專利名稱：具有高輸入/輸出連接的半導(dǎo)體集成電路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路器件。更詳細地說，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片的電極鍵合壓焊區(qū)的排列以及一種在需要高輸入和輸出連接的集成電路器件中用于增強鍵合線可靠性的引線框的內(nèi)部引線的結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體芯片必須具有連接部分，例如電極壓焊區(qū)(也稱作鍵合壓焊區(qū))，用于與外界(例如引線框引線)進行電互連。為了進行電連接，廣泛應(yīng)用導(dǎo)線鍵合技術(shù)，芯片電極壓焊區(qū)和引線框內(nèi)部引線通過諸如金或鋁金屬鍵合線進行連接。
在導(dǎo)線鍵合設(shè)計中重要參數(shù)包括導(dǎo)線直徑，電極壓焊區(qū)間距，引線間距以及電極壓焊區(qū)在芯片有源表面的排列。鍵合線的直徑影響最大導(dǎo)線跨度(即通過導(dǎo)線實現(xiàn)電連接的電極壓焊區(qū)和內(nèi)部引線之間的距離)。例如，如果導(dǎo)線具有1.25mil(＝0.00125英寸或者32微米)的直徑，導(dǎo)線跨度的長度通常應(yīng)用100-D規(guī)則，即125mil是通常設(shè)計的最大導(dǎo)線跨度。最大可能的導(dǎo)線跨度也依賴于電極壓焊區(qū)和引線框底座(或管芯底座)的邊緣之間的距離。在決定最大導(dǎo)線跨度中一個最主要的因素是鍵合線是否能夠承受模材流動(moldingflow)的壓力以防止相鄰導(dǎo)線的電短路。在目前的半導(dǎo)體組裝產(chǎn)業(yè)中，最大的導(dǎo)線跨度約從180至200mil。
壓焊區(qū)間距和引線間距基本上由集成電路器件中所需的到外部器件的電通路的多少決定。因此電極壓焊區(qū)以及內(nèi)部引線的數(shù)量越多，壓焊區(qū)間距和引線間距就越小。壓焊區(qū)間距也依賴于諸如電極壓焊區(qū)尺寸、在電極壓焊區(qū)上形成的導(dǎo)線焊球的尺寸、導(dǎo)線鍵合頭的細柱(capillary)和相鄰導(dǎo)線焊球之間的距離以及細柱(capillary)和相鄰鍵合線之間的距離的因素。目前，壓焊區(qū)間距的最小尺寸大約從80至100微米，而由引線框制作工藝極限決定的最小引線間距大約從180至200微米。


圖1A示出了適用于需要高I/O的半導(dǎo)體芯片的封裝的常規(guī)引線框的局部平面圖，而圖1B是圖1A的放大視圖。半導(dǎo)體芯片10安裝到引線框的管芯底座12，而管芯底座通過4個拐角拉桿14連接到引線框的側(cè)桿17。因此拉桿用于支撐管芯底座。引線框的內(nèi)部引線16通過鍵合線18電連接到芯片10的電極壓焊區(qū)20。內(nèi)部引線16沿徑向向內(nèi)擴展到芯片10的四周，而這種類型的引線框被應(yīng)用于方形表面裝配封裝中，例如QFP(方形扁平封裝)，PLCC(有引線塑料芯片載體)，CLCC(有引線陶瓷芯片載體)和類似結(jié)構(gòu)。這些方形封裝能夠提供超過200個I/O連接，并且具有形如鷗翼或J形的外部引線用于表面裝配，這種裝配允許有比管腳直插裝配方法更高的裝配密度。內(nèi)部引線16具有內(nèi)部引線端線13，它不是平行于芯片10的邊緣，而是在中心邊緣區(qū)域處略微向外傾斜。通過這樣做，比起平行內(nèi)部引線結(jié)構(gòu)，能夠制成更多的內(nèi)部引線。
應(yīng)用于方形封裝的半導(dǎo)體芯片具有許多電極壓焊區(qū)20，以矩形的形式沿芯片有源表面的周圍排列，以容納非常高的I/O連接。然而，在方形表面裝配封裝中，用于連接形成于芯片拐角的電極壓焊區(qū)和鄰近拉桿的內(nèi)部引線的拐角導(dǎo)線不可避免地具有非常長的導(dǎo)線跨度。例如，如果芯片10的尺寸是4675μm2，壓焊區(qū)間距是常數(shù)75μm并使用208個管腳(或引線數(shù)目)的引線框，其中引線間距‘1p’是200μm，在中心區(qū)域?qū)Ь€跨度S2為182mil而拐角導(dǎo)線跨度S1為218mil。在導(dǎo)線鍵合工藝或模塑工藝過程中，這種長拐角導(dǎo)線會造成相鄰拐角導(dǎo)線之間的電短路。特別是相鄰導(dǎo)線之間的距離在接近電極壓焊區(qū)時變得較小。在上述例子中，d1是97.6μm而d2是136.5μm，其中d1在距電極壓焊區(qū)四分之一S1的位置處而d2在距電極壓焊區(qū)二分之一S1的位置處。
位于門G兩側(cè)的拐角引線，由于熔化的塑料通過該門G注入并垂直流過長拐角線，經(jīng)受相當(dāng)大的力，因此導(dǎo)線擺動和鄰近導(dǎo)線短路都易于發(fā)生。
為了避免這個問題，如圖2所示現(xiàn)有工藝中半導(dǎo)體芯片10具有擴大的拐角電極壓焊區(qū)22的壓焊區(qū)間距。采用這種結(jié)構(gòu)，例如在上面舉例中的芯片和引線框采用120μm的拐角壓焊區(qū)間距，導(dǎo)線距離d3和d4分別增加到119.6μm和151.2μm。然而，拐角壓焊區(qū)間距的增加導(dǎo)致了較大的芯片尺寸。這是與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝小型化趨勢背道而馳的，因此是不可取的。
作為現(xiàn)有工藝的另一個例子，美國專利號5,466,968公開了一種引線框，其內(nèi)部引線以如圖1所示的典型排列為準轉(zhuǎn)90度排列。具有這種內(nèi)部引線的結(jié)構(gòu)，引線在接近引線框的拉桿處逐漸靠近IC芯片，這就允許拉桿附近的拐角引線縮短。
另一方面，隨著IC器件的集成度越來越高，在IC器件中所需的輸入和輸出連接數(shù)量顯著增加。特別是用于邏輯和微處理器器件的I/O連接數(shù)量繼續(xù)以正比于IC芯片上的門的數(shù)目的速度增加。因此，半導(dǎo)體工業(yè)需要克服如上所述的與長拐角導(dǎo)線有關(guān)的問題和不足。
本發(fā)明的一個目的就是提高在需要高輸入和輸出連接的IC器件中鍵合線的可靠性。
本發(fā)明的另一個目的就是避免相鄰鍵合線，特別是位于需要高IO的半導(dǎo)體芯片的拐角區(qū)域的相鄰鍵合線之間的電學(xué)短路失效。
本發(fā)明的再一個目的是提供更多的IO用于IC器件。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將排列在芯片拐角區(qū)域的半導(dǎo)體芯片的電極壓焊區(qū)從正常的余下電極壓焊區(qū)的矩形布局移向中心芯片區(qū)域。除此之外，通過使拐角電極壓焊區(qū)具有更大的壓焊區(qū)間距，使得相鄰鍵合線的距離能夠更短。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供具有高引線數(shù)目的方形引線框，其中使待被導(dǎo)線鍵合到半導(dǎo)體芯片的拐角電極壓焊區(qū)的引線框的拐角內(nèi)部引線彎曲并進一步伸向芯片。采用這種結(jié)構(gòu)，就可能使拐角鍵合線變短，并因此保持鍵合線的穩(wěn)定性以抵抗導(dǎo)線擺動和電短路作用。
已經(jīng)敘述了本發(fā)明的一些目的和優(yōu)點，其它的目的和優(yōu)點將可通過以下的詳細描述和參照附圖獲得更全面的理解圖1A是安裝有常規(guī)半導(dǎo)體芯片的引線框的平面圖1B是圖1A的‘A’部分的詳細視圖；圖2是引線框和安裝在其上的常規(guī)半導(dǎo)體芯片的局部平面圖，該芯片上具有較大壓焊區(qū)間距的拐角電極壓焊區(qū)；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的引線框和具有向半導(dǎo)體芯片內(nèi)部移動的拐角電極壓焊區(qū)的半導(dǎo)體芯片的局部平面圖；圖3B是圖3A的‘B’部分的詳細視圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的引線框和其中拐角電極壓焊區(qū)移向芯片內(nèi)部并具有較大壓焊區(qū)間距的半導(dǎo)體芯片的局部平面圖；圖4B是圖4A的‘C’部分的詳細視圖；圖5是半導(dǎo)體芯片的視圖；圖6A是根據(jù)本發(fā)明的安裝半導(dǎo)體芯片的引線框的視圖，其中拐角內(nèi)部引線彎曲并且更伸向半導(dǎo)體芯片；以及圖6B是圖6A的‘D’部分的詳細視圖。
圖3A和3B示出了引線框和具有許多根據(jù)本發(fā)明排列的電極壓焊區(qū)的半導(dǎo)體芯片。在芯片110的有源表面上電極壓焊區(qū)120具有矩形布局。這種電極壓焊區(qū)的排列在為容納更多I/O連接的方形表面裝配式封裝中是很典型的。半導(dǎo)體芯片110安裝到管芯底座112并由其支撐，而管芯底座112則通過拉桿114連接到引線框的側(cè)桿區(qū)域(未示出)。拉桿114位于管芯底座112的四個拐角。內(nèi)部引線框引線116沿徑向向內(nèi)伸向芯片110的四邊。內(nèi)部引線116通過鍵合線118電連接到電極壓焊區(qū)120。
內(nèi)部引線端線113不是平行于相對應(yīng)的半導(dǎo)體芯片的邊，而是中心的內(nèi)部引線更遠離芯片伸向芯片外部方向，這樣可允許提供更多的引線。當(dāng)然，當(dāng)內(nèi)部引線端線設(shè)計得更遠離芯片的邊，則拉桿114之間的內(nèi)部引線116的數(shù)目能夠增加。但不幸的是，間距的擴展受到最大導(dǎo)線跨度設(shè)計原則的限制。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，拐角電極壓焊區(qū)按照如圖3B所示的以固定距離‘ps’移向芯片的內(nèi)部來排列。這些移動的拐角電極壓焊區(qū)具有如其他電極壓焊區(qū)一樣的壓焊區(qū)間距‘pd’。
采用這種電極壓焊區(qū)的排列，就可增大芯片拐角區(qū)域的相鄰鍵合線之間的距離，而不增加芯片尺寸。例如，當(dāng)這個實施方案應(yīng)用于上面半導(dǎo)體芯片和引線框示例時(即，芯片尺寸為4675μm2，引線框為208個管腳，其中引線間距‘1p’為200μm)在拐角壓焊區(qū)移動‘ps’是固定的70μm的范圍的情況下，導(dǎo)線距離d1和d2為130.8μm和160.2μm，分別比現(xiàn)有工藝情況增加了33.2μm和23.7μm。其結(jié)果是，相鄰導(dǎo)線的電短路較少，并因此獲得較穩(wěn)定的鍵合線。
圖4A和4B示出了本發(fā)明的另一個實施方案。在這個實施方案中電極壓焊區(qū)的間距是不均勻的，拐角壓焊區(qū)具有較大的壓焊區(qū)間距。采用這種實施方式，就可以通過比圖3的實施方案較少地移動拐角壓焊區(qū)來增大所需的拐角導(dǎo)線距離(d1和d2)。例如，如果壓焊區(qū)只移動35μm的‘ps’而拐角壓焊區(qū)間距‘pd1’是120μm，比其它壓焊區(qū)75μm的間距‘pd2’大。則導(dǎo)線距離d1和d2分別變?yōu)?41.7μm和166.2μm，分別增大了44.1μm和29.7μm。
在拐角壓焊區(qū)所移向的半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部，如圖5所示有源電路圖形形成于中心區(qū)域130，同時用于諸如為有源電路提供正和負電源電壓信號和有源電路內(nèi)部電互連的控制電路形成于周邊區(qū)域140 。由于有源器件尺寸縮小技術(shù)比電極壓焊區(qū)間距減小技術(shù)發(fā)展更快，所以它可以提供足夠的空間用于移動拐角電極壓焊區(qū)。為了在封裝裝配獲得高的產(chǎn)量，必須在芯片布局開始之前決定諸如電極壓焊區(qū)間距和拐角壓焊區(qū)間距的移動的設(shè)計規(guī)則。在決定規(guī)則時，所要考慮的是，例如，用于拐角壓焊區(qū)移動的空間和拐角壓焊區(qū)間距能夠增加的極限。在這樣的決定的基礎(chǔ)上，選擇圖3實施方案或圖4實施方案。
圖6A和6B還示出了本發(fā)明的另一個實施方案。半導(dǎo)體芯片210的電極壓焊區(qū)220具有固定的壓焊區(qū)間距，而拐角壓焊區(qū)220a沿其它電極壓焊區(qū)220所排列的直線排列。內(nèi)部引線沿徑向向內(nèi)延伸，但是與管芯底座保持一定空間。引線具有沿直線230排列的各自的端部，直線230比與相應(yīng)的管芯底座的邊平行的直線略微傾斜。另一方面，鄰近拉桿214的拐角內(nèi)部引線216a彎曲并相對于由其它內(nèi)部引線216界定的內(nèi)部引線端部直線230進一步延伸朝向半導(dǎo)體芯片拐角區(qū)域。鄰近拉桿214處延伸量增加。最好是使拐角內(nèi)部引線216a延伸部分平行以便使拐角鍵合線之間的距離保持固定。
當(dāng)這種引線框結(jié)構(gòu)應(yīng)用于上面所舉芯片和引線框示例時，中心內(nèi)部引線216b的導(dǎo)線跨度S2為不變的182mil，但是拐角內(nèi)部引線216a的導(dǎo)線跨度S1很顯著地減少到160mil，與現(xiàn)有工藝結(jié)構(gòu)相比能夠節(jié)約58mil的導(dǎo)線跨度長度。這種較短的導(dǎo)線鍵合能夠減少模塑過程中導(dǎo)線擺動的可能性，也能夠降低兩個拐角導(dǎo)線的電短路或?qū)Ь€與不合適的引線的短路的可能性。因此，鍵合線的可靠性提高了。
而且由于拐角導(dǎo)線跨度變得較短，內(nèi)部引線的端線能夠更進一步遠離芯片的邊，在相同最大拐角鍵合線跨度情況下能夠允許提供更多的內(nèi)部引線。因此能夠提供更多的I/O連接。
下面的表格說明了本發(fā)明相對現(xiàn)有工藝結(jié)構(gòu)的改進。在現(xiàn)有工藝1中使用了具有4675μm2尺寸的半導(dǎo)體芯片，具有固定壓焊區(qū)間距75μm的電極壓焊區(qū)，以及具有208個引線數(shù)目和200μm內(nèi)部引線間距的引線框。相對于這個現(xiàn)有工藝1，在表格中示出了導(dǎo)線距離的增加程度。在現(xiàn)有工藝2中，如圖2所示兩個拐角電極壓焊區(qū)具有較大的120μm壓焊區(qū)間距。而現(xiàn)有工藝3使拐角壓焊區(qū)間距為150μm。實施方案1到4給出了應(yīng)用本發(fā)明的實驗結(jié)果。在實施方案1和實施方案2中，如圖3所示，兩個拐角電極壓焊區(qū)分別向半導(dǎo)體芯片內(nèi)部移35μm和70μm，同時保持壓焊區(qū)間距為固定值。另一方面，如圖4所示，實施方案3是拐角電極壓焊區(qū)向內(nèi)移35μm并具有較大的120μm壓焊區(qū)間距。最后，實施方案4是拐角內(nèi)部引線如圖6所示進一步延伸向芯片的情況。
<表格>
如前面所說明的，本發(fā)明使得在需要高I/O的IC的器件中拐角鍵合線的導(dǎo)線間距增大和拐角鍵合線的導(dǎo)線跨度減小成為可能。本發(fā)明能夠提高鍵合線的可靠性，并且為IC器件提供更多的輸入輸出連接。
本發(fā)明已參照所說明的實施方案進行了描述，但是這個描述不能被認為只局限于此。對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員參考本敘述作出的各種不同的變型和所說明的實施方案的結(jié)合以及其它本發(fā)明的實施方案都是顯而易見的。因此附加的權(quán)利要求包括任何這樣的變型或?qū)嵤┓桨浮?br> 權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括(A)具有有源表面的半導(dǎo)體芯片，其上形成有許多電極壓焊區(qū)，所述的有源表面具有四個邊和在相鄰所述邊之間界定的四個拐角，許多電極壓焊區(qū)沿有源表面的四個邊按矩形形狀排列；(B)引線框，具有管芯底座，用于支撐半導(dǎo)體芯片和電連接到半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部引線，所述的內(nèi)部引線徑向延伸向有源表面的四個邊同時離開半導(dǎo)體芯片一定距離；并且(C)在許多電極壓焊區(qū)和內(nèi)部引線之間連接有許多鍵合線，其中位于拐角處的拐角電極壓焊區(qū)移向半導(dǎo)體芯片內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述的拐角電極壓焊區(qū)具有與其它電極壓焊區(qū)一樣的壓焊區(qū)間距。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述的拐角電極壓焊區(qū)具有比其它電極壓焊區(qū)較大的壓焊區(qū)間距。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述的內(nèi)部引線具有內(nèi)部引線端線，其在拐角處比相應(yīng)的有源表面的邊的平行線向內(nèi)傾斜。
5.一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括(A)具有有源表面的半導(dǎo)體芯片，其上形成有許多電極壓焊區(qū)，所述有源表面具有四個邊和在相鄰的邊之間界定的四個拐角，許多電極壓焊區(qū)沿有源表面的四個邊按照矩形形狀排列；(B)引線框，具有管芯底座，用于支撐半導(dǎo)體芯片和電連接到半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部引線，所述內(nèi)部引線徑向延伸向有源表面的四個邊并與半導(dǎo)體芯片離開一定距離；并且(C)在許多電極壓焊區(qū)和內(nèi)部引線之間連接有許多鍵合線，其中連接到拐角處的電極壓焊區(qū)的拐角內(nèi)部引線進一步延伸向半導(dǎo)體芯片。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中引線框還包括四個連接到管芯底座拐角的四個拉桿，并且拐角內(nèi)部引線平行于拉桿。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中連接在拐角內(nèi)部引線和拐角電極壓焊區(qū)之間的拐角鍵合線比連接在內(nèi)部引線和放置在有源表面的邊的中心區(qū)域的電極壓焊區(qū)之間的中心連接線具有較短的長度。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路器件，其中內(nèi)部引線具有的內(nèi)部引線端線在拐角處比相應(yīng)的有源表面的邊的平行線向內(nèi)傾斜。
9.一種引線框，包括管芯底座，用于支撐具有許多電極壓焊區(qū)的半導(dǎo)體芯片和電互連到許多電極壓焊區(qū)的內(nèi)部引線，所述的許多電極壓焊區(qū)沿半導(dǎo)體芯片的四個邊按照矩形形狀排列，位于半導(dǎo)體芯片拐角區(qū)域的內(nèi)部引線進一步延伸向半導(dǎo)體芯片。
10.如權(quán)利要求9所述的引線框，其中半導(dǎo)體芯片的電極壓焊區(qū)和引線框的內(nèi)部引線通過金屬鍵合線進行電連接。
全文摘要
一種需要高I/O連接的IC器件，其中許多電極壓焊區(qū)以矩形形式排列用于方形表面裝配式封裝，拐角電極壓焊區(qū)移向半導(dǎo)體芯片內(nèi)部用于減小拐角鍵合線距離，或者拐角內(nèi)部引線彎曲并進一步延伸向芯片使拐角鍵合線的跨度長度較短，從而使得在導(dǎo)線鍵合和模塑工序過程中避免導(dǎo)線擺動和拐角鍵合線的短路并且能夠提高鍵合線的可靠性。
文檔編號H01L21/60GK1168537SQ96123430
公開日1997年12月24日 申請日期1996年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月13日
發(fā)明者姜帝鳳 申請人:三星電子株式會社