超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架、元器件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架，所述框架上通過機械模壓或腐蝕的方法形成一層以上用于容納芯片的臺階。還公開了一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件，包括：一上述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架；一個以上的芯片，多個焊絲和引腳，以及塑封體。還公開了超薄塑封半導(dǎo)體元器件的制備方法。本發(fā)明的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架被設(shè)計成多層臺階結(jié)構(gòu)，有利于元器件整體封裝厚度的減小，且不易露絲，組裝得到的超薄塑封半導(dǎo)體元器件封裝尺寸減小，適合應(yīng)用于超薄電子產(chǎn)品中?？蚣芎鸵_上通孔的設(shè)計使得封裝時封裝材料可以擠入通孔中，使塑封體和框架結(jié)合更緊密。
【專利說明】超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架、元器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架、元器件及其制備方法，屬于半導(dǎo)體元器件制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品的輕薄化及產(chǎn)品性能的多功能化，產(chǎn)品的組裝方式逐漸多芯片化，封裝形式由貼片式逐步替代了插件式，且朝著微型化、超薄化的方面發(fā)展。這就需要依賴先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)、材料技術(shù)，特別是Mems技術(shù)等來實現(xiàn)這一系列的目標(biāo)。Mems技術(shù)的發(fā)展使微型元器件及模塊的研發(fā)提高到了一個新的水平，利用微電子機械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成在同一芯片上已逐漸成為芯片設(shè)計的主流發(fā)展技術(shù)，同時，對于由于客觀原因不能組合設(shè)計的芯片，往往采用多芯片組裝的方式，來實現(xiàn)產(chǎn)品多功能的需要。
[0003]多芯片組裝工藝中，經(jīng)常會遇到芯片間的厚薄不同，大小不一的情況，這會導(dǎo)致整個成品的封裝尺寸變大(長、寬、高度)。以貼片速度傳感器為例，如圖1所示，使用平面框架，框架上組裝有I個芯片3，框架I的厚度為0.1lmm,由于操作時焊絲4的弧度需要達(dá)到
0.1Omm才能保證焊絲不會接觸到框架或者芯片的其他位置，因此塑封體6的厚度需要達(dá)到
0.45mm才能保證不露絲,亦即現(xiàn)有技術(shù)的速度傳感器最低厚度為0.45mm。對于目前越做越薄的電子產(chǎn)品例如手機、平板電腦而言，封裝的半導(dǎo)體元器件的尺寸特別是厚度嚴(yán)重影響其超薄化進(jìn)程。而且由于框架材料與封裝材料的異質(zhì)性，封裝半導(dǎo)體元器件使用一段時間后容易開裂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能有效降低芯片封裝厚度的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架。
[0005]為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架，用于一個以上的芯片組裝，所述框架上通過機械模壓或腐蝕的方法形成一層以上用于容納芯片的臺階，框架在臺階位置的厚度小于框架其他位置的厚度，同一臺階位置的厚度相同，不同臺階位置的厚度可以不相同。
[0006]優(yōu)選的，所述框架所用材料為銅合金。
[0007]本發(fā)明還公開了一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件，包括:
一上述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架；
一個以上的芯片，粘合在超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架的臺階位置；
多個焊絲和引腳，焊絲一端連在芯片上，另一端與引腳連接；
塑封體，超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架的全部或部分、芯片的全部、焊絲的全部和引腳的部分封裝在塑封體中。
[0008]優(yōu)選的，所述框架位于塑封體以內(nèi)、不會被芯片覆蓋的部分設(shè)有多個通孔，所述通孔直徑小于0.1mm。
[0009]優(yōu)選的，框架以其上塑封體厚的一面為正面，另一面為反面，所述通孔位于框架正面的一端直徑小于位于框架反面的一端直徑。
[0010]優(yōu)選的，所述引腳位于塑封體以內(nèi)的部分設(shè)有多個通孔，所述通孔直徑小于0.1mnin
[0011]本發(fā)明還公開了上述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件的制備方法，其步驟包括:
a、將合適厚度的銅合金片材切成框架形狀，清潔框架表面；
b、在框架不需要形成臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到預(yù)定厚度時取出，形成第一層臺階，其中腐蝕液的配方為:水中添質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10?15% 的 FeCl3'3?5% 的 CuCl2 和 2?4% 的 HCl ；
C、有需要的時候，重復(fù)步驟b形成第二層或者更多層臺階；
d、用溫度5(T60°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4-8%的NaOH溶液噴淋框架表面以去除表面涂覆的抗蝕液，噴淋壓力為2?3kg/cm2，然后用3(T40°C的水噴淋框架表面；
e、在溫度350-400°C下，將芯片置于框架的臺階位置上，芯片表面的背金層熔化，與框架臺階表面融合，形成歐姆接觸；
f、將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在芯片的焊區(qū)，另一端焊接在引腳上，形成芯片與引腳之間的焊絲；
g、將焊接后的框架整體放入澆注模具中，使框架、芯片、焊絲的全部及引腳與焊絲焊接的一端位于澆注腔內(nèi)，再將由二氧化硅、環(huán)氧樹脂、硅微粉組分的包封材料加熱融化后注入澆注腔中，待其冷卻固化后取出。
[0012]優(yōu)選的，步驟c完成后，將框架整體和引腳全部涂覆一層抗蝕液，在框架不會被芯片覆蓋的位置以及引腳將要被封裝的一端將抗蝕液融化出一個個的細(xì)孔，細(xì)孔在框架正反面的位置一一對應(yīng)，其中框架反面位置的細(xì)孔直徑大于框架正面位置對應(yīng)的細(xì)孔直徑，然后將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到通孔形成后取出，再進(jìn)行步驟d。
[0013]優(yōu)選的，步驟c完成后，將框架不會被芯片覆蓋的位置及引腳將要被封裝的一端用模具沖壓出多個通孔，沖壓出的通孔在框架正面一側(cè)的直徑小于在框架反面一側(cè)的直徑。
[0014]本發(fā)明的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架被設(shè)計成多層臺階結(jié)構(gòu)，適合于不同厚度的芯片組裝其上，降低元器件整體厚度，焊絲的弧度也可以降低，有利于元器件整體封裝厚度的減小，且不易露絲，組裝得到的超薄塑封半導(dǎo)體元器件封裝尺寸減小，適合應(yīng)用于超薄電子產(chǎn)品中。由于芯片位于臺階上，芯片與框架之間的高度差減小，控制焊絲弧度的難度降低，因此焊接焊絲的難度也降低，有利于提高成品率?？蚣苌贤椎脑O(shè)計使得封裝時封裝材料可以擠入通孔中，在塑封體和框架之間形成一個個的“釘子”，使塑封體和框架結(jié)合更緊密，不易分層、開裂。通孔上細(xì)下粗的造型能更加牢固的將塑封體與框架結(jié)合起來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的貼片速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例1的超薄塑封速度傳感器框架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例3的高精度可編程石英時鐘模塊框架的正面示意圖，圖中框架內(nèi)的白色部分為鏤空部分。
[0018]圖4為本發(fā)明實施例3的高精度可編程石英時鐘模塊框架的反面示意圖，圖中框架內(nèi)的白色部分為鏤空部分。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例3的高精度可編程石英時鐘模塊封裝前的正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中框架內(nèi)的白色部分為鏤空部分。
[0020]圖6為本發(fā)明實施例3的高精度可編程石英時鐘模塊封裝后的反面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中框架內(nèi)的白色部分為鏤空部分，黑色整體部分為晶振，黑色方框框起來的部分為塑封體。
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
本超薄塑封半導(dǎo)體元器件為超薄塑封速度傳感器，其制備方法步驟包括:
a、將0.1lmm厚度的銅合金片材切成框架形狀，清潔框架表面；
b、在框架不需要形成臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，抗蝕液可以采用光致抗蝕劑，也可以采用其他耐腐蝕、涂覆后易凝結(jié)的高分子溶液，例如聚乙烯醇-肉桂酸脂類溶液，將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到臺階厚度為0.05mm時取出，形成第一層臺階，其中腐蝕液的配方為:水中添質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的FeCl3、5%的CuCl2和2%的HC1，根據(jù)腐蝕速度確定腐蝕時間；
C、將框架整體和引腳全部涂覆一層抗蝕液，在框架不會被芯片覆蓋的位置以及引腳將要被封裝的一端將抗蝕液融化出一個個的細(xì)孔，細(xì)孔在框架正反面的位置一一對應(yīng)，其中框架反面位置的細(xì)孔直徑大于框架正面位置對應(yīng)的細(xì)孔直徑，然后將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到通孔形成后取出；
d、用溫度50°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液噴淋框架及引腳表面以去除表面涂覆的抗蝕液，噴淋壓力為3kg/cm2，然后用30°C的水噴淋框架及引腳表面以將抗蝕液完全去除；
e、在溫度350°C下，將速度傳感器芯片置于框架的臺階位置上，芯片表面的背金層熔化，與框架臺階表面融合，形成歐姆接觸；
f、將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在芯片的焊區(qū)，另一端焊接在引腳上，形成芯片與引腳之間的焊絲，焊絲的弧度為0.06mm ；
g、將焊接后的框架整體放入澆注模具中，使框架、芯片、焊絲的全部及引腳與焊絲焊接的一端位于澆注腔內(nèi)，再將由二氧化硅、環(huán)氧樹脂、硅微粉組分的包封材料加熱融化后注入澆注腔中，待其冷卻固化后取出，封裝厚度為0.30mm。
[0023]封裝后的超薄塑封速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，框架I上設(shè)有一個臺階2，芯片3位于臺階2中，焊絲4 一端連接芯片3，另一端連接引腳5，塑封體6將框架1、芯片3、焊絲4的全部和引腳5的一部分封裝在內(nèi)。塑封體上還設(shè)有激光印字7?？蚣躀非臺階的位置上還設(shè)有上細(xì)下粗的通孔8。其中框架整體厚度為0.11mm，臺階厚度為0.05mm，焊絲4的弧度為0.06mm,引腳與框架的尺寸一致,為0.1lmm,引腳的厚度也可以稍微厚一些,最后塑封體的厚度為0.30mm,比現(xiàn)有的速度傳感器的封裝厚底減少了 0.15mm。因為塑封體在框架正面的厚度比較高，在框架反面的厚度極低，因此塑封體與框架開裂的地方往往就在框架反面與塑封體接觸的地方，設(shè)計成上細(xì)下粗的通孔可以更好的將框架反面與塑封體的結(jié)合，防止塑封體開裂、脫落。
[0024]對于通孔直徑的要求，一般與塑封體的面積有關(guān)，塑封體的面積大，通孔直徑可以略大一下，塑封體的面積小，通孔的直徑也相應(yīng)變小。
[0025]實施例2
本超薄塑封半導(dǎo)體元器件為超薄塑封聲電傳感器，其制備方法步驟包括:
a、將厚度為0.1lmm的銅合金片材切成框架形狀，清潔框架表面；
b、在框架不需要形成臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到臺階厚度為0.05mm時取出，形成第一層臺階，其中腐蝕液的配方為:水中添質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的FeCl3、3%的CuCl2和4%的HCl ；
C、將框架不會被芯片覆蓋的位置及引腳將要被封裝的一端用模具沖壓出多個通孔，沖壓出的通孔在框架正面一側(cè)的直徑小于在框架反面一側(cè)的直徑；
d、用溫度60°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的NaOH溶液噴淋框架表面以去除表面涂覆的抗蝕液，噴淋壓力為3kg/cm2，然后用40°C的水噴淋框架表面；
e、在溫度400°C下，將芯片置于框架的臺階位置上，芯片表面的背金層熔化，與框架臺階表面融合，形成歐姆接觸；
f、將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在芯片的焊區(qū)，另一端焊接在引腳上，形成芯片與引腳之間的焊絲；
g、將焊接后的框架整體放入澆注模具中，使框架、芯片、焊絲的全部及引腳與焊絲焊接的一端位于澆注腔內(nèi)，再將由二氧化硅、環(huán)氧樹脂、硅微粉組分的包封材料加熱融化后注入澆注腔中，待其冷卻固化后取出，得到超薄塑封速度傳感器。
[0026]得到的超薄塑封速度傳感器與實施例1的結(jié)構(gòu)一致。
[0027]實施例3
本超薄塑封半導(dǎo)體元器件為高精度可編程石英時鐘模塊，其制備方法步驟包括:
a、將厚度0.3mm的銅合金片材切成長條裝框架形狀，清潔其表面，每個長條裝框架可在后續(xù)步驟中切割成多個高精度可編程石英時鐘模塊框架；
b、在長條裝框架不需要形成臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，將長條裝框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到臺階厚度為0.2_時取出，形成第一層臺階，形成的第一層臺階位于框架正面，其中腐蝕液的配方為:水中添質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的FeCl3、4%的CuCl2和3%的 HCl ；
C、在長條裝框架不需要形成第二層臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到臺階厚度為0.1mm時取出，形成第二層臺階，形成的第二層臺階位于框架反面，將長條裝框架不需要鏤空的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，然后將長條裝框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到長條裝框架上的鏤空形成后取出；
d、用溫度55°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的NaOH溶液噴淋長條裝框架表面以去除表面涂覆的抗蝕液，噴淋壓力為2.5kg/cm2，然后用35°C的水噴淋長條裝框架表面；
e、在溫度380°C下，將可編程的芯片置于長條裝框架的每個框架正面的第一層臺階位置上，將晶振置于框架反面的第二層臺階位置上，芯片及晶振表面的背金層熔化，與框架臺階表面融合，形成歐姆接觸； f、將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在芯片的焊區(qū)，另一端根據(jù)需要焊接在引腳上或者晶振的焊區(qū)，將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在晶振的焊區(qū)，另一端焊接在框架上，形成焊絲；
g、將焊接后的長條裝框架整體放入澆注模具中，使框架的部分、芯片、晶振、焊絲的全部及引腳與焊絲焊接的一端位于澆注腔內(nèi)，再將由二氧化硅、環(huán)氧樹脂、硅微粉組分的包封材料在178°C融化后注入澆注腔中，澆注壓力為2.8-3.2T，待其冷卻固化后再進(jìn)行塑封體切割，劃分成一個個獨立的產(chǎn)品，框架被封裝的部分以比晶振面積略大為宜。
[0028]如圖3-6所示，本超薄塑封半導(dǎo)體元器件為高精度可編程石英時鐘模塊，框架I的基礎(chǔ)厚度為0.3mm,對框架I進(jìn)行多層腐蝕,使框架I正面形成一個中間低、四周高的第一層臺階21，第一層臺階的厚度為0.1_，第一層臺階中心位置放置一個可編程的芯片31，框架I反面形成一個中間低、四周高的第二層臺階22，第二層臺階的厚度為0.2mm，第二層臺階中心位置放置一個晶振32，芯片31上有6個焊區(qū)，與6根焊絲4連接，其中兩根焊絲4的另一端焊接到晶振32上，另4根焊接到引腳5上，其中引腳為框架經(jīng)鏤空以后而形成的，框架的部分、芯片和晶振的全部、焊絲的全部和引腳的部分被封裝起來形成塑封體。單純使用晶振的石英時鐘模塊在溫差變化大的環(huán)境下由于在不同溫度下晶振的振蕩頻率不同，導(dǎo)致其走時不準(zhǔn)。將可編程的芯片與晶振整合形成高精度可編程石英時鐘模塊，可以實現(xiàn)時鐘模塊的實時精確的振蕩功能，能有效避免環(huán)境溫度變化而造成的振蕩頻率的影響，且其尺寸與傳統(tǒng)的石英時鐘模塊相當(dāng)。而如果在傳統(tǒng)的石英時鐘模塊框架上同時設(shè)置晶振和可編程的1C，則其體積太大，不適合很多電子產(chǎn)品的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架，用于一個以上的芯片組裝，其特征在于:所述框架上通過機械模壓或腐蝕的方法形成一層以上用于容納芯片的臺階，框架在臺階位置的厚度小于框架其他位置的厚度，同一臺階位置的厚度相同，不同臺階位置的厚度可以不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架，其特征在于:所述框架所用材料為銅合金。
3.一種超薄塑封半導(dǎo)體元器件，包括: 一權(quán)利要求1至2中任一項所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架； 一個以上的芯片，粘合在超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架的臺階位置； 多個焊絲和引腳，焊絲一端連在芯片上，另一端與引腳連接； 塑封體，超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架的全部或部分、芯片的全部、焊絲的全部和引腳的部分封裝在塑封體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件，其特征在于:所述框架位于塑封體以內(nèi)、不會被芯片覆蓋的部分設(shè)有多個通孔，所述通孔直徑小于0.1_。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件框架，其特征在于:框架以其上塑封體厚的一面為正面 ，另一面為反面，所述通孔位于框架正面的一端直徑小于位于框架反面的一端直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件，其特征在于:所述引腳位于塑封體以內(nèi)的部分設(shè)有多個通孔，所述通孔直徑小于0.1_。
7.權(quán)利要求5所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件的制備方法，其步驟包括: a、將合適厚度的銅合金片材切成框架形狀，清潔框架表面； b、在框架不需要形成臺階的位置表面上均勻涂覆一層抗蝕液，將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到預(yù)定厚度時取出，形成第一層臺階，其中腐蝕液的配方為:水中添質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10~15% 的 FeCl3'3~5% 的 CuCl2 和 2~4% 的 HCl ； C、重復(fù)步驟b形成第二層或者更多層臺階； d、用溫度5(T60°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4-8%的NaOH溶液噴淋框架表面以去除表面涂覆的抗蝕液，噴淋壓力為2~3kg/cm2，然后用3(T40°C的水噴淋框架表面； e、在溫度350-400°C下，將芯片置于框架的臺階位置上，芯片表面的背金層熔化，與框架臺階表面融合，形成歐姆接觸； f、將銅質(zhì)焊接引線的一端焊接在芯片的焊區(qū)，另一端焊接在引腳上，形成芯片與引腳之間的焊絲； g、將焊接后的框架整體放入澆注模具中，使框架、芯片、焊絲的全部及引腳與焊絲焊接的一端位于澆注腔內(nèi)，再將由二氧化硅、環(huán)氧樹脂、硅微粉組分的包封材料加熱融化后注入澆注腔中，待其冷卻固化后取出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件的制備方法，其特征在于:步驟c完成后，將框架整體和引腳全部涂覆一層抗蝕液，在框架不會被芯片覆蓋的位置以及引腳將要被封裝的一端將抗蝕液融化出一個個的細(xì)孔，細(xì)孔在框架正反面的位置一一對應(yīng)，其中框架反面位置的細(xì)孔直徑大于框架正面位置對應(yīng)的細(xì)孔直徑，然后將框架浸入腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕到通孔形成后取出，再進(jìn)行步驟d。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超薄塑封半導(dǎo)體元器件的制備方法，其特征在于:步驟c完成后，將框架不會被芯片覆蓋的位置及引腳將要被封裝的一端用模具沖壓出多個通孔，沖壓出的通孔在框架正面一側(cè)的直徑小于在框架反面一側(cè)的直徑。
【文檔編號】H01L21/56GK103985677SQ201410256976
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】周祥兵 申請人:揚州江新電子有限公司