專利名稱：針對高電流和低電感的半導(dǎo)體裝配和封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件和工藝領(lǐng)域，更具體地涉及高性能絲焊半導(dǎo)體器件， 這些器件可以在成本低于倒裝焊芯片器件的情況下提供高功率、低噪聲和高速度。
背景技術(shù)：
在集成電路(IC)技術(shù)中存在組件的更加集成化和組件特征尺寸縮小的趨勢。更 高水平的集成化包括對更大數(shù)量的信號線和電源線的需求，而更小的特征尺寸使得越來越 難以保持沒有相互干擾的潔凈信號。此外，隨著信號頻率增大，需要特別注意信號的傳輸和屏蔽。這些趨勢和需求不僅支配組合IC的半導(dǎo)體芯片，還支配容納和保護IC芯片的封 裝。實際上，板和電子產(chǎn)品的其它部分已經(jīng)作為系統(tǒng)被包含于這些考慮中。在硅集成電路(IC)器件的加工工藝流程中倒裝焊芯片裝配的數(shù)量增長受到幾個 事實的推動。首先，當(dāng)與傳統(tǒng)絲焊互聯(lián)技術(shù)相關(guān)的寄生電感被降低時，一般可以改善半導(dǎo)體 器件的電學(xué)性能。其次，倒裝焊芯片裝配通常在芯片和封裝之間提供比絲焊更高的互聯(lián)密 度。第三，在很多設(shè)計中，倒裝焊芯片裝配比絲焊消耗更少的硅“實體(realestate)”，并因 此節(jié)約硅面積并降低器件成本。第四，當(dāng)利用并行的群焊/排式鍵合(gang-bonding)技術(shù) 而不是連續(xù)的單個鍵合步驟時，通?？梢越档椭圃斐杀?。傳統(tǒng)加工工藝利用錫球或焊錫凸 塊，并以其回流技術(shù)作為球焊的標(biāo)準方法。雖然倒裝芯片裝配器件在技術(shù)上看起來有優(yōu)勢，但倒裝芯片裝配的器件比絲焊器 件更昂貴。成本/性能敏感的產(chǎn)品比不上較低性能的器件。產(chǎn)品經(jīng)理要求倒裝芯片裝配的 產(chǎn)品的更高性能，但他們也要求絲焊器件更低的成本。其中絲焊器件的技術(shù)缺陷是焊絲的 較高電阻和較高電感。

發(fā)明內(nèi)容
申請人:認識到需要發(fā)展一種技術(shù)方法，該技術(shù)方法結(jié)合絲焊裝配的低成本優(yōu)勢和 優(yōu)越的技術(shù)特性優(yōu)勢，比如適用于高功率的最小電感和噪聲_高速的先決條件_以及降低 的電阻。裝配高引線數(shù)的器件的低成本方法應(yīng)該提供優(yōu)良的電學(xué)性能，特別是速度和功率、 機械穩(wěn)定性以及高產(chǎn)品可靠性。加工方法應(yīng)該有足夠的靈活度以便應(yīng)用于包括襯底在內(nèi)的 不同半導(dǎo)體產(chǎn)品系列以及大范圍的設(shè)計和工藝變體。本發(fā)明的一個實施例是一種包含半導(dǎo)體芯片的器件，該半導(dǎo)體芯片具有側(cè)邊緣和 靠近該邊緣的多個金屬焊盤；這些焊盤被對齊以形成平行于該邊緣的列。所述器件還包括 具有引線的引線框，這些引線的一端指向芯片邊緣并通過一縫隙與其間隔開；所述芯片被 附著在引線框上。被選擇引線的末端通過平行于芯片邊緣的金屬橫條連接起來。大致平行 的焊絲橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到橫條上，或者連接到未選擇的引線末端。在一個優(yōu)選引線布局中，被選擇引線和未選擇引線交替出現(xiàn)。在另一個優(yōu)選引線布局中，相鄰的未選擇引線被多個選擇引線框起來。
本發(fā)明的另一個實施例是一種包含半導(dǎo)體芯片的器件，該半導(dǎo)體芯片具有側(cè)邊緣 和靠近該邊緣的多個金屬焊盤；這些焊盤被對齊以形成平行于所述邊緣的列。該器件還包 括具有引線的引線框，這些引線的一端指向芯片邊緣并通過一縫隙與其間隔開，所述芯片 被附著在引線框上。第一組多個被選擇引線的末端通過平行于芯片邊緣的第一金屬橫條連 接起來。第二組多個被選擇引線的末端通過平行于芯片邊緣的第二金屬橫條連接起來。大 致平行的焊絲橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到第一橫條上，或者連接到第二橫條 上，或者連接到未選擇引線末端上。本發(fā)明的各個實施例提供通過多于一個連接線來傳輸電流的可能，因此提供對高容量電流的傳輸。此外，各對連線在其整個長度方向上大致平行對齊；因此，相應(yīng)連線之間 的有效電感(及因此產(chǎn)生的噪聲)被減小。電流的示例包括電源到地的電流和信號到地的 電流。可以通過從芯片邊緣處的芯片焊盤鍵合到引線框的橫條上而提供最短可能的絲焊來 實現(xiàn)對電感的額外降低。此外，在布局中可以使用多重絲焊來利用電源線和地線的耦合。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢是其簡易性和低成本，從而它可以被很容易地應(yīng)用于任何集成 電路。本發(fā)明的另一個技術(shù)優(yōu)勢是其通用性，對于高速集成電路特別適用。本發(fā)明的另一個技術(shù)優(yōu)勢是其對引線框設(shè)計的廣泛應(yīng)用；實際上，本發(fā)明也可以 應(yīng)用于無引腳封裝和BGA(球柵陣列)可兼容襯底。


圖IA描述依照本發(fā)明的一個實施例的部分引線框的俯視示意圖。圖IB描述與圖IA相同的部分引線框的俯視示意圖，所述部分引線框通過焊絲連 接到芯片的接觸焊盤上。圖2A圖示說明依照本發(fā)明的另一個實施例的部分引線框的俯視示意圖。圖2B圖示說明與圖2A相同的部分引線框的俯視示意圖，所述部分引線框通過焊 絲連接到芯片的接觸焊盤上。圖3A示出依照本發(fā)明的另一個實施例的部分引線框的俯視示意圖。圖3B示出與圖3A相同的部分引線框的俯視示意圖，所述部分引線框通過焊絲被 連接到芯片的接觸焊盤上。圖4是在QFN壓模封裝實施例中圖示說明暴露金屬部分的部分引線框和已裝配芯 片的橫截面示意圖。
具體實施例方式最近的半導(dǎo)體器件應(yīng)用，特別是電源應(yīng)用，要求通過半導(dǎo)體芯片來實現(xiàn)高開關(guān)電 流特性。此外，電噪聲水平需要保持盡可能小，并要求低電感。另外，需要保持小的封裝尺 寸，因為在大多數(shù)器件應(yīng)用中可用空間非常寶貴。因此通常在半導(dǎo)體技術(shù)中需要保持盡可 能低的器件和加工成本。圖IA和IB圖示說明實現(xiàn)這些設(shè)計需求的本發(fā)明的一個實施例。圖IA是引線框 的部分引線的俯視圖，一般標(biāo)示為100，而圖IB是與芯片的各部分焊盤相連接的同一引線 框部分的俯視圖；芯片部分被標(biāo)示為110。該芯片具有側(cè)邊緣111和靠近邊緣111的多個金屬焊盤120，121，...，12η。這些焊盤被對齊以形成平行于邊緣111的列130和131。對 焊盤的金屬進行選擇，從而該金屬或該金屬的至少上表面可以進行可靠的鍵合，特別是通 過金絲；這種焊盤金屬的示例是鋁或金。半導(dǎo)體芯片的原材料常常是硅或鍺硅，特別是對于集成電路。但是，本發(fā)明也適用 于由鎵砷、其它III-V或II-VI化合物或制造中使用的任何其它半導(dǎo)體材料制成的芯片，或 適用于絕緣襯底材料，這些材料涉及絲焊連接到導(dǎo)電引線。圖IB中所示的芯片110的電路 部分只示意性地圖示說明芯片110的電源電路的線180和181?，F(xiàn)在參考圖4，可以看出芯片110通過使用粘結(jié)材料411 ( 一般是環(huán)氧膠或聚酰亞胺)附著在引線框的芯片焊盤410上。圖IA和IB圖示說明引線框的部分100。部分100具有引線140，141，...，14η。 這些引線的一端140a，141a,.. .，14na指向芯片邊緣111 ；它們通過縫隙150與邊緣111間 隔開(見圖1B)。在很多器件示例中，引線中心到中心的間距190優(yōu)選在0. 3mm至0. 8mm之間。在引線框部分100中，被選擇引線140，142，. . .，14η的末端140a，142a，. . .，14na 通過平行于芯片邊緣111的金屬橫條160連接起來。換句話說，在圖IA和IB的示例中，當(dāng) 對引線計數(shù)時，所有為偶數(shù)的引線通過金屬橫條160連接起來。對于包括部分100和芯片焊盤410的整體引線框，其優(yōu)選材料為銅或銅合金。典 型引線框厚度范圍為約120 μ m至250 μ m ；但是，一些器件可能需要更薄或更厚的材料(對 引線的某些部分，特別是在QFN封裝中，厚度可以蝕刻到約75μπι至IOOym以便限制外部 焊接的暴露；這一特性將結(jié)合圖4進行討論)。為了制造的簡單和成本_效益，在通常實踐
中縣由數(shù)片材料來生產(chǎn)引線框并壓印或蝕刻希望的形狀。此外，為了支持引線框與模塑料
之間的粘附力，為了改善外部引線的可焊接性，或為了增強其它特性或細絲點焊粘連(wire stitch attach)之類的工藝，可以對部分銅電鍍另一金屬層，如鎳、鈀、錫或銀等。圖IB圖示說明大致平行的焊絲170，這些焊絲橫跨縫隙150，以將每個芯片焊盤 (例如120和121)連接到橫條160上，或者連接到未選擇的引線末端141a上。為了達到未 選擇的引線末端而不短路，焊絲必須跨越橫條。在圖IB的實施例中，相鄰焊絲對170大致 相互平行；圖2B和3B示出的實施例中有更多組的焊絲大致相互平行。焊絲的長度決定于 芯片尺寸和引線框與芯片的接近程度。對于圖4中例示的方形扁平無引腳(QFN)器件，圖 1B、2B和3B的圖解中示出優(yōu)選焊絲長度為約1000 μ m至1500 μ m。圖IB中焊絲對170的平行性的優(yōu)選應(yīng)用是電源電路，其中一組焊絲，如附著于焊 盤列130的焊絲，用于傳輸“入電流”，而另一組焊絲，如附著于焊盤列131的焊絲，用于傳輸 “出電流”。例子包括電源到地的電流和信號到地的電流。圖IB的實施例提供兩種優(yōu)勢多 重焊絲提供高電流能力，而平行性提供相應(yīng)焊絲之間的低有效電感(并因此產(chǎn)生低噪聲)。圖2A和2B圖示說明本發(fā)明的另一個實施例。引線框部分200的引線被編組， 從而一組相鄰的未選擇引線240，241，...，14η被多個被選擇引線250，251，...，25η框起 來。在圖2Β中，未選擇引線的末端240a，. . .，24na指向芯片邊緣211，而被選擇引線末端 250a，. . .，25na通過金屬橫條260連接起來。引線框部分200中所示的引線布局能夠得到器件裝配中焊絲的特別有效的平行 性。圖2B描述具有金屬焊盤的標(biāo)示為210的芯片部分。該芯片具有側(cè)邊緣211 ；多個焊盤220，221，...，22η靠近邊緣211。這些焊盤被對齊以形成平行于邊緣211的列230和231。 邊緣211通過縫隙270與引線橫條260間隔開。
圖2Β圖示說明大致平行的焊絲280，這些焊絲橫跨縫隙270，以將每個芯片焊盤 (例如220和221)連接到橫條260上，或者連接到未選擇的引線末端240a上。為了達到未 選擇的引線末端而不短路，焊絲必須跨越橫條。多重焊絲提供高電流能力，而焊絲的平行性 提供低有效電感并因此產(chǎn)生低噪聲。圖3A和3B圖示說明本發(fā)明的另一個實施例，其中圖3A描述引線框部分300，而圖 3B描述芯片部分310與芯片側(cè)邊緣311和引線框300的裝配。在該引線框中，第一組多個 被選擇引線340，...，34η的末端340a，...，34na通過第一金屬橫條360連接起來。如圖3B 所示，橫條360平行于芯片邊緣311。另外在該引線框中，第二組多個被選擇引線350，...， 35η的末端350a，. . .，35na通過第二金屬橫條361連接起來。如圖3B所示，橫條361平行 于芯片邊緣311。在橫條361和芯片邊緣311之間有一縫隙370。大致平行的焊絲380橫跨縫隙370，以將每個芯片焊盤連接到第一橫條360上，或 者連接到第二橫條361上。在具有剩余未選擇引線末端的器件中，相互平行并平行于上述 各組引線的焊絲橫跨縫隙370來連接各個芯片焊盤到未選擇引線末端。本發(fā)明適用于引線封裝的引線框以及無引腳封裝的引線框。在圖4的橫截面中示 意性地圖示說明方形扁平無引腳器件的示例。芯片Iio通過粘結(jié)材料411附著在引線框的 芯片焊盤410上。芯片110具有位于芯片邊緣111附近的金屬焊盤120和121。該引線框 具有更多的引線420，這些引線的一端421指向芯片邊緣111 ；引線末端421通過縫隙150與 芯片邊緣111間隔開。焊絲170橫跨縫隙150來分別連接芯片焊盤120和121到引線420 的其中一個上。引線420的初始厚度被標(biāo)示為430。但是，對于引線長度的部分440 (大約為長度 的一半)，厚度430優(yōu)選通過蝕刻被減少。減少的厚度被標(biāo)示為431。例如，對于初始厚度 在約150μπι至200μπι之間的情況，減少的厚度優(yōu)選在約75μπι至IOOym之間。厚度減少 的引線長度部分可以進一步展現(xiàn)減少了的寬度，如圖1Α-3Β的引線框示例中所示意性說明 的。在將器件密封到保護塑料450中后，例如利用模塑料，厚度減少的引線長度部分 440用作塑料的錨。額外的引線表面增強粘附力并有助于防止封裝分層。另一方面，具有初始厚度430的剩余引線長度部分441提供電連接到外部部分上， 同時也通過壓力接點或通過焊接用作除芯片焊盤410之外的附著表面。對于后一種技術(shù)， 引線長度部分441接收(receive) —可潤濕且可焊接的表面(例如，金或鈀的薄層)。除了引線框，本發(fā)明還可適用于具有導(dǎo)線和接觸焊盤的很多絕緣襯底?？梢砸勒?本發(fā)明的教導(dǎo)類比上面的引線框描述來設(shè)計這些導(dǎo)線和接觸焊盤，以生成用于連接焊絲的 適當(dāng)附著點，使得焊絲大致相互平行而且可用大量焊絲來傳輸高電流。雖然本發(fā)明已通過參考示意性實施例來進行描述，但并不希望從限制的角度來解 讀本說明書。在參考本說明書的基礎(chǔ)上，這些示意性實施例的各種修改和組合以及本發(fā)明 的其它實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。
權(quán)利要求
一種器件，其包含一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有側(cè)邊緣和靠近所述側(cè)邊緣的多個金屬焊盤，所述焊盤被對齊以形成平行于所述邊緣的列；一引線框，所述引線框具有引線，所述引線的一端指向所述芯片邊緣并通過一縫隙與其間隔開，所述芯片被附著在所述引線框上；被選擇引線的末端，所述末端通過平行于所述芯片邊緣的金屬橫條連接起來；以及大致平行的焊絲，所述焊絲橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到所述橫條上，或者連接到未選擇的引線末端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述被選擇引線與未選擇引線交替出現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中從所述芯片焊盤到所述未選擇引線末端的所述焊 絲跨越所述橫條。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中相鄰的未選擇引線被多個被選擇引線框起來。
5.一種器件，其包含 一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有側(cè)邊緣和靠近所述邊緣的多個金屬焊盤，所述焊 盤被對齊以形成平行于所述邊緣的列；一引線框，所述引線框具有引線，所述引線的一端指向所述芯片邊緣并通過一縫隙與 其間隔開，所述芯片被附著在所述引線框上；第一組多個被選擇引線的末端，所述末端通過平行于所述芯片邊緣的第一金屬橫條連 接起來；第二組多個被選擇引線的末端，所述末端通過平行于所述芯片邊緣的第二金屬橫條連 接起來；以及大致平行的焊絲，所述焊絲橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到所述第一橫條上， 或者連接到所述第二橫條上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其進一步包括未選擇的引線末端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中大致平行的焊絲橫跨所述縫隙，以將芯片焊盤連 接到未選擇的引線末端。
8.一種器件，其包含一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有側(cè)邊緣和靠近所述邊緣的多個金屬焊盤，所述焊 盤被對齊以形成平行于所述邊緣的列；一絕緣襯底，所述絕緣襯底具有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線的一端指向所述芯片邊緣并通過一縫 隙與其間隔開，所述芯片被附著在所述襯底上；被選擇線的末端，所述末端通過平行于所述芯片邊緣的金屬橫線連接起來；以及 大致平行的焊絲，所述焊絲橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到所述橫線上，或者 連接到未選擇的導(dǎo)線末端。
全文摘要
一種器件，該器件包括半導(dǎo)體芯片(110)，半導(dǎo)體芯片(110)具有側(cè)邊(111)和靠近所述側(cè)邊的多個金屬焊盤(120，121)；這些焊盤被對齊以形成平行于所述側(cè)邊的列(130，131)。所述器件進一步包括具有引線的引線框(100)，這些引線的一端指向所述芯片邊緣并通過一縫隙(150)與其間隔開；所述芯片被附著到所述引線框上。被選擇引線的末端通過平行于所述芯片邊緣的金屬橫條(160)連接起來。大致平行的焊絲(170)橫跨所述縫隙，以將每個芯片焊盤連接到所述橫條上，或者連接到未選擇的引線末端。在優(yōu)選的引線布局中，被選擇引線和未選擇引線交替出現(xiàn)。
文檔編號H01L23/495GK101842893SQ200680038043
公開日2010年9月22日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者B·P·蘭格 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司