暴露散熱器的方形扁平無(wú)引腳（qfn）封裝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種集成電路（1C)封裝。更具體地，本發(fā)明涉及QFN或其他暴露焊墊 無(wú)引腳封裝，具有暴露的散熱器，器件管芯附于其上。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子工業(yè)持續(xù)依賴(lài)于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步以實(shí)現(xiàn)在更緊湊的面積上的更強(qiáng)功能的 器件。對(duì)于許多應(yīng)用而言，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)功能的器件要求將許多電子器件集成進(jìn)單一硅片中。由 于在硅片的每一給定面積上的器件的數(shù)目上升，制造過(guò)程變得更加困難。
[0003] 很多種類(lèi)的半導(dǎo)體器件被制造出來(lái)，它們?cè)谠S多領(lǐng)域具有各種應(yīng)用。這種基于硅 的半導(dǎo)體器件通常包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（M0SFET)，例如P溝道MOS(PMOS)、N溝 道MOS(NMOS)以及互補(bǔ)型MOS(CMOS)晶體管、雙極晶體管、BiCMOS晶體管。這類(lèi)M0SFET器 件在導(dǎo)電柵與類(lèi)似于硅的襯底之間包括絕緣材料，從而這些器件通常稱(chēng)為IGFET(絕緣柵 FET)。
[0004] 在一個(gè)圓片襯底上制造出數(shù)個(gè)電子器件之后，特別的挑戰(zhàn)在于為了它們自身的目 的而將這些器件封裝起來(lái)。隨著便攜系統(tǒng)的復(fù)雜度提升，也存在著相應(yīng)的減小組成系統(tǒng)的 單個(gè)元件的尺寸的需求，該系統(tǒng)通常鋪設(shè)在印刷電路基板上。減小單個(gè)元件的尺寸的一種 方式是通過(guò)減小包含這些器件的封裝的尺寸的技術(shù)。通常使用的封裝是QFN(方形扁平無(wú) 引腳）封裝，以減小貼裝到系統(tǒng)印刷電路基板上的器件的垂直外形。然而，一些應(yīng)用中可能 需要QFN器件可以處理足夠的功率，從而可能對(duì)器件管芯和封裝造成熱應(yīng)力。因而，需要散 熱器來(lái)耗散任何余熱；然而，要求散熱器不能明顯地增大垂直外形。對(duì)于QFN或相似的封裝 存在著容納具有散熱器的器件管芯、并具有可接受的形狀的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決了制造QFN半導(dǎo)體的挑戰(zhàn)，該半導(dǎo)體具有較低的垂直外形，并具有增 強(qiáng)的熱性能。多個(gè)器件管芯被附著到散熱器陣列。多個(gè)器件管芯被劃分為附著在散熱器部 分上的單個(gè)器件。這些單個(gè)的器件管芯/散熱器組裝體與引線框架陣列一起被置于載帶 上。器件管芯被線接合到引線框架陣列。組裝體被包封在模制材料中。模制的組裝體被分 割為單個(gè)器件。器件在下側(cè)具有暴露的電接觸和散熱器。暴露的散熱器提供了自器件到其 所貼附的印刷電路板（PCB)的增強(qiáng)的熱耦合。
[0006] 此外，本發(fā)明解決了將管芯接合條件從其在引線框架和/或載體上不利影響解放 出來(lái)的長(zhǎng)期以來(lái)的需求。對(duì)于高溫管芯接合，這些影響可以包括引線框架表面的氧化，導(dǎo)致 模制粘著或線接合的問(wèn)題，或者在帶狀載體情況下膠粘劑的分解。
[0007] 進(jìn)一步地，下部的暴露的散熱器提供了器件管芯與其所焊接的印刷電路板（PCB) 之間高融合度的電連接。
[0008] 在一種示例的實(shí)施方式中，提供了一種制備具有增強(qiáng)熱耗散的集成電路（1C)器 件的方法。該方法包括：提供具有上表面與下表面的散熱器陣列，散熱器陣列在上表面上包 括管芯放置區(qū)域，芯片接合多個(gè)有源器件管芯到散熱器陣列上的管芯放置區(qū)域上，以及將 多個(gè)有源器件管芯劃分為單個(gè)散熱器器件管芯，單個(gè)散熱器器件管芯具有附在下部的散熱 器部分。
[0009] 在一種示例的實(shí)施方式中，提供了一種制備具有增強(qiáng)熱耗散的集成電路（1C)器 件的方法。該方法包括：提供具有上表面和下表面的散熱器陣列，散熱器陣列在上表面上包 括管芯放置區(qū)域，散熱器陣列在下表面具有缺口，缺口定義管芯放置區(qū)域彼此之間的分隔。 利用管芯附著材料將多個(gè)有源器件管芯芯片接合到散熱器陣列上的管芯放置區(qū)域上，其中 芯片接合是在預(yù)定的高溫下進(jìn)行的。將多個(gè)有源器件劃分為單個(gè)散熱器器件管芯，單個(gè)散 熱器器件管芯具有附在下部的散熱器部分，散熱器陣列沿缺口中間被劃分。該方法進(jìn)一步 提供具有接合墊座的引線框架，接合墊座包括上表面和相對(duì)的下表面，接合墊座圍繞管芯 放置區(qū)域。在下表面上將引線框架貼裝到粘性載帶。在管芯放置區(qū)域中，將散熱器器件管 芯用其下表面放置到粘性載帶上。導(dǎo)電性地將散熱器器件管芯接合到接合墊座。導(dǎo)電性地 接合的散熱器和引線框架利用模制材料封裝。去除粘性載帶，暴露散熱器器件管芯的下表 面和與接合墊相反的下表面。
[0010] 在一種示例的實(shí)施方式中，提供了一種具有增強(qiáng)熱耗散的集成電路（1C)器件。該 1C包括具有上表面和下表面的有源器件管芯。可接合的管芯附著層在有源器件管芯的下表 面上。散熱器組件具有上表面和相反的下表面以相應(yīng)于有源器件管芯，其中有源器件管芯 利用可接合管芯附著層接合到散熱器組件的上表面。
[0011] 以上的
【發(fā)明內(nèi)容】
并不代表本發(fā)明的下述的各實(shí)施方式或其方面。本發(fā)明的其他方 面和示例的實(shí)施方式如以下附圖及其說(shuō)明所述。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 以下將結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)地描述，其中：
[0013] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例的封裝過(guò)程的流程圖；
[0014] 圖2A-2F是根據(jù)本發(fā)明裝配的暴露散熱器的QFN封裝的側(cè)視圖；以及
[0015] 圖3A-3B是根據(jù)本發(fā)明裝配的暴露散熱器的QFN封裝的側(cè)視圖和上視圖，其中示 出示例維度。
[0016] 以下將通過(guò)附圖中示例的說(shuō)明詳細(xì)闡述本發(fā)明的細(xì)節(jié)，本發(fā)明亦可適用各種變通 與修飾。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不局限于所描述的特定實(shí)施方式。相反地，意欲覆蓋 所有落入包括定義在權(quán)利要求中的各方面中的本發(fā)明的所有修改、等同和替換。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明被發(fā)現(xiàn)在增強(qiáng)安裝在QFN封裝中的FET器件的散熱特性是有效的。這些器 件可能預(yù)期耗散大約l〇〇mW至約5W，或者更多。
[0018] 在一種示例的工藝中，圓片被研磨到大約200μπι，以提供最終被裝配到散熱器上 的器件管芯。為進(jìn)一步減小垂直形狀，在另一示例的工藝中，背部研磨的厚度可以被減小到 50μπι，在此過(guò)程之后再施加背部金屬。該金屬在數(shù)個(gè)微米級(jí)別?？梢詰?yīng)用一個(gè)或多個(gè)金屬 沉積工藝或者它們的組合（例如開(kāi)始的濺射層通過(guò)鍍的工藝增大厚度）。金屬在器件管芯 貼附到散熱器上時(shí)提供足夠的粘著力。
[0019] 本發(fā)明避免使用單獨(dú)的散熱器來(lái)裝到QFN封裝上，因?yàn)榉庋b的下部與PCB直接接 觸，PCB提供了一個(gè)大的區(qū)域，熱量可以在此得到耗散。器件的下側(cè)準(zhǔn)備好之后，在裝配進(jìn) QFN引線框架之前，器件管芯貼附到散熱器提供了比封裝在傳統(tǒng)的QFN結(jié)構(gòu)中的器件管芯 更佳的熱傳播。
[0020] 現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的工藝100,步驟110,晶圓襯底的下側(cè) 經(jīng)過(guò)背部研磨而達(dá)到預(yù)定的厚度。步驟115,在背部研磨之后，晶圓的下側(cè)被施加合適的可 接合導(dǎo)電表面。該可接合導(dǎo)電表面可以通過(guò)多種技術(shù)施加，包括但不限于：濺射、蒸發(fā)、化學(xué) 氣相沉積、電鍍或其組合。可接合導(dǎo)電表面可以包括NiAu、Cu、NiAg，或者其他合適的合金。 步驟120,在覆蓋了晶圓的下側(cè)之后，晶圓被劃開(kāi)，從而具有可接合的下側(cè)的器件管芯被分 離出來(lái)。晶圓的切割可以利用鋸切、裂片、激光切或其他合適的方法來(lái)完成。
[0021] 在另一示例性的實(shí)施方式的工藝中，具有可接合下側(cè)表面的器件管芯可以預(yù)先在 單獨(dú)工藝過(guò)程中、或者由第三方準(zhǔn)備好。如本發(fā)明所述的，所形成的器件管芯適合于接合到 散熱器陣列。
[0022] 步驟125,基于器件管芯的類(lèi)型，提供散熱器陣列。步驟130,在提供了散熱器陣列 之后，器件管芯被接合到散熱器陣列上的管芯接合區(qū)。具有可焊下側(cè)的器件管芯可以通過(guò) 回流焊而焊接到散熱器陣列的管芯接合區(qū)。
[0023] 本發(fā)明允許使用高溫管芯接合。引線框架免于工藝溫度的有害影響，這種影響包 括引線框架的氧化，其可能導(dǎo)致模制材料粘著變差或者線接合的問(wèn)題。用戶(hù)可以使用高溫 管芯附著技術(shù)，包括但不必然限制于：焊接、共熔、燒銀（Ag)、導(dǎo)電粘合，等。例如，燒銀在約 200°C至300°C進(jìn)行，鉛焊在約350°C，共熔在約400°C、導(dǎo)電粘合在150°C至250°C。
[0024] 進(jìn)一步的，高溫可能與粘性載帶的使用不相兼容，高溫會(huì)使帶子退化。
[0025] 步驟135,將具有貼附的器件管芯的散熱器陣列劃分為單個(gè)的組裝體。步驟140， 基于器件管芯/散熱器組裝體的類(lèi)型，選擇合適的引線框架陣列。步驟145,將引線框架陣 列與器件管芯/散熱器組裝體置于載帶上。器件管芯/散熱器組裝體由引線框架陣列的接 合墊區(qū)域圍繞。步驟150,將器件線接合到引線框架陣列上的接合墊。步驟155,包封器件 管芯/散熱器組裝體陣列及引線框架陣列。
[0026] 在另一示例的實(shí)施方式中，特別當(dāng)最小化互連電感和/或電阻是關(guān)鍵時(shí)，線接合 的使用可能未必適當(dāng)。帶接合也經(jīng)常被使用。對(duì)于給定的應(yīng)用，線接合可具有給定的大約 25.4以111(0.001111)的直徑，而帶接合可具有大約25.4 4111叉76.2 4111(0.001111叉 0.003111) 的截面?；ミB電感可能導(dǎo)致阻抗失配、振鈴、畸變脈沖。對(duì)高速電路來(lái)說(shuō)，額外的電壓會(huì)導(dǎo) 致減小的帶寬。由于這種減小電感的需求，帶接合經(jīng)常被指定來(lái)替代線接合。對(duì)于寬頻帶 元件而言，這是特別準(zhǔn)確地，其中諸如群延遲之類(lèi)的參數(shù)必須在非常寬的帶寬上被控制。帶 接合是優(yōu)選的是因?yàn)閹Ы雍贤ǔ１染€接合具有小2到3倍的電感。相比于一般的線接合， 增大的截面積會(huì)用來(lái)降低帶接合的電阻，進(jìn)而在相應(yīng)的電通道中降低RDScm。更多的信息可 以在"QuickReferenceGuide：RibbonBondvs.WireBond."NATELEngineeringCo.， Inc.，Chatsworth，加利福尼亞，美國(guó)，第4頁(yè)中找到。
[0027] 在另外示例的實(shí)施方式中，可以使用條帶接合技術(shù)。進(jìn)一步的信息，可以參考 LeonardusvanGemert、EmilIsrael的名為"ExposedDieClipBondPowerPackage'，（申 請(qǐng)?zhí)?4/322419)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。該申請(qǐng)作為引用結(jié)合在此處。
[0028] 器件管芯/散熱器組裝體可以設(shè)置為條狀，例如50mmx150mm，或者100mmx 300mm?？梢允褂玫墓苄境叽缈梢允羌s1mmx1mm至約10mmx10mm的范圍。器件引腳的 數(shù)目可以是2至50的范圍。
[0029] 在包封之后，去除載帶。步驟160,包封好的器件的裝配陣列隨后被鋸開(kāi)成為單個(gè) 的裝配好的器件，其引線框架接觸被暴露作為暴露的散