專利名稱：減少或消除半導體器件布線偏移的方法及用其制造的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及封裝半導體器件，特別是涉及減少或消除封裝半導體器件中的布線偏移和擺動(wire sweep and sway)的方法。
背景技術(shù)：
在半導體器件的制造中，導體(例如鍵合線)經(jīng)常用于提供半導體器件的元件之間的互連。例如，圖1示出常規(guī)半導體器件100的一部分。半導體器件100包括引線框102和引線框接觸件102a。半導體元件(例如管芯)104安裝在引線框102上。鍵合線106提供半導體元件104和引線框接觸件102a之間的互連。包膠模具(overmold)(即模具化合物)設(shè)置在鍵合線106、半導體元件104和引線框接觸件102a上。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，在半導體器件100中可以包括大量鍵合線106，從而提供半導體元件104上的各個連接點和相應(yīng)引線框接觸件102a之間的互連。
在制造半導體器件100的工藝中，可能發(fā)生相鄰鍵合線106之間的短路，或者發(fā)生與一個或多個鍵合線106的連接的開路。例如，在制造期間，鍵合線106的移動(擺動、偏移等)可能導致相鄰鍵合線106之間的短路。此外，鍵合線的這種移動可能引起一個或多個鍵合線106斷裂，因此導致開路。
圖2示出常規(guī)半導體器件200，它包括位于鍵合線106上的密封劑210。密封劑210還覆蓋鍵合線106與每個半導體元件104和引線框架接觸件102a之間的連接點。在其它方面，圖2所示的元件非常類似于上述圖1所示的元件。
圖3是常規(guī)半導體器件100的透視圖，它類似于圖1所示的器件。半導體元件104安裝在引線框102上。多個鍵合線106提供半導體元件104和相應(yīng)引線框接觸件102a之間的互連。包膠模具108(在圖3中被部分地切除)設(shè)置在半導體元件104和鍵合線106上。
圖4是常規(guī)半導體器件400的切割的側(cè)視圖。如在圖1-3中那樣，半導體元件104安裝在引線框102上，并且鍵合線106提供半導體元件104和引線框接觸件102a之間的互連。密封劑410設(shè)置在半導體元件104和鍵合線106上。包膠模具108設(shè)置在半導體元件104的上方和下面，如圖4所示。
在圖1-4所示的常規(guī)半導體器件結(jié)構(gòu)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了各種問題。如前面所提供的，在半導體器件的制造和移動期間，鍵合線106可能在連接點之一(即，在半導體元件104或引線框接觸件102a上)上變松動(即開路)。此外，相鄰鍵合線106可能彼此面向移動(例如，擺動)，由此在半導體器件中產(chǎn)生短路。鑒于希望減小半導體器件的尺寸(和相應(yīng)地希望增加半導體器件中的導體密度)，這些問題是非常難以解決的。這些制造缺陷導致在批量半導體中產(chǎn)生有缺陷的元件，導致更高的制造成本和不佳的可靠性。因此，希望提供一種制造半導體器件的改進方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在本發(fā)明的典型實施例中，提供一種封裝多層線鍵合半導體器件的方法。該方法包括只穿過每層的多個導體中的至少兩個導體的一部分施加絕緣材料，其中所述導體提供多層線鍵合半導體器件中的元件之間的互連。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，將密封劑施加于導體和元件，由此封裝半導體器件。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，絕緣化合物包括球形硅石顆粒，從而保持多個導體的相鄰導體之間的預定隔離。
根據(jù)本發(fā)明的又一方案，以基本上環(huán)繞的方式將絕緣化合物施加在至少一個半導體元件的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，以至少兩種幾何形狀結(jié)構(gòu)施加絕緣化合物，每種幾何形狀結(jié)構(gòu)按照環(huán)繞方式基本上包圍至少一個半導體元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，以至少兩種不同結(jié)構(gòu)將絕緣材料施加在至少一個半導體元件的周邊部分周圍，這兩種結(jié)構(gòu)彼此不接觸。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，半導體器件包括多個半導體元件；設(shè)置成多層結(jié)構(gòu)并提供多個半導體元件之間的互連的多個導體；以及絕緣材料，只穿過多個導體中的至少兩個導體的一部分施加該絕緣材料，其中所述多個導體處于多層中的至少兩層中。
這些和其它方面將從下面提供的詳細說明可以明顯看出。


通過下面結(jié)合附圖的詳細說明可以最好地理解本發(fā)明。需要強調(diào)的是，根據(jù)通常的實踐，附圖的各個特征不是按比例繪制的。相反，為了清楚起見，將各個特征尺寸任意地擴大或縮小。附圖中包含的是以下圖圖1是現(xiàn)有技術(shù)半導體器件中的半導體元件之間的互連的切割側(cè)視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)半導體器件中的半導體元件之間的被封裝互連的切割側(cè)視圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)半導體器件中的半導體元件之間的多個互連的透視圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)半導體器件中的半導體元件之間的被封裝互連的切割側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明典型實施例的半導體器件中的半導體元件之間的互連的切除側(cè)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一典型實施例的半導體器件中的半導體元件之間的互連的切割側(cè)視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明典型實施例的半導體器件中的半導體元件之間的互連的透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明又一典型實施例的半導體器件中的半導體元件之間的互連的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明典型實施例的被絕緣材料隔離的導體的切割側(cè)視圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明典型實施例的絕緣材料中的硅石顆粒尺寸分布的曲線圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明典型實施例的絕緣材料中的硅石顆粒尺寸分布的另一曲線圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明典型實施例的封裝半導體器件方法的流程圖；圖13A是根據(jù)本發(fā)明典型實施例的多層線鍵合半導體器件中的半導體元件之間的互連的切割側(cè)視圖；圖13B是圖13A所示的器件的頂部平面圖；圖14A是根據(jù)本發(fā)明另一典型實施例的多層線鍵合半導體器件中的半導體元件之間的互連的切割側(cè)視圖；以及圖14B是圖14A所示的器件的頂部平面圖。
發(fā)明的詳細說明下面將參照

本發(fā)明的選擇實施例的優(yōu)選特征。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的精神和范圍不限于為舉例說明而選擇的實施例。而且，還應(yīng)該注意到，附圖不限于任何特定尺寸或比例。預期下面所述的任何結(jié)構(gòu)和材料可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行修改。
如這里使用的，術(shù)語半導體器件指的是器件的廣泛范疇，包括封裝半導體器件，例如集成電路、存儲器件、DSP(即數(shù)字信號處理器)、QFP(即，四元平面封裝)、PBGA(即，塑料球柵陣列)、BOC(芯片上板)、COB(即，板上芯片)、CABGA(芯片陣列球柵陣列)和分立器件(即，非封裝器件，在一個板上安裝可以不止一個器件)。此外，術(shù)語半導體元件指的是半導體器件的任何部分，包括襯底、管芯、芯片、引線框、引線框接觸件等。
一般來說，本發(fā)明涉及穿過鍵合導體(即鍵合線)放置絕緣材料(例如，以聚合物珠子、條、或成型形狀的形式)，其中所述鍵合導體提供半導體器件中的半導體元件之間的互連。
絕緣材料(例如聚合物橋)產(chǎn)生晶格(即，晶格橋)或?qū)⒔o導體提供附加穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，從而在進一步處理期間(例如在轉(zhuǎn)移模制期間)分離導體。此外，如果作為至少部分的流體形式施加絕緣材料，則在半導體器件的模制期間，可以通過流體力而在整個互連導體網(wǎng)絡(luò)中進行分布。這種分離和力轉(zhuǎn)移減少了布線的偏移和擺動，并減少或消除了由包膠模制引起的短路。
施加絕緣材料(例如聚合物材料，如環(huán)氧樹脂)之后，使用加熱或紫外線能量中的至少一種方式使樹脂固化。然后可以施加包膠模具，從而提供布線彼此之間沒有相向移動或“偏移”的封裝半導體器件。
根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，這里所公開的方法和器件特別適合于通過緊湊和集成器件制造商制造的鍵合線半導體器件的組裝。本發(fā)明的某些實施例特別適用于具有長導體/鍵合線或者具有復雜鍵合線幾何形狀(例如，QFP，堆疊管芯器件，和BGA)的半導體器件。
與現(xiàn)有技術(shù)制造方法相反，本發(fā)明的各個實施例在半導體器件中所包含的半導體元件周圍或附近的環(huán)形、矩形、和/或任何合適結(jié)構(gòu)中利用非常少量的絕緣材料(例如聚合物材料)。
如這里所解釋的，本發(fā)明的某些實施例提供優(yōu)于現(xiàn)有制造技術(shù)的額外優(yōu)點，包括制造工藝中的附加靈活性、用于穩(wěn)定導體的昂貴聚合物的最少化、以及通用的半導體器件應(yīng)用。本發(fā)明的典型實施例減少了復雜半導體器件類型(例如堆疊管芯器件)上的偏移，并允許延長例如QFP和BGA中的導體長度。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明典型實施例的半導體器件500的切割側(cè)視圖。半導體器件500包括安裝在引線框502上的半導體元件504(例如管芯)。例如，半導體元件504可以使用粘合劑安裝到引線框502上。鍵合線506提供半導體元件504和引線框接觸件502a之間的互連。在將包膠模具508施加于器件之前，將絕緣材料512施加于鍵合線506的一部分上。例如，絕緣材料512可以以矩形、環(huán)形、和/或任何合適形狀施加于半導體元件504周圍或附近。此外，可以設(shè)置絕緣材料512使其更靠近半導體元件504(如與引線框接觸件502a相對)，因為鍵合線506在半導體元件504上具有比在引線框接觸件502a上更接近的間距(即，更靠近相鄰鍵合線506)?；蛘撸^緣材料512可以設(shè)置在半導體元件504和引線框接觸件502a之間的中間位置上。另外，按照給定器件中的需要，絕緣材料512可以設(shè)置在半導體元件504和引線框接觸件502a之間的許多位置中的任何一個位置上。
通過穿過鍵合線506提供絕緣材料512，穩(wěn)定每個鍵合線506相對于彼此的位置。通過使用絕緣材料512使鍵合線506彼此相對穩(wěn)定，即使沒有消除，也可以基本上減小在應(yīng)用包膠模具508期間相鄰鍵合線506短路的風險。另外，通過使鍵合線506的位置穩(wěn)定，還可以基本上減少在制造期間鍵合線506的開路。
絕緣材料512例如可以是聚合物材料，例如環(huán)氧樹脂。另外，絕緣材料512可以包括絕緣顆?；蛑樽?，在將絕緣材料512施加于鍵合線506期間它們分布在鍵合線506之間。這種絕緣珠子還使鍵合線506彼此相對穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，在絕緣材料中分布的絕緣珠子具有大約4.1μm的平均粒徑、4.5μm的中間粒徑和20μm的最大粒徑。這些絕緣珠子例如可以是球形硅石顆粒。
圖6是半導體器件600的切割側(cè)視圖，其中半導體器件600類似于圖5中所示的半導體器件500。如圖5中所示的本發(fā)明的典型實施例，圖6示出穿過一部分鍵合線506提供的絕緣材料512。然而，除了絕緣材料512之外，圖6還示出了穿過另一部分鍵合線506提供的絕緣材料514?？梢砸耘c絕緣材料512相似的結(jié)構(gòu)(例如，以在半導體元件504周圍或附近的矩形、環(huán)形、和/或任何合適形狀)設(shè)置絕緣材料514。另外，絕緣材料514可以是諸如環(huán)氧樹脂的聚合物材料，并且可以包括參照前面圖5所述的絕緣珠子。
圖7示出包括安裝在引線框702上的半導體元件704的半導體器件700。鍵合線706提供半導體元件704和引線框接觸件702a之間的互連。穿過一部分鍵合線706設(shè)置絕緣材料712，從而使鍵合線706彼此相對穩(wěn)定。在圖7所示的本發(fā)明典型實施例中，在半導體元件704周圍或附近以基本上為環(huán)形的形狀(和/或任何合適形狀)設(shè)置鍵合線706。通過穿過一部分鍵合706提供絕緣材料712，可以在施加包膠模具之前和期間基本上減少鍵合線706的開路或短路。
圖8是類似于圖7所示器件的半導體器件800的透視圖。除了圖7中所提供的環(huán)形絕緣材料712之外，圖8示出穿過一部分鍵合線706提供的絕緣材料814。通過除了絕緣材料712之外還提供絕緣材料814，可以進一步使鍵合線706彼此相對穩(wěn)定。
盡管圖7示出包括單個絕緣材料環(huán)712的半導體器件700，以及圖8示出包括絕緣材料環(huán)712和絕緣材料環(huán)814的半導體器件800，但是還可以提供絕緣材料的附加環(huán)(或其它形狀部分)。這樣，可以根據(jù)需要將一個、兩個、三個或任何數(shù)量的絕緣材料環(huán)/珠子施加于給定半導體器件。
圖9是鍵合線906a、906b和906c的切割示意圖。例如，鍵合線906a、906b和906c提供半導體器件中的半導體元件(圖9中未示出)和引線框接觸件(圖9中未示出)之間的互連。穿過一部分鍵合線906a、906b和906c提供絕緣材料912。在圖9所示的本發(fā)明典型實施例中，絕緣材料912包括絕緣珠子。絕緣珠子可以是各種不同尺寸的，并因為絕緣珠子小于相鄰鍵合線(例如，鍵合線906a和906b之間)之間的距離，因此絕緣珠子分散到相鄰鍵合線之間的位置中，由此提高了相鄰鍵合線之間的穩(wěn)定性和絕緣性。
圖9示出表示鍵合線906a和906b之間的中心與中心距離(即間距)的距離“d1”。此外，圖9示出表示鍵合線906a和906b之間的間隔的距離“d2”。根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，絕緣材料可以施加于超細間距鍵合線半導體器件。例如，這種器件中的距離d1可以大約為35μm或以下，并且這種器件中的距離d2可以大約為15μm或以下。通過穿過一部分鍵合線提供絕緣材料(例如，分散在其中的絕緣珠子)，可以將本發(fā)明的提高的鍵合線穩(wěn)定性應(yīng)用于距離d1和d2較小的超細間距鍵合線半導體器件。
通過根據(jù)這里所述的方法制造半導體器件，可以增加半導體器件內(nèi)的導體密度，如所希望的那樣使半導體器件的尺寸減小。
根據(jù)本發(fā)明的制造半導體器件的額外優(yōu)點是由于穿過一部分鍵合線包括絕緣材料，因此用于封裝該器件的包膠模具/封裝材料可以由更便宜的材料和工藝構(gòu)成(例如，與“glob-toping”相對的模具類型封裝)，因為密封劑不必使鍵合線穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的各個典型實施例使用的絕緣材料中所包含的珠子可以是許多類型絕緣珠子中的任何一種。例如，珠子可以由硅石填料構(gòu)成。此外，絕緣珠子可以是具有變化尺寸和形狀的變化類型。
本發(fā)明的絕緣材料可以包括高粘性、可紫外線固化的硅石。例如，可以用重量百分比處于50-85％之間的硅石填充絕緣材料。
圖10是示出在根據(jù)本發(fā)明典型實施例的絕緣材料中所使用的兩種不同硅石填料(例如SiO2)的典型粒徑分布(即，顆粒尺寸直徑)的柱狀曲線圖。在圖10所示的典型分布中，硅石2顆粒尺寸珠子在大約0.05微米到大約0.5微米的范圍內(nèi)。此外，硅石1顆粒尺寸珠子的分布在大約0.5微米到大約20微米的范圍內(nèi)。圖10的柱狀曲線的y軸表示硅石1和硅石2顆粒中的每一種的每個尺寸的百分比。
已經(jīng)證實當分散在根據(jù)本發(fā)明的某些典型實施例的絕緣材料(例如環(huán)氧樹脂)中時圖10所示的硅石填料是特別有用。用于表示硅石1的這種類型球形硅石的硅石直徑尺寸的單獨分布是0％是大于24微米，1.1％是小于24微米和大于16微米，4.0％是小于16微米和大于12微米，11.5％是小于12微米和大于8微米，12.8％是小于8微米和大于6微米，35.8％是小于6微米和大于3微米，13.3％是小于3微米和大于2微米，12.5％是小于2微米和大于1微米，7.0％是小于1微米和大于0.5微米，以及2.0％是小于0.5微米和大于0微米。用于表示硅石2的這種類型球形硅石的硅石直徑尺寸的單獨分布是0％是大于0.6微米，0.5％是小于0.6微米和大于0.5微米，7.03％是小于0.5微米和大于0.45微米，9.13％是小于0.45微米和大于0.4微米，12.83％是小于0.4微米和大于0.35微米，13.43％小于0.35微米和大于0.3微米，13.33％是小于0.3微米和大于0.25微米，9.33％是小于0.25微米和大于0.2微米，5.83％是小于0.2微米和大于0.15微米，4.33％是小于0.15微米和大于0.1微米，5.83％是小于0.1微米和大于0.09微米，5.93％是小于0.09微米和大于0.08微米，5.53％是小于0.08微米和大于0.07微米，4.93％是小于0.07微米和大于0.06微米，1.73％是小于0.06微米和大于0.05微米，以及0.31％是小于0.05微米。
根據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例，穿過多層線鍵合半導體器件中的多個鍵合線層施加絕緣材料。這樣，可以減少和/或消除多層線鍵合半導體器件中的與線偏移和擺動相關(guān)的短路和其它問題。在本發(fā)明的某些典型實施例中，除了如上所述那樣穿過相鄰導體施加絕緣材料之外，還可以穿過多個鍵合線層施加絕緣材料。
圖13A示出根據(jù)本發(fā)明典型實施例的半導體器件1300的切割側(cè)視圖，圖13B是其頂部圖。半導體器件1300包括安裝在引線框1302上的半導體元件1304(例如管芯)。例如，半導體元件1304可以使用粘合劑安裝到引線框1302上。鍵合線1306提供半導體元件1304和半導體器件1300的另一部分、例如圖13A中未示出的引線框接觸件之間的互連。在將包膠模具施加于器件之前，將絕緣材料1312施加于一部分鍵合線1306上。例如，絕緣材料1312可以以矩形、環(huán)形、和/或任何合適形狀施加于半導體元件1304周圍或附近。如上所述，絕緣材料1312可以按照給定器件的需要設(shè)置在半導體元件1304和鍵合線1306的其它連接點之間的許多位置中的任何一個位置上。
如圖14A和14B所示，在器件1400中，絕緣材料1312可以按照給定器件的需要設(shè)置在半導體元件1304和鍵合線1306的其它連接點之間的任意數(shù)量的位置上。
還可以想到在單個半導體器件上的不同位置不止一次設(shè)置絕緣材料，或者，更具體地講，可以按照給定器件的需要在半導體元件1304和鍵合線1306的其它連接點之間的任意數(shù)量的位置上以任意次數(shù)設(shè)置絕緣材料1312。還可以想到絕緣材料可以接觸或不接觸半導體元件1304和/或引線框1302，如圖14A所示。
再次參見圖13A，鍵合線1306設(shè)置成層或排(即，器件1300是多層線鍵合半導體器件)。穿過每個鍵合線層設(shè)置絕緣材料1312，由此減少或基本上消除了由于如這里所述的線偏移和其它相關(guān)問題而產(chǎn)生的短路。當然，不必穿過每個鍵合線層設(shè)置絕緣材料1312。例如，在具有四層鍵合線的某種結(jié)構(gòu)中(如圖13A所示)，可以按照特定應(yīng)用中的需要穿過2、3或所有4層設(shè)置絕緣材料1312。
通過穿過鍵合線1306設(shè)置絕緣材料1312，穩(wěn)定了每層鍵合線1306彼此相對的位置。通過使用絕緣材料1312使多層鍵合線1306彼此相對穩(wěn)定，如果不能消除的話，也可以基本上減少相鄰層鍵合線1306短路的風險(例如在施加包膠模具期間)。另外，通過使多層鍵合線1306的位置穩(wěn)定，還可以基本上減少制造期間鍵合線1306的開路。
如關(guān)于本發(fā)明可選擇實施例所述的那樣，絕緣材料1312例如可以是諸如環(huán)氧樹脂的聚合物材料。另外，絕緣材料1312可包括絕緣顆?；蛑樽?，在施加絕緣材料1306期間它們分布在多層鍵合線1306之間。這種絕緣珠子進一步使多層鍵合線1306彼此相對穩(wěn)定。這些絕緣珠子例如可以是球形硅石顆粒。
如上所述，可以在根據(jù)本發(fā)明的某些典型實施例的絕緣材料中混合絕緣珠子(例如硅石顆粒)或變化類型和尺寸。例如，硅石1的顆粒分布可以與硅石2的顆粒分布混合。在一個實施例中，硅石1顆粒分布的10份與類型硅石2顆粒分布的3份混合。圖11中示出了表示這種混合的SiO2顆粒尺寸分布的柱狀曲線。
用于混合圖11所示的球形硅石的硅石直徑尺寸的獨立分布是0％是大于24微米，0.85％是小于24微米和大于16微米，3.08％是小于16微米和大于12微米，8.85％是小于12微米和大于8微米，9.85％是小于8微米和大于6微米，27.54％小于6微米和大于3微米，10.23％是小于3微米和大于2微米，9.62％是小于2微米和大于1微米，5.5％是小于1微米和大于0.6微米，3.16％是小于0.6微米和大于0.5微米，2.11％是小于0.5微米和大于0.45微米，2.96％是小于0.45微米和大于0.4微米，3.1％是小于0.4微米和大于0.35微米，3.08％是小于0.35微米和大于0.3微米，2.15％小于0.3微米和大于0.25微米，1.35％是小于0.25微米和大于0.2微米，1.0％是小于0.2微米和大于0.15微米，1.35％是小于0.15微米和大于0.1微米，1.37％是小于0.1微米和大于0.09微米，1.28％是小于0.09微米和大于0.08微米，1.14％是小于0.08微米和大于0.07微米，0.4％是小于0.07微米和大于0.06微米，0.07％是小于0.06微米和大于0.05微米，0％是小于0.05微米。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)施加根據(jù)本發(fā)明的絕緣材料在制造期間(例如，在施加絕緣材料之后進行包膠模制期間)在保護半導體封裝中的鍵合線不使其偏移方面特別有用，其中最長的鍵合線的長度與直徑之比大于250。在某些實施例中，該工藝包括分散絕緣材料(例如，當半導體器件仍然處在線鍵合機器上時)，之后為材料流動提供一段時間。流動時間例如可以是2秒到50秒(更具體地在7和25秒之間)，這取決于各種條件，例如半導體器件的尺寸、半導體器件的溫度、分散期間絕緣材料的溫度、以及提供元件之間互連的導體密度。之后，使用加熱、UV輻射、可見光輻射以及IR輻射中的一些組合使絕緣材料固化。
如這里提供的，施加包括特殊尺寸和數(shù)量的絕緣顆粒的絕緣材料在提高絕緣材料在短路鍵合線對之間流動和分離短路鍵合線對的能力方面特別有用。例如，小直徑的無機顆粒也可以用于填充在鍵合線之間。此外，使用的絕緣材料的類型(例如聚合物樹脂)可以增強絕緣材料/密封劑的表面能量性能，從而可以最大程度地防止短路和使減少性能最大。
例如，絕緣顆粒(即填料顆粒)的尺寸明顯小于所希望的相鄰鍵合線之間的間隙，并且在特殊尺寸和數(shù)量上增加，從而提高絕緣材料的流動性。絕緣材料/密封劑可以通過暴露于UV輻射源或者暴露于UV輻射、可見光輻射和紅外輻射的組合而快速地固化。當在線鍵合之后立即或短時間內(nèi)施加絕緣材料時，并且當鍵合線長度比鍵合線直徑至少大250倍時，這里所公開的方法特別有用。
通過這里所公開的各種典型實施例，本發(fā)明可以提供具有較長、較薄的鍵合線以及由于焊盤間距較小而具有較高密度的I/O連接的封裝半導體器件。還增加了該半導體器件的產(chǎn)量，特別是針對后鍵合襯底處理、包膠模制和globtop封裝。通過向器件施加包括小尺寸和中間尺寸絕緣顆粒(例如球形硅石顆粒)的組合的絕緣材料用于分散和分布在相鄰鍵合線之間，然后使用加熱、暴露于輻射(紫外線、可見光輻射和/或紅外線)和/或通過熱批量處理使絕緣材料固化/凝結(jié)來防止細間距、小直徑線鍵合半導體器件的短路，從而提高了半導體器件的產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，在線鍵合之后絕緣材料一能用，就使用自動分散機施加包括小尺寸和中間尺寸球形硅石組合的絕緣材料。
絕緣材料的固化和/或凝結(jié)可以根據(jù)所使用的本發(fā)明的實施例而改變。例如，可以使用加熱和暴露于紫外輻射而直接在線鍵合器上使絕緣材料固化/凝結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例，可以通過加熱和暴露于紫外線、可見光輻射和紅外輻射中的一種在線鍵合器上使絕緣材料固化。根據(jù)本發(fā)明的再一典型實施例，可以使用熱批量處理使絕緣材料固化/凝結(jié)。
絕緣材料可以是包括基本上是球形的硅石顆粒的環(huán)氧封裝材料，其中所述球形硅石顆粒至少部分地小于超細間距線鍵合半導體器件中的所希望的相鄰鍵合線之間的間隔。在這個實施例中，可以這樣設(shè)計封裝材料使得紫外輻射、可見光輻射和/或紅外輻射的比強度、持續(xù)時間和波長分布能快速地使封裝材料凝結(jié)或至少部分地使封裝材料固化。此外，可以這樣設(shè)計絕緣材料的特性以及其施加工藝參數(shù)，使得在將絕緣材料分散到線鍵合半導體器件上時，它覆蓋整個鍵合線或者一部分鍵合線。
另外，可以在許多方向中的任何一個方向上施加絕緣材料。例如，可以從引線框接觸件向半導體器件的內(nèi)部半導體元件(例如管芯)施加絕緣材料?；蛘?，可以從半導體器件的內(nèi)部半導體元件(例如管芯)向半導體器件的引線框接觸件施加絕緣材料?；蛘?，可以從鍵合線本身的正上方(或正下方)直接施加絕緣材料。
在施加絕緣材料之前，優(yōu)選將半導體器件加熱到例如50℃和125℃之間的溫度，更具體地講，加熱到80℃和100℃之間的溫度。此外，還優(yōu)選將絕緣材料分散器加熱到例如35℃和85℃之間的溫度，更具體地講，加熱到50℃和70℃之間的溫度。通過加熱絕緣材料分散器中的絕緣材料，更容易分散絕緣材料。
如上面提供的，絕緣材料優(yōu)選包括含有絕緣顆粒的填料。例如，可以通過具有根據(jù)各種標準而確定的尺寸分布的硅石組合來調(diào)配填料。例如，尺寸分布可以基于下列目的(1)將小硅石顆粒裝載到相鄰鍵合線之間的窄間隔中，由此驅(qū)動鍵合線分開；(2)強迫硅石(例如通過毛細力)以提供相鄰鍵合線之間的相對高水平的電絕緣；(3)使硅石和絕緣材料(例如聚合物)的剩余物固定在原位上，從而使鍵合線穩(wěn)定，由此保持絕緣材料的電絕緣能力；(4)在施加絕緣材料期間最低限度地干擾脆性線環(huán)；(5)增加硅石顆粒的封裝密度，從而實現(xiàn)低CTE；以及(6)提供絕緣材料的平滑流動性能。
施加絕緣材料的工藝可以包括分散絕緣材料，并在半導體器件處在線鍵合機上的同時使絕緣材料固化，從而在剛剛完成線鍵合工藝之后(或之后的短時間內(nèi))就立即使細鍵合線的精細回路穩(wěn)定和保持不變。
另外，可以在對連續(xù)的半導體器件正在進行線鍵合的同時進行絕緣材料的分散，從而實現(xiàn)了相對快速的和有效的制造工藝。例如，當?shù)谝话雽w器件正在從絕緣材料分散器接收絕緣材料時(并且接下來被固化/凝結(jié))，第二半導體器件正在進行線鍵合。這種操作(即，施加絕緣材料和使絕緣材料固化/凝結(jié))可以應(yīng)用于相同線鍵合設(shè)備上的第一和第二半導體器件。
如上面提供的，在線鍵合之后立即(或者在線鍵合之后幾乎立即、或者實際上一旦使用自動分散機進行線鍵合之后)施加絕緣材料/密封劑，并且通過施加熱量和輻射能量曝光(例如，紫外線、可見光輻射或紅外線)中的至少一種或者通過熱批量處理進行固化/凝結(jié)。例如，用于使絕緣材料固化的熱處理可以包括(1)溫度升高；(2)保溫階段；(3)溫度下降。
可以作為添加給已有線鍵合裝置的新子系統(tǒng)提供用于加熱和分散絕緣材料(包括絕緣顆粒)的分散裝置，或者可以作為單獨的系統(tǒng)提供該分散裝置。
盡管這里公開了本發(fā)明的各種實施例，但實現(xiàn)了以下優(yōu)點(1)絕緣顆粒允許絕緣材料填充在鍵合線之間(這在利用超細間距線鍵合的半導體器件中很有價值)；(2)與用相同材料模制整個封裝的半導體器件相反，提供基本上需要少量體積的潛在高成本封裝材料的半導體器件；以及(3)可使用相對低成本的常規(guī)模制化合物或globtop封裝材料(和相關(guān)的設(shè)備)來包膠模制封裝。
可以設(shè)計用于促進本發(fā)明的各個實施例的施加系統(tǒng)，從而保證通過包括施加絕緣材料而使封裝工藝不降低生產(chǎn)率。例如，通過使用軟件控制和傳感器結(jié)合，該系統(tǒng)可以集成分散和固化絕緣材料的功能同時進行線鍵合操作。此外，在施加絕緣材料之后，隨著封裝工藝繼續(xù)進行(例如，通過樹脂轉(zhuǎn)移模制，glob top封裝等)，保護細鍵合線不移動，這種移動可能導致相鄰鍵合線的短路。這至少部分地歸因于絕緣材料(例如，模制化合物或封裝材料)的快速流動。
圖12是示出封裝半導體器件的方法的流程圖。在步驟1202，只穿過多個導體中的至少兩個的一部分施加絕緣材料，其中所述導體提供半導體器件中的元件之間的互連。在步驟1204，封裝導體和半導體元件，由此封裝了半導體器件。在任選的步驟1206，在施加步驟之后和封裝步驟之前使絕緣材料固化。
盡管本發(fā)明主要針對包含在半導體器件中的半導體元件的周圍或附近的環(huán)形或矩形的絕緣材料進行了說明，但是本發(fā)明不限于此。可以采用很多結(jié)構(gòu)(例如，絕緣材料的線性橋)設(shè)置絕緣材料，只要能使導體穩(wěn)定從而減少線偏移即可。
此外，可以在半導體器件的內(nèi)部元件周圍以基本上是圓周的形狀施加絕緣化合物。基本上是圓周的形狀可以是大量幾何形狀中的任何一種，例如環(huán)形、圓形、或橢圓形、正方形或矩形。此外，由于幾何形狀基本上是圓周形的，所以不必完全包圍半導體器件的內(nèi)部元件。
盡管本發(fā)明針對作為諸如環(huán)氧樹脂等聚合物材料的絕緣材料進行了說明，但是本發(fā)明不限于此?？梢允褂酶鞣N替換絕緣材料，只要該材料能為提供半導體器件的元件之間的互連的導體提供穩(wěn)定性即可。
在絕緣材料中包括絕緣顆粒的本發(fā)明實施例中，主要針對硅石顆粒對顆粒進行了說明，但是，顆粒不限于此。在絕緣材料中可以使用各種替換顆?；蛑樽?，只要顆粒可分散在提供半導體器件的元件之間的互連的相鄰導體之間即可。
應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對所示實施例進行其它修改，本發(fā)明的范圍分別在所附權(quán)利要求書中限定。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的封裝方法，該半導體器件包括至少一個半導體元件、載體和在多層結(jié)構(gòu)中的多個導體，所述導體提供所述至少一個半導體元件與所述載體之間的互連，該方法包括以下步驟只穿過每層的多個導體中的至少兩個導體的一部分施加至少一個絕緣材料珠子，其中所述多個導體提供多層線鍵合半導體器件中的元件之間的互連；以及封裝所述導體和元件，由此封裝所述半導體器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述施加步驟之后使所述絕緣材料固化的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述固化步驟包括加熱所述絕緣材料和使所述絕緣材料暴露于UV輻射中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述施加步驟包括將包括球形硅石顆粒的絕緣化合物施加于多個導體的該部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中按照基本上環(huán)繞的方式在所述至少一個半導體元件周圍施加所述絕緣化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中以至少兩種幾何形狀結(jié)構(gòu)施加所述絕緣化合物，每個所述幾何形狀結(jié)構(gòu)基本上按照環(huán)繞的方式包圍所述至少一個半導體元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述施加步驟包括除了向多個導體的該部分施加所述絕緣材料之外還向所述至少一個半導體元件的至少一部分施加所述絕緣材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述施加步驟包括除了向多個導體的該部分施加所述絕緣材料之外還向所述載體的至少一部分施加所述絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述施加步驟包括在所述至少一個半導體元件的周邊部分周圍以至少兩種不同結(jié)構(gòu)施加所述絕緣材料，所述兩種結(jié)構(gòu)彼此不接觸。
10.一種半導體器件，包括多個半導體元件；設(shè)置成多層結(jié)構(gòu)并提供所述多個半導體元件之間的互連的多個導體；以及絕緣材料，只穿過多個導體中的至少兩個導體的一部分施加該絕緣材料，其中所述多個導體處在多層中的至少兩層中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，還包括封裝所述導體和元件的并用于封裝所述半導體器件的封裝層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述多個半導體元件包括至少一個半導體管芯和引線框，所述半導體管芯具有多個第一接觸件，所述引線框具有多個第二接觸件，所述多個導體提供所述多個第一接觸件和所述多個第二接觸件之間的互連。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導體器件，其中穿過與所述半導體管芯相鄰的多個導體中的至少兩個的部分設(shè)置所述絕緣材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導體器件，其中穿過所述半導體管芯和所述引線框之間的大約中間位置上的多個導體中的至少兩個的部分設(shè)置所述絕緣材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料是可固化的絕緣材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料具有珠子或類似于珠子的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料是熱感應(yīng)可固化絕緣材料和UV輻射可固化絕緣材料中的至少一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料包括多個球形硅石顆粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料施加在所述半導體器件的內(nèi)部元件的周邊部分的周圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述絕緣材料是在所述半導體器件的內(nèi)部元件的周邊部分周圍的至少兩種不同的基本上環(huán)繞的結(jié)構(gòu)，所述兩種結(jié)構(gòu)彼此不接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導體器件，其中所述至少兩種不同的基本上環(huán)繞的結(jié)構(gòu)的第一種結(jié)構(gòu)接觸所述內(nèi)部元件的一部分，和/或所述至少兩種不同的基本上環(huán)繞的結(jié)構(gòu)的第二種結(jié)構(gòu)接觸支撐所述內(nèi)部元件的載體的一部分。
22.一種半導體器件的封裝方法，該半導體器件包括至少一個半導體元件、載體和在多層結(jié)構(gòu)中的多個導體，所述導體提供所述至少一個半導體元件和所述載體之間的互連，該方法包括以下步驟只穿過每層的多個導體中的至少兩個導體的一部分施加絕緣材料，所述絕緣材料包括具有小于相鄰導體之間間隙的直徑的絕緣顆粒，由此減少了潛在的所述相鄰導體之間的短路；以及使所述絕緣材料固化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括施加包含硅石顆粒和聚合物樹脂的絕緣材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述固化步驟包括將所述絕緣材料暴露于紫外線、可見光輻射和紅外輻射中的至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述固化步驟包括加熱所述絕緣材料和將所述絕緣材料暴露于紫外線、可見光輻射和紅外輻射中至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述固化步驟包括對所述絕緣材料實施熱處理，包括溫度升高、保溫和溫度下降。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括將所述絕緣材料施加于該器件，其中所述絕緣顆粒占據(jù)所述絕緣材料的體積的50％到85％之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括將所述絕緣材料施加于該器件，其中所述絕緣顆粒具有20微米的最大直徑。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括將所述絕緣材料施加于該器件，其中所述絕緣顆粒具有大約4.5微米的中間直徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述施加步驟包括向?qū)⑺鼋^緣材料施加于該器件，其中所述絕緣顆粒具有大約4.1微米的平均直徑。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過所述施加步驟在相鄰導體之間分散所述絕緣顆粒，由此提供相鄰導體之間的絕緣分離。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述施加步驟之前將所述半導體器件加熱到50和125℃之間的溫度的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述施加步驟之前將所述半導體器件加熱到80和100℃之間的溫度的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述施加步驟之前將所述絕緣材料加熱到35和85℃之間的溫度的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述施加步驟之前將所述絕緣材料加熱到50和70℃之間的溫度的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括封裝所述半導體器件的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述封裝步驟包括利用包膠模制密封劑封裝所述半導體器件。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述封裝步驟包括用globtop密封劑封裝所述半導體器件。
39.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括除了向所述多個導體的部分施加所述絕緣材料之外還向所述至少一個半導體元件的至少一部分施加所述絕緣材料。
40.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述施加步驟包括除了向所述多個導體的部分施加所述絕緣材料之外還向至少一部分所述載體施加所述絕緣材料。
41.一種半導體器件，包括至少一個半導體元件；用于支撐所述至少一個半導體元件的載體；設(shè)置成多層結(jié)構(gòu)并提供所述至少一個半導體元件和所述載體之間互連的多個導體；以及絕緣材料，該絕緣材料包括直徑小于所述多個導體中的相鄰導體之間的所希望的預定間隙的絕緣顆粒，只穿過多個導體中的至少兩個導體的一部分施加該絕緣材料，其中所述多個導體處在所述多層的至少兩層中，用于減少所述多個導體中的相鄰導體之間潛在的短路。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣材料包括聚合物樹脂，并且所述絕緣顆粒是硅石顆粒。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中通過紫外線、可見光輻射和紅外輻射中的至少一種至少部分地固化所述絕緣材料。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣顆粒占據(jù)所述絕緣材料體積在50到85％之間。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣顆粒具有20微米的最大直徑。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣顆粒具有大約4.5微米的中間直徑。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣顆粒具有大約4.1微米的平均直徑。
48.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，其中所述絕緣顆粒提供所述多個導體中的至少兩個導體之間的絕緣分離。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導體器件，還包括封裝所述至少一個半導體元件、所述載體、所述多個導體和所述絕緣材料的封裝層。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導體器件，其中所述封裝層包括包膠模制密封劑。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導體器件，其中所述封裝層包括globtop密封劑。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導體器件，其中所述多個導體中的每個導體具有大于各自導體直徑至少250倍的長度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層線鍵合半導體器件的封裝方法。該方法包括只穿過每層的多個導體中的至少兩個導體的一部分施加絕緣材料，其中所述多個導體提供多層線鍵合半導體器件中的元件之間的互連。該方法還包括封裝導體和元件，由此封裝半導體器件。
文檔編號H01L23/49GK1722397SQ20051008467
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者拉凱什·巴蒂施 申請人:庫利克和索夫工業(yè)公司