線鍵合方法和結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成電路（“IC”）組件，其包括在其頂面上具有金屬化層的IC模片。多個引線62、64、66、68在其第一端部70被鍵合到金屬化層60。被附著到金屬化層60的導電層80覆蓋引線62、64、66、68的第一端部70。
【專利說明】線鍵合方法和結構
【技術領域】【背景技術】
[0001]半導體器件必須彼此電連接或電連接到其他電子器件或例如印刷電路板和載板的互連板才有用。通常使用由導電金屬例如銅、銀或金制成的引腳框將半導體器件電連接到其他電子器件。將半導體器件連接到引腳框和/或其他電子裝置的一個流行且靈活的方法是線鍵合。鍵合線通常由鋁、銅或金構成。在高功率應用中的鍵合線直徑通常在從大約15 μ m到幾百微米的范圍內。存在兩種基本的線鍵合類型——球形鍵合和楔形鍵合。
[0002]球形鍵合通常使用熱、壓力和超聲能量的組合。在球形鍵合中，通過被稱為毛細管的保持并分配導線的工具施加高壓電荷，小熔化球在鍵合線的端部形成。所述球被放置與芯片的電接觸表面相接觸，該電接觸表面通常是銅的或鋁的。接著，施加熱、壓力和超聲能量的組合，這產生所 述球與其接觸的金屬表面之間的焊接。球形鍵合有時候被稱為第一鍵合，這是因為其通常是IC芯片/模片到引腳框的線鍵合中進行的第一鍵合。
[0003]在模片引腳框互連中，通常用于將鍵合線的第二端部連接到引腳框的線鍵合類型被稱為楔形鍵合或有時候被稱為第二鍵合。其通過壓碎引腳框或其他金屬表面與毛細管工具的頂端之間的鍵合線的端部形成。
[0004]引腳框常常形成半導體器件與其他電子器件之間電連接的一部分。在某些情況下，模片和將其連接到引腳框的鍵合線被密封在通常通過成型操作形成的硬質保護殼內。引腳框的引線部分的一個或更多個表面未被保護殼覆蓋，并且可以被電氣和機械連接到外部電路。集成電路(“1C”)模片、引腳框、鍵合線和封裝材料的組合通常被稱為集成電路封裝(IC封裝)。有各種類型的IC封裝。IC封裝之間的差異主要由引腳框的引線部分如何裸露、裸露引線部分的配置和數(shù)量、封裝如何被裝配以及封裝的尺寸或形狀來確定。例如，下面是市售的所謂“扁平封裝”的列表:
[0005].扁平封裝，早期的具有扁平引線的金屬/陶瓷殼
[0006].CFP:陶瓷扁平封裝
[0007].CQFP:陶瓷四方扁平封裝,類似于PQFP
[0008].BQFP:緩沖式四方扁平封裝
[0009].DFN:雙扁平封裝，無引線
[0010].ETQFP:裸露薄型四方扁平封裝
[0011].PQFN:功率四方扁平封裝，無引線，具有用于散熱的裸露模片焊盤(多于一個)
[0012].PQFP:塑料四方扁平封裝
[0013].LQFP:低矮四方扁平封裝
[0014].QFN:四方扁平無引線，也被稱為微型引線框(MLF)。
[0015]?四方扁平封裝:(QFP)
[0016].MQFP-公制四方扁平封裝，具有公制接腳分配的QFP
[0017].HVQFN:散熱片非常薄四方扁平封裝無引線[0018].SIDEBRAZE
[0019].TQFP:薄型四方扁平封裝
[0020].TQFN:薄型四方扁平無引線
[0021].VQFB:非常薄四方扁平封裝
[0022]即使以類型和尺寸分類來獲得IC封裝，但是其特定特征，例如IC模片與引腳框之間的線鍵合連接在各種封裝中基本一致。

【發(fā)明內容】
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是作為功率四方扁平無引線(“PQFN”)封裝的子組件的集成電路組件在形成過程中的一個階段的頂部等距視圖。
[0024]圖2是圖1的集成電路組件的側視圖。
[0025]圖3是另一個集成電路組件在比圖1晚的PQFN封裝形成過程階段的頂部等距視圖。
[0026]圖4是圖3的集成電路組件的側視圖。
[0027]圖5是由圖1-4的集成電路組件形成的成型PQFN封裝的頂部等距視圖。
[0028]圖6是圖5的成型PQFN封裝的底部等距視圖。
[0029]圖7是將集成電路模片(“1C”)附著到外部電路的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]本說明書主要公開了圖3的集成電路(“1C”)組件8，其包括IC模片50，IC模片50具有在其第一(頂部)面上的金屬化層60。如圖1所不，多個引線62、64、66、68在其第一端部70被鍵合到頂部金屬化層60。如圖3所示，被附著到頂部金屬化層60的導電層80覆蓋引線62等的第一端部70。因此已經大體描述IC組件8，其各種實施例以及可由其形成的圖5和6的成型功率四方扁平無引線(“PQFN”)封裝100，以及制造這類IC組件和封裝的方法現(xiàn)將被詳細描述。
[0031]如本文所使用的方向術語，例如上、下、頂部、底部、垂直、水平等用于相對意義，通常參考附圖的元件，以描述集成電路封裝或正在被描述的其他物體的各部分或層之間的關系。除非上下文明確說明，否則這種術語的使用不暗示在引力場中的任何特定方位。因此，在這個意義上使用術語“頂部”，如果頂蓋部分被稱為“汽車的頂部”，那么，“汽車的頂部”將持續(xù)意味著所述汽車的頂蓋部分，而不管汽車是否直立或倒置在溝里。
[0032]圖1是集成電路(“1C”)組件6的頂部等距視圖，它是例如如圖5所示的PQFN封裝100的子組件。圖1的IC組件6包括引腳框10，其具有頂面11和底面13。引腳框10具有模片墊部件12和多個縱向延伸的外圍引線部件14、16、18、20，其被連接板部分21在引線框架的一個縱向端27整體連接到模片墊部件12。引線部件22和24從模片墊部件12橫向延伸。引腳框10還包括在引腳框10的第二縱向端部29的功率條部件32。功率條部件32適于被連接到相對高的電流電源。功率條部件32具有被整體附著到連接條40的縱向延伸引線部件34、36、38。連接條40在圖1_4中被示為與引腳框模片墊部件12是斷開的且間隔開的關系。同樣隔開的引線部件40也被示出與模片墊部件12斷開。不過，應當理解，雖然未在圖1中示出，但是在形成過程的這個階段的引腳框10是具有多個整體連接的引腳框(未示出)的引線框帶的一部分。引線部件的遠端34、36、38、42被連接到以圖1所示的關系保持這些引線部件的這個引腳框帶的其他部件，直到如下所述的成型和切單后。
[0033] 如圖2所不，具有頂部或第一表面52和底部或第二表面54的模片50通過導電模片鍵合材料58被裝配在引腳框模片墊部件12上。導電鍵合材料58可以是在回流爐中回流的焊膏，或可以包括例如可在固化爐中固化的銀漿的導電粘合劑，或可以包括其他導電鍵合材料。在模片50的底部表面54上的電極(未示出)被連接到模片50的內部電路(未示出)。這個底部電極被導電鍵合材料58電連接到模片墊部件12，如圖1和2中最佳所示的。如前面所指出的，模片墊部件12與外圍引線部件14、16、18、20、22和24整體形成并被電連接到外圍引線部件14、16、18、20、22和24。因此，外圍引線部件14、16等被電連接到模片50的內部電路。
[0034]模片50具有可以是鋁或銅或其他金屬的頂部金屬化層60。金屬化層60的厚度可以在約Iym和約3μηι之間。金屬化層60可以通過金屬電鍍、氣相沉積、汽化、無電噴鍍或其他常見的金屬沉積技術，被常規(guī)提供在模片50上。模片50的內部電路還可以被連接到頂部金屬化層60。多個引線62、64、66、68中的每個具有通過常規(guī)球形鍵合被連接到金屬化層60的第一端部70。這些球形鍵合通?？梢蚤g隔一定距離，例如，在約IOOym和約200 μ m之間，但是它們還可以被間隔更遠。引線62、64等的第二端部72通過常規(guī)楔形鍵合，以隔開的位置被附著到功率條32。另一個引線69在第一端部70被連接到在模片50的頂面52上的接觸墊56。該接觸墊56被定位在金屬化層60的外側。引線69的第二端部72被附著到孤立的引線部件42。引線部件42適于被連接到控制電壓。功率條32被連接到外部電源，模片從外部電源接收其運行能量。大量電流可以流過連接到功率條32的小直徑引線62、64、66、68。其結果是，引線62、64、66的區(qū)域中的金屬化層60中的擴展電阻可能是問題，特別是當引線在傳輸相對高的電流時。
[0035] 申請人:已經發(fā)現(xiàn)，在頂部金屬化層60中的電擴展電阻的問題可以用如圖3所示的組件基本克服。在圖3中，柔性，即物理可成型的導電材料層已經被施加到引線62、64、66、68被連接的區(qū)域中的金屬化層60，所述導電材料層可以是銀(“Ag”)環(huán)氧樹脂膏層80。所述Ag環(huán)氧樹脂可以作為膏劑被施加，并通過在預定溫度加熱預定時間段而固化。在一個實施例中,Ag環(huán)氧樹脂層80從引線62、64、66、68中的每個向外橫向延伸至少大約200 μ m，并延伸到足以覆蓋連接的球形鍵合的例如100 μ m的高度和每個引線62、64、66、68的短長度。Ag環(huán)氧樹脂層的組合物可以是例如大約75%的Ag。其他導電膏、環(huán)氧樹脂或粘合劑，例如0rmet?260C，可以被用來取代Ag環(huán)氧樹脂膏。如圖4最佳所示的，Ag環(huán)氧樹脂層80可以具有大致拱形的頂面81。
[0036]如圖5和6所示，在圖3和4中示出的IC組件8可以被裝在模型層90中，并且具有平坦的頂面92、平坦的橫向側面94、平坦的縱向側面96以及主要由模型層90形成的平坦底面98。如圖3所示，各個引線部件14、16、18、20、22、24、34、36、38和42可以具有與模型層90齊平的末端。引線部件的這種末端在圖5和6的144、164、18么、2(^、224等示出。如圖6進一步所示，引腳框模片墊部件12的底面13被暴露并與PQFN100的底面98上的環(huán)繞模型化合物齊平。因此，模型層90覆蓋整個模片50和引線62、64等，并只暴露引線14A、16A等的端部和模片墊部件12的底面13。
[0037]在圖5和6的成型PQFN封裝100的一個實施例中，如圖3所示的引線62、64等可以由金、鋁或銅制成，并且可以具有大約9mil (密爾)到20mil的直徑。引腳框10可以由銅或銅合金構成，并且可以具有大約6mil到IOmil或更厚的厚度。模型層90可以是通常主要是環(huán)氧樹脂的常規(guī)轉?；衔?。模片50可以具有在大約1_到大約4_的范圍內的橫向和縱向尺寸，并且可以具有在大約2mil到大約12mil的厚度范圍。應當理解上述尺寸和材料僅通過示例給出，不是限制。正如本領域的技術人員會明白的，具有各種其他尺寸并由其他材料構成的組成部分也可以被使用。
[0038]現(xiàn)將描述成型PQFN封裝100及其子組件的制造方法。首先，引腳框帶(未示出)被常規(guī)蝕刻或沖壓以形成期望的引腳框圖案/形狀。典型的引腳框帶可以是大約70_寬且大約300mm長。接著，引腳框帶中的每個引腳框10上的模片墊部件12可以具有通過常規(guī)絲網印刷施加的焊膏58、導電環(huán)氧樹脂或其他導電鍵合材料。接著，通過常規(guī)的拾取和放置機器的使用，模片50被裝配在施加到每個模片墊部件12的鍵合材料58上。接下來，所述引腳框帶和被裝配在其上面的模片50被移到回流爐，鍵合材料在所述回流爐被回流或固化，以便將模片50鍵合到引腳框模片墊部件12。接下來，所述組件可以被常規(guī)助焊劑清洗。在此之后，引腳框帶被移到線鍵合站，引線62、64等在所述線鍵合站被鍵合到模片50和關聯(lián)的引腳框10。線鍵合對于本領域中的技術人員來說是眾所周知的。接下來，引腳框帶被移到環(huán)氧樹脂分配站，Ag環(huán)氧樹脂或類似材料在環(huán)氧樹脂分配站被施加到在線鍵合區(qū)域中的金屬化層60的頂面。常規(guī)的環(huán)氧樹脂分配器和常規(guī)的機器人技術可以被用于這個目的。接下來，引腳框帶被移到固化爐，固化爐可用于使Ag環(huán)氧樹脂在大約150°C到175°C的溫度工作大約45分鐘到60分鐘的時間段。接下來，將引腳框帶移到例如常規(guī)的轉模站的常規(guī)模型站，在此處施加模型化合物90到每個引腳框帶。接著，通過轉模形成的成型引腳框帶被去毛刺并移到電鍍站，在此處用錫或其他適當?shù)慕饘匐婂円_框模片墊部件12的裸露底面13和引線部件14A、16A等的端部，以防止氧化。接著，所述成型引腳框帶被移到退火爐，在此處，將金屬電鍍在例如大約150°C到大約175°C的適當溫度退火例如大約60分鐘的預定時間段。接下來，成型的引腳框帶可以被移到切單站(singulating station),切單鋸在此處沿著產生如圖5和6所示的多個成型PQFN封裝100的鋸線(saw street)切割成型的引腳框帶。除了在頂部金屬化層60和引線端部70上的Ag環(huán)氧樹脂的分配以及金屬化層60的固化以外，上述各個步驟中的每個可以是用于形成成型PQFN封裝的常規(guī)過程步驟。
[0039]雖然用于制造成型PQFN的方法已經在上面進行描述，但是應當理解，所述用于解決在PQFN模片50的薄金屬導電層60中的電擴展電阻的問題的技術也適用于其他電子器件和其他IC封裝應用。例如，將Ag環(huán)氧樹脂或其他適當?shù)膶щ妼臃峙湓谝€被鍵合的薄金屬層頂部的相同技術也適用于下列元件和組件中的任意一種:S0IC、TSOP, TSSOP, DPAK,T0220或適用的多芯片模塊，以及電擴展電阻會是問題的任何其他元件或組件。
[0040]從上述中應當明白，將模片連接到外部電子電路的一種方法可以包括如圖7所示的步驟112，將多個引線的第一端部鍵合到模片的第一面上的頂部金屬化層，112。所述方法可以進一步包括，如114所示的，用柔性導電材料層覆蓋多個引線的第一端部和金屬化層的至少一部分。
[0041]雖然本文描述了用于消除模片的薄金屬化層中的擴展電阻問題的特定結構和方法，但是在閱讀本公開后，各種替代結構和方法對于本領域中的技術人員來說是顯而易見的。權利要求意圖被廣義解釋為覆蓋除了由現(xiàn)有技術限制的范圍以外的全部這種可替代結構和方法。
【權利要求】
1.一種集成電路組件即IC組件，其包括: IC模片，其具有在其第一表面上的金屬化層； 具有第一端部和第二端部的多個引線，所述第一端部被鍵合到所述頂部金屬化層；以及 被附著到所述頂部金屬化層并覆蓋所述引線的所述第一端部的導電層。
2.根據權利要求1所述的IC組件，其進一步包括引腳框，所述引腳框包括模片墊部件和多個引線部件；所述IC模片具有與所述第一表面相對的第二表面，所述第二表面被裝配在所述模片墊部件上，所述多個引線的所述第二端部被鍵合到所述多個引線部件的至少一個。
3.根據權利要求2所述的IC組件，其進一步包括覆蓋所述模片和所述引線以及所述引腳框的一部分的模型層。
4.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述引腳框包括銅引腳框。
5.根據權利要求1所述 的IC組件，其中所述金屬化層包括銀金屬化層和鋁金屬化層中的一種。
6.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述金屬化層包括少于約3μπι的厚度。
7.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述鍵合線包括銅鍵合線、銀鍵合線和鋁鍵合線中的一種。
8.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述鍵合線包括少于約20mil的直徑。
9.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述引腳框包括在大約6mil和大約IOmil之間的厚度。
10.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述導電層包括銀環(huán)氧樹脂層。
11.根據權利要求1所述的IC組件，其中所述IC模片組件是PQFN封裝，以及所述多個引線部件包括被裝配在所述引腳框的功率條部件上的多個功率引線部件，以及所述引線的所述第二端部被電連接到所述多個功率引線部件。
12.根據權利要求11所述的IC組件，其中所述導電層包括銀環(huán)氧樹脂層。
13.一種將集成電路模片即IC模片附著到外部電路的方法，其包括: 將多個引線的第一端部鍵合到在所述IC模片的頂側上的頂部金屬化層；以及 用導電材料層覆蓋所述多個引線的第一端部和所述金屬化層的至少一部分。
14.根據權利要求13所述的方法，其進一步包括將所述引線的第二端部鍵合到引腳框的多個引線部件。
15.根據權利要求14所述的方法，其進一步包括將所述IC模片的底側附著到所述引腳框的模片墊部件。
16.根據權利要求15所述的方法，其進一步包括用模型材料層覆蓋所述IC模片和所述鍵合線以及所述引腳框的一部分。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述用模型材料層覆蓋所述IC模片和所述鍵合線以及所述引腳框的一部分包括通過所述模型層暴露所述多個引線部件的端部和所述模片墊部件的底面。
18.根據權利要求13所述的方法，其中所述用導電材料層覆蓋所述多個引線的第一端部和所述金屬化層的至少一部分包括用銀環(huán)氧樹脂層覆蓋所述多個引線的第一端部和所述金屬化層的至少一部分。
19.一種功率四方扁平無引線封裝即PQFN封裝，其包括: 引腳框，所述引腳框包括模片墊部件和與所述模片墊部件整體形成的至少一個引線部件； 集模電路模片即IC模片，其具有底面和與所述底面相對的頂面，所述IC模片的所述底面被裝配在所述模片墊部件上；所述IC模片的所述頂面具有頂部金屬化層； 多個引線，所述多個引線中的每個具有第一端部和第二端部，所述第一端部被球形鍵合到所述頂部金屬化層；所述第二端部被楔形鍵合到所述至少一個引線部件； 導電層，其被附著到所述頂部金屬化層并覆蓋所述引線的所述第一端部；以及模型材料層，其覆蓋所述IC模片和所述引線以及所述引腳框的一部分，以及暴露所述至少一個引線部件的端部和所述模片墊部件的底面。
20.根據權利要求19所述的PQFN封裝，其中所述導電層是銀環(huán)氧樹脂層。
【文檔編號】H01L23/31GK103972199SQ201410043610
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2013年1月30日
【發(fā)明者】O·J·洛佩茲, J·A·諾奇爾, J·A·赫布斯摩爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司