到底部引線框470上的管芯和跨接線組件461的視圖，它在圖2I所示的橫截面J-J處截取。明顯的是，管芯462和跨接線460底部466的底表面的共面是同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)良好的、低電阻的環(huán)氧樹脂接合的關(guān)鍵，這兩個(gè)接合中的一個(gè)在管芯462下面，而另一個(gè)在底部466下面。因?yàn)榈诙雍暇哂杏邢薜拿娣e，所以與圖1G中示出的三引出端無鍵合引線封裝相比，此區(qū)域?qū)е铝嗽龃蟮碾娮?。在圖2I中橫截面K-K處截取的柵極鍵合區(qū)的視圖示于圖2K內(nèi)。
在通過壓力擠壓環(huán)氧樹脂后，環(huán)氧樹脂應(yīng)當(dāng)理想地均勻分布在金屬跨接線的整個(gè)底部上和管芯下，如圖2L所示。然而，因?yàn)榻M件是非對(duì)稱的，所以均勻壓力難以可重復(fù)地實(shí)現(xiàn)。如圖2M的橫截面視圖和圖2N的平面視圖所示，于是進(jìn)行引線鍵合480，然后注射模塑以形成圖2O和2P所示的塑料封殼482。
明顯地，傳送大電流的環(huán)氧樹脂層的數(shù)量大于其它封裝方法-圖2Q所示的設(shè)計(jì)中的三層，即環(huán)氧樹脂層484、486和488。如圖2R所示，一種在引線框470下引入熱沉(heat sink)492的選擇包括另一環(huán)氧樹脂層490。該設(shè)計(jì)完全依賴于環(huán)氧樹脂層490以將熱沉492固定在引線框470上，而沒有任何將其“鎖”在適當(dāng)位置上的機(jī)構(gòu)。此外，此設(shè)計(jì)具有該缺點(diǎn)，即粘接到管芯焊點(diǎn)上和熱沉上的許多引線均一起被縮短了。這些引線大體上被“浪費(fèi)”了，因?yàn)闊岢聊茉跊]有它們時(shí)傳送電流。
再者，尤其在許多環(huán)氧樹脂管芯粘接的步驟中，設(shè)計(jì)的非對(duì)稱性使此設(shè)計(jì)的大量可制造性成為可疑。明顯地，大量的工藝步驟使之昂貴。狹縫引線框的非平坦表面(即包括柵極和源極連接的引線框)是特別成問題的，因?yàn)樵陧攤?cè)管芯粘接過程中，任何下沉(downset)均使共面問題惡化。
在以上示出的無鍵合引線技術(shù)的兩種嘗試中，柵極焊點(diǎn)不通過無鍵合引線連接，而必須通過鍵合引線而電粘接到引線框上，理想地，鍵合引線在源極連接的同時(shí)進(jìn)行。無鍵合引線柵極的接觸仍未成功的原因在于在柵極和源極引線間缺乏共面。圖3A-3H說明了三引出端無鍵合引線封裝中的共面問題。在圖3A中，下沉引線框402和硅管芯404(具有涂覆的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂點(diǎn)406)對(duì)準(zhǔn)并如3B那樣進(jìn)行接觸。理想地，恒定壓力和最小扭矩將把柵極引線408(薄的孤立引線)和更寬的源極金屬410這兩者以相同的力擠壓到管芯表面上。但是，實(shí)際上難以保證兩個(gè)引線408和410的粘接表面共面，即意味著在同一水平面上。對(duì)于連接桿(未示出)，容易的是，彎曲一個(gè)小量使得柵極引線408的粘接表面例如可以略為位于源極引線410的粘接表面上方。如圖3C所示，此共面問題的結(jié)果是柵極引線408未以充足的力擠壓管芯404以重新分布環(huán)氧樹脂。結(jié)果，柵極引線408與柵極焊點(diǎn)412(示于圖3A)將具有不良的(或沒有)接觸。
為了進(jìn)一步闡明此問題，圖3D說明了一個(gè)被正確擠壓到環(huán)氧樹脂中間層416上以得到與焊點(diǎn)418的良好接觸的下沉引線414。在圖3E中，下沉引線420平行于焊點(diǎn)418表面，但永不接觸，這導(dǎo)致開路和無用的器件。在圖3F中，引線422被彎曲而僅在其跟部接觸，而在圖3G中，僅引線424的尖部接觸環(huán)氧樹脂416。在圖3H中，引線426僅接觸環(huán)氧樹脂416，但接觸如此之輕微，以致于它未正確地重新分布環(huán)氧樹脂416，這導(dǎo)致不良的電接觸。
在無鍵合引線封裝中出現(xiàn)的另一問題是相鄰引線之間的短路，這是使管芯引線框粘接所用的液態(tài)環(huán)氧樹脂或焊料鋪展的結(jié)果。如圖4A的橫截面所示，環(huán)氧樹脂430以非常大的力被擠壓(或涂覆了非常多的環(huán)氧樹脂)，這導(dǎo)致源極引線框432和柵極引線框434之間的橫向短路，如圖4B中平面視圖所示。
另一問題具體地針對(duì)垂直平坦型或槽柵極型DMOSFET的封裝出現(xiàn)。該器件頂部表面的大部分被源極金屬層覆蓋，而柵極焊點(diǎn)與源極金屬一般由2至15μm寬的間隙電隔離。頂部表面的外邊界一般包括一金屬環(huán)，該環(huán)與底部表面上的漏極短路，被稱作等電位環(huán)或EQR，主要為了獲得抵抗離子遷徙的提高的可靠性的目的而引入。此外部環(huán)是安裝過程中源極或柵極連接之間意外短路的危險(xiǎn)之源。硅延伸而再超過此環(huán)20至70μm。凸出的硅在尺寸上因晶片被切成獨(dú)立管芯時(shí)的切割工藝而改變。管芯的此區(qū)域還以漏極電位偏置，并且還可能在封裝過程中與連接至鍵合引線的源極或柵極短路。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝包括一半導(dǎo)體管芯，該管芯具有第一和第二主表面；電粘結(jié)在管芯第一主表面的第一引出端上的熱沉；以及電粘結(jié)至管芯第二主表面的至少一引出端上的至少一引線。該引線由金屬平坦薄片形成，并在管芯的對(duì)立邊緣上方橫向延伸。在引線經(jīng)過管芯的每個(gè)對(duì)立邊緣上方的位置上，在引線面對(duì)管芯的一側(cè)在引線上形成缺口，從而確保引線不與鄰近管芯邊緣的第二主表面的一部分電接觸。該管芯和至少一部分熱沉包裹在諸如塑料的非導(dǎo)電材料內(nèi)。
一般地，引線關(guān)于管芯的軸對(duì)稱。引線相對(duì)端通常被彎曲，優(yōu)選地在制造工藝結(jié)尾時(shí)，以形成能電安裝到諸如印刷電路板的平坦物體上的表面。
因?yàn)橐€關(guān)于管芯對(duì)稱，所以常常不需要與引線框內(nèi)的引線連接的中心連接桿。取而代之，引線在引線框內(nèi)可以通過一對(duì)位于引線框相對(duì)側(cè)上的連接桿連到一起。
在一組實(shí)施例中，管芯包括一個(gè)功率MOSFET，且至少兩個(gè)電隔離的引線與管芯的第二主表面電接觸，第一引線與源極引出端接觸，而第二引線與柵極引出端接觸。該熱沉與管芯的漏極引出端電接觸。在一些實(shí)施例中，多個(gè)引線與源極引出端接觸。該多個(gè)引線中的各引線可以在它們接觸源極引出端的區(qū)域內(nèi)合并。引線和熱沉用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或焊料粘結(jié)到管芯上。
熱沉可以包括一邊緣和一個(gè)以上的缺口以在熱沉和塑料封殼之間建立牢固連接。該封殼可以從熱沉的一個(gè)或多于一個(gè)的邊緣部分被阻擋。
一孔陣列可以形成在熱沉被粘接到管芯第一主表面上的表面上。
在一組可選實(shí)施例中，引線彎離管芯以代替引線上的缺口或與引線上的缺口共同在引線和第二主表面鄰近管芯邊緣的部分之間形成間隔。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，半導(dǎo)體封裝包括至少一個(gè)與半導(dǎo)體管芯表面接觸的薄片金屬引線。在引線與管芯接觸的一側(cè)上形成溝槽，該溝槽平行于引線邊緣延伸。該溝槽抑制了諸如環(huán)氧樹脂或焊料的管芯粘接材料(它在灼熱時(shí)是液體)鋪展出來形成短路。在許多實(shí)施例中，至少兩個(gè)鄰近的引線與管芯接觸，且每根引線包括一個(gè)溝槽以防止短路在鄰近引線間形成。
本發(fā)明還包括一種制造在半導(dǎo)體封裝中使用的引線框的方法。該工藝包括構(gòu)圖金屬薄片以形成引線框，并在引線中的至少一根的表面上形成缺口。該缺口可以通過刻蝕或沖壓金屬形成。缺口一般具有等于金屬薄片厚度的10％至80％的深度。該工藝還可以包括將引線框粘接到半導(dǎo)體管芯的第一主表面上，使得該缺口覆蓋管芯的至少一個(gè)邊緣。在許多實(shí)施例中，在引線框上形成至少兩個(gè)缺口，且該引線框粘接在管芯上，使得至少兩個(gè)缺口重疊在管芯的對(duì)立邊緣上。該工藝還可以包括將熱沉粘接到管芯的第二表面上。
本發(fā)明還包括包含不只一個(gè)管芯的封裝，即在引線框不包含中心連接桿的封裝中得以具體實(shí)現(xiàn)的排列。


圖1A是制造包括無鍵合引線源極連接和鍵合引線柵極連接的功率MOSFET封裝的公知工藝的流程圖；圖1B-1G是說明圖1A工藝的視圖；圖2A是制造包括管芯和跨接線組件的功率MOSFET封裝的公知工藝的流程圖；
圖2B-2R是示出圖2A工藝的視圖；圖3A-3H示出了封裝設(shè)計(jì)中引線共面的問題；圖4A和4B示出了一種方式，形成連接中使用的環(huán)氧樹脂或焊料通過該方式可以向外鋪展，從而在鄰近引線間導(dǎo)致短路；圖5是根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝的工藝順序的流程圖；圖6A-6F示出圖5所述的工藝步驟；圖7A-7H示出根據(jù)本發(fā)明將至少兩個(gè)方片(dice)粘接到條形引線框上的工藝步驟；圖8A-8F示出首先將管芯粘接到引線框上，然后粘接到熱沉上的工藝步驟；圖8G-8J示出首先將管芯粘接到熱沉上，然后粘接到引線框上的工藝步驟；圖9A-9D示出根據(jù)本發(fā)明的塑料封殼的透視圖，示出了顯露熱沉的各種方式；圖9E-9H示出圖9A-9D所示塑料封殼的仰視圖；圖10A和10B分別是包括帶缺口的T型熱沉的封殼的截面圖和仰視圖，該熱沉具有將熱沉固定在封殼內(nèi)的邊；圖10C是與圖10A和10B所示的封殼相似的封殼的橫截面視圖，不同之處在于熱沉從塑料封殼的底部凸出；圖10D是一種熱沉的橫截面視圖，該熱沉沿其側(cè)部具有第二缺口以進(jìn)一步將熱沉固定在封殼內(nèi)；圖10E是具有邊但沒有缺口的T形熱沉的橫截面視圖；圖10F和10G分別是一種熱沉的橫截面視圖和仰視圖，該熱沉具有邊和在邊上形成的一系列孔；圖10H和10I分別是一種熱沉的橫截面視圖和仰視圖，該熱沉具有繞其周邊形成的一系列孔或凹陷，以進(jìn)一步固定塑料封殼；圖10J和10K分別是熱沉和管芯的橫截面視圖和仰視圖，該熱沉具有在其頂表面形成的孔或凹陷的陣列；圖10L是包括圖10A-10K所示的若干特征的半導(dǎo)體封裝的橫截面視圖；圖11A和11B分別示出引線框的俯視圖和橫截面視圖，該引線框包括防止環(huán)氧樹脂或焊料在鄰近引線間形成短路的溝槽；圖12A-12F示出引線的各種形狀的平面圖，該形狀可以根據(jù)本發(fā)明形成；以及圖13A-13F示出一可選實(shí)施例，其中，引線框被彎曲以確保其與管芯邊緣隔開。
具體實(shí)施例方式
圖5示出根據(jù)本發(fā)明制造包括對(duì)稱引線框的半導(dǎo)體封裝的工藝順序。該工藝主要使用了三個(gè)部件一個(gè)半導(dǎo)體管芯、一個(gè)對(duì)稱引線框和一個(gè)粘接在管芯底部的熱沉。有兩種可選的工藝流程。在第一工藝中，首先使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或軟焊料將管芯粘接到對(duì)稱引線框上。如果使用環(huán)氧樹脂，該環(huán)氧樹脂必須固化。然后再次使用環(huán)氧樹脂或焊料將熱沉粘接到管芯底部。或者，首先將管芯粘接到熱沉上，然后粘接到引線框上。在每種情況中，結(jié)果均是包括熱沉、管芯和對(duì)稱引線框的夾層結(jié)構(gòu)。
然后在管芯周圍噴射模塑塑料封殼，修剪引線框以去除外部連接桿，并彎曲或成形引線以允許它們連接到諸如電路板的平坦表面上。
圖6A-6F示出優(yōu)選工藝。該工藝用于封裝諸如功率MOSFET的三引出端管芯。MOSFET110包括源極引出端112、柵極引出端114和在管芯110底面上的漏極引出端(未示出)。
如圖6A所示，引線框100包括將要被粘接到源極引出端112上的較大的中心部分102，和將要被粘接到柵極引出端114上的較細(xì)引線104。部分102和引線104通過連接桿107和109連在一起。在部分102上形成六個(gè)切口106，形成總共八個(gè)源極引線。引線框100一般由諸如鋁或銅的金屬薄片形成，并且為3至15密耳厚，6-7密耳是常見厚度。
圖6B示出引線框100的下側(cè)。在部分102中，缺口116和118在部分102將要重疊管芯110的邊緣的位置上形成。相似地，缺口120和122在引線104上形成。缺口116、118、120和122可以具有在引線框100的總厚度的10％至80％的范圍內(nèi)變化的深度。一般地，缺口116、118、120和122的深度將大約為引線框100的厚度的20％。例如，如果引線框100為6或7密耳厚，則缺口將大約為2密耳(50μm)深。缺口116、118、120和122可以使用公知的“半刻蝕”工藝從引線框上刻蝕，或者它們可以使用還可以用于形成孔106的沖壓機(jī)形成。
缺口116、118、120和122需要足夠?qū)挘匀菰S管芯放置的偏差，和用于分割小方片(dice)的鋸條寬度(稱為“切口”)的變化。一般地，缺口為4密耳寬和2密耳深。
圖6C示出通過環(huán)氧樹脂層124粘接到管芯110上的引線框100，其中缺口116、118、120和122懸在管芯110的各邊緣之上。這確保引線框100不接觸管芯110的邊緣，如上所述，該邊緣可以包括諸如等電位環(huán)(EQR)的敏感元件，該等電位環(huán)以管芯背側(cè)的電壓偏置。環(huán)氧樹脂124可以涂覆在引線框100上或管芯110上，盡管環(huán)氧樹脂一般涂覆在引線框上。然后，引線框100和管芯110被放置在管芯粘接機(jī)上，它們?cè)诖苏辰訖C(jī)中被擠壓到一起。然后將環(huán)氧樹脂局部或全部固化，使得其與引線框100和管芯110上的接觸點(diǎn)、面或區(qū)域發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
圖6D示出了引線框100和管芯110與粘接到管芯110背側(cè)上的熱沉126的結(jié)合。熱沉126按與上述相同的方式用環(huán)氧樹脂粘接到管芯110上。熱沉126可以用銅制造，并包含邊緣128，其功能在以下描述。
然后，該結(jié)構(gòu)被包覆在注射模塑塑料得封殼(未示出)內(nèi)，并且如圖6E所示，連接桿107和109被修剪掉，產(chǎn)生6根連接到管芯110源極引出端上的引線130A-130F，和2根連接到管芯110柵極引出端上的引線132A和132B。清楚的是，引線130A-130F以及132A和132B形成關(guān)于管芯110的軸131對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。此外，直到引線從引線框上剪下時(shí)，引線僅由外連接桿107和109保持穩(wěn)定，而且不需要任何中心連接桿，該中心連接桿對(duì)于以上引用的申請(qǐng)[美國代理記事表第M-7546號(hào)]所述的非對(duì)稱設(shè)計(jì)產(chǎn)生扭曲和翹曲。
圖6F示出引線130A-130F以及132A和132B已經(jīng)被彎曲，使得引線外側(cè)部分的底部被彎曲平坦且共面，并能與諸如印刷電路板的平坦表面接觸之后的結(jié)構(gòu)。圖6F還示出了包裹管芯110的塑料封殼134。塑料封殼134未覆蓋熱沉126的底表面，該底表面保持暴露以向管芯110的背側(cè)提供電接觸。在圖6F中，熱沉126的邊緣也保持暴露(如箭頭表示)，以允許直觀確認(rèn)用于在熱沉126和印刷電路板之間形成連接的環(huán)氧樹脂或焊料已正確地潤濕和流動(dòng)(并且在環(huán)氧樹脂的情形中，均勻地分布)，以建立良好的電連接。
如上所述，熱沉126是如銅的金屬塊。雖然熱沉126用以將熱傳離管芯110，但是任何金屬塊可用于取代熱沉126，無論在具體應(yīng)用中它是否主要用作“熱沉”或熱導(dǎo)體。在一些應(yīng)用中，金屬塊主要可用作到管芯背側(cè)的低電阻連接。于是，如此處所使用的，術(shù)語“熱沉”包括用于與管芯背側(cè)(底部)形成電和/或熱連接的任何金屬塊或片。
一個(gè)單獨(dú)的引線框可以包含圖6A所示的源極和柵極引線的多個(gè)重復(fù)。例如，圖7A所示的引線框140包括柵極引線140G1和140G2以及源極引線140S1和140S2。圖7B示出具有定位在引線框上方的小方片142A和142B的引線框140，圖7C示出粘接在引線框140上的小方片142A和142B。圖7D分別示出粘接在小方片142A和142B上的熱沉144A和144B。最后，在圖7E中，小方片142A和142B分別包裹在塑料封殼146A和146B內(nèi)。
在塑料封殼已經(jīng)模塑后，連接桿被修剪掉，留下圖7F所示的具有自封裝的每側(cè)伸出的四根引線的結(jié)構(gòu)。如上所述，引線148A中的6根連接到源極引出端，而引線148A中的2根連接到柵極引出端。引線148A于是被彎曲，以形成表面安裝封裝，如圖7G所示。
還可以將整個(gè)結(jié)構(gòu)模塑到多管芯塑料封殼149內(nèi)，該封殼包括小方片142A和142B兩者，并具有8根引線，而不是4根引線，如圖7H所示。使用本發(fā)明的引線框，這是非常方便的，因?yàn)樵谠S多實(shí)施例中，沒有將在塑料封殼內(nèi)的鄰近小方片之間產(chǎn)生電連接的中心連接桿。
圖8A示出定位在管芯142A上方的引線框140的橫截面視圖，具有在引線框140表面上的環(huán)氧樹脂點(diǎn)150。圖8B示出粘接到引線框140上的管芯142。環(huán)氧樹脂點(diǎn)150已鋪展開，以形成單環(huán)氧樹脂層152。注意，引線框140中的缺口重疊在管芯142A的邊緣上方。圖8C示出定位在熱沉144A上方的管芯142A，而圖8D示出通過環(huán)氧樹脂層154粘接的管芯142A和熱沉144A。圖8E示出在塑料封殼156已經(jīng)繞管芯142A和熱沉144A噴射模塑后的結(jié)構(gòu)，引線148A從每一側(cè)伸出。圖8F中，引線148A已經(jīng)被彎曲，以形成表面安裝封裝。注意，熱沉144A的底面得以顯露。
如圖8G-8J所示，粘接工藝可以顛倒，即先將管芯142A粘接到熱沉144A上，然后粘接到引線框140上。
圖9A-9D是透視圖，示出暴露熱沉的一條或一條以上邊緣以允許對(duì)熱沉和安裝它的表面之間的粘結(jié)的直觀檢測的不同方式。圖9A中，熱沉144A的整個(gè)周邊得以顯露。圖9B中，熱沉144A的對(duì)立的較短邊緣得以顯露。圖9C中，熱沉144A的對(duì)立的較長邊緣得以顯露。圖9D中，熱沉144A的兩條對(duì)立邊緣得以顯露，且將塑料封殼156開口以允許其它邊緣的片斷得以顯露。圖9E-9H分別是圖9A-9D所示結(jié)構(gòu)的仰視圖，其中，虛線代表塑料封殼的邊緣。
圖10A示出帶缺口的T形熱沉144A，該熱沉包括如上所述的邊160以及在邊160下側(cè)上的缺口158。此布置將熱沉“鎖”在塑料封殼156上，并防止了熱沉和重疊的管芯(圖10A中未示出)之間的分層。圖10B是圖10A所示結(jié)構(gòu)的仰視圖。圖10C示出一種變體的橫截面視圖，其中熱沉144的底部略微從塑料封殼156凸出。
在圖10D所示的布置中，缺口162在熱沉144A的底部附近形成，進(jìn)一步強(qiáng)化了塑料封殼和熱沉之間的結(jié)合。缺口162可以沿?zé)岢?44A的所有或部分側(cè)面行進(jìn)。圖10E是熱沉144A的另一形式的橫截面視圖，該熱沉包括邊160但不包括缺口。圖10F和10G示出一種可選熱沉144A，它具有在邊160周圍間隔形成的孔164。這進(jìn)一步鞏固了熱沉和環(huán)繞的塑料封殼之間的粘結(jié)。
T形熱沉144的再一種形式示于圖10H和10I，其中在熱沉的頂部表面上形成一系列孔166。在圖10J和10K所示的實(shí)施例中，孔168還形成在將要放置管芯142A的位置上?？?68為用于粘結(jié)管芯142A和熱沉144A的環(huán)氧樹脂或焊料提供了容器，從而增加了這些元件之間的結(jié)合。例如，孔166和168在直徑上可以為10至50μm。
圖10L示出了結(jié)合以上描述的諸多特征的一個(gè)實(shí)施例，包括邊160、缺口158、被塑料填充的孔166和被管芯粘接環(huán)氧樹脂或焊料填充的孔168。
如上所述，當(dāng)液態(tài)環(huán)氧樹脂或焊料因管芯和引線框之間的壓力而鋪展開時(shí)，相鄰引線之間的短路可能發(fā)生。此問題的一種解決方案示于圖11A和11B，其中，溝槽170和172在相鄰引線140G1和140S1內(nèi)形成。溝槽170和172提供了在引線框140被擠壓到管芯142A上時(shí)環(huán)氧樹脂可以擴(kuò)展的空間。溝槽170和172被示出比重疊在管芯142A邊緣上方的缺口174窄，但是并非必須這樣。例如，溝槽可以0.25至4密耳寬(一般1密耳)和1至4密耳深。優(yōu)選地，各溝槽的深度和寬度是相等的。
溝槽可以沿任何引線的邊緣形成，在該邊緣存在鋪展的環(huán)氧樹脂或焊料導(dǎo)致的短路危險(xiǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的引線框中，引線可以采取許多種形狀和圖案。圖12A-12F的平面圖中示出了若干可能性。圖12A示出了粘接到管芯182和熱沉180上的條形引線184，一種用于封裝二極管和其它二引出端器件的結(jié)構(gòu)。圖12B中，引線184具有接觸管芯的較寬部分184A。圖12C示出分別具有粘接到管芯182上的較寬部分190A和192A的引線190和192，一種用于封裝雙二極管、雙極晶體管、功率MOSFET、JFET(結(jié)型場效應(yīng)晶體管)和許多其它三引出端器件的具有三個(gè)分立的電引出端的結(jié)構(gòu)。圖12D中，條形引線200與具有較寬部分202A的引線202結(jié)合。圖12E示出與具有較寬部分212A的趾狀引線212結(jié)合的條形引線210，一種用于封裝具有三個(gè)電連接的器件的結(jié)構(gòu)，在該器件中需要超過三個(gè)的管腳。最后，圖12F示出與趾狀引線222結(jié)合的具有偏移部分的條形引線220。
作為對(duì)重疊在管芯邊緣上方的缺口的另一種方案，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，引線框被彎曲以形成引線框經(jīng)過管芯邊緣上方的另一種方案。例如，圖13A中，引線框240包括在引線框240和管芯250邊緣間提供間隔的彎曲246和248。圖13B示出粘接到管芯250上的引線框240，而圖13C示出從管芯底部觀察的同樣結(jié)構(gòu)。圖13D中，熱沉260粘接到管芯250底部上。完成后的結(jié)構(gòu)在圖13E中從熱沉的底部示出，而在圖13F中從引線框240的頂部示出。
此處的公開內(nèi)容是說明性的，而不是限制性的。雖然根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例已經(jīng)得以描述，但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，明顯的是，本發(fā)明的主旨包括大范圍的備選實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝，包括具有第一和第二主表面的半導(dǎo)體管芯；粘接至管芯第一表面上的熱沉；粘接至管芯第二表面上的引線，所述引線在管芯的對(duì)立邊緣上方延伸，在引線面對(duì)管芯的一側(cè)上在引線上形成缺口，所述缺口位于引線越過管芯邊緣的位置上；以及包裹該管芯以及引線和熱沉的至少一部分的非導(dǎo)電封殼，引線的相對(duì)端從封殼伸出。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，引線關(guān)于管芯的軸對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，在引線越過管芯第一邊緣的位置上在引線上形成第一缺口，而在引線越過管芯第二邊緣的位置上在引線上形成第二缺口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體封裝,它包括多個(gè)具有至少一個(gè)缺口的金屬引線(440)。
文檔編號(hào)H01L23/433GK1359608SQ00809717
公開日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2000年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月27日
發(fā)明者艾倫·K·拉姆, 理查德·K·威廉斯, 亞歷克斯·K·喬伊 申請(qǐng)人:艾倫·K·拉姆, 理查德·K·威廉斯, 亞歷克斯·K·喬伊