專利名稱:可顛倒無引線封裝及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件封裝。更具體地說,本發(fā)明涉及可顛倒無引線半導(dǎo)體器件封裝和用來制造可顛倒無引線半導(dǎo)體器件封裝的方法。
背景技術(shù):
在基于引線框架的半導(dǎo)體器件封裝中,電信號(hào)通過導(dǎo)電引線框架在至少一個(gè)半導(dǎo)體器件(電路小片(die))與諸如印刷電路板之類的外部電路之間傳輸。引線框架包括多根引線,每根具有內(nèi)部引線端和相對(duì)的外部引線端。內(nèi)部引線端電氣連接到在電路小片上的輸入/輸出(I/O)焊盤上,并且外部引線端提供用來連接到外部電路的端子。在外部引線端在封裝本體的表面處終止的場(chǎng)合,封裝稱作“沒有引線”或“無引線”封裝。如果外部引線端超越封裝本體周邊延伸,則封裝稱作“有引線的”。已知的無引線封裝的例子包括四邊扁平無引線(QFN)封裝,它們具有在四邊封裝本體的底部的周邊周圍布置的四組引線;和雙邊扁平無引線(DFN)封裝,它們具有沿封裝本體的底部的相對(duì)側(cè)布置的兩組引線。
一種用來制造用于四邊扁平無引線(“QFN”)封裝的引線框架的方法公開在授予McLellan等的美國專利No.6,498,099中,該專利全文引用作為參考。在McLellan等的專利中,導(dǎo)電基片的第一側(cè)被部分蝕刻以限定支撐墊和內(nèi)部引線端。半導(dǎo)體器件接合到部分限定的支撐墊上,并且由導(dǎo)線接合等電氣互連到部分限定的內(nèi)部引線端上。半導(dǎo)體器件、部分限定的支撐墊、部分限定的內(nèi)部引線及導(dǎo)線接合然后封裝在聚合物模制樹脂中。導(dǎo)電基片的相對(duì)第二側(cè)然后被蝕刻,以電氣隔離支撐墊和內(nèi)部引線端以及限定外部引線端。
另一種用于QFN封裝的制造的方法公開在提交于2002年4月29日并且在此全文引用作為參考的共同擁有的美國專利申請(qǐng)No.10/134,882中。
希望在半導(dǎo)體封裝工業(yè)中使半導(dǎo)體封裝的外形高度(厚度)最小以促進(jìn)在移動(dòng)、無線及醫(yī)學(xué)用途中的進(jìn)步。當(dāng)前要求是對(duì)于具有亞毫米級(jí)的外形高度的封裝。對(duì)于增大處理能力和速度的需要,也產(chǎn)生增加能配合到給定區(qū)域上的電路小片數(shù)量(即增加電路小片密度)以及減小在電路小片之間的電氣路徑的長度的需求。
對(duì)于用于增加電路小片密度和減小電氣路徑長度的需求的一種解決方案是在單個(gè)封裝內(nèi)部堆疊多個(gè)電路小片。各電路小片由絕緣層/插入物分離,使導(dǎo)線接合和/或倒裝芯片電路小片連接用來把電路小片電氣連接到公共引線框架上。然而,這種解決方案具有其缺點(diǎn)。首先,具有堆疊電路小片的封裝至少部分由于在封裝內(nèi)的增大數(shù)量的電氣連接和對(duì)于布置在電路小片之間的絕緣層/插入物的需要而引入封裝組件的復(fù)雜性。如果任意缺陷在封裝的組裝期間發(fā)生,包括在堆疊內(nèi)的所有芯片的整個(gè)封裝是不可補(bǔ)救的。第二,在導(dǎo)線接合過程用來電氣連接堆疊電路小片的場(chǎng)合,在堆疊中的頂部電路小片必須把尺寸定成在底部電路小片上提供足夠的外圍空間以允許導(dǎo)線接合底部電路小片。換句話說,頂部電路小片必須比底部電路小片小。最后,在單個(gè)封裝中堆疊兩個(gè)或多個(gè)電路小片增大封裝的厚度,并且產(chǎn)生關(guān)于功率管理和散熱的問題。
因而,存在對(duì)于具有減小外形尺寸同時(shí)允許增大電路小片密度和減小在電路小片之間的電氣路徑的長度的半導(dǎo)體器件封裝的需要。
發(fā)明內(nèi)容
上述和其它需要由一種包括模制化合物的半導(dǎo)體器件封裝滿足,該模制化合物形成如下的一部分第一封裝面、與第一封裝面相對(duì)的第二封裝面、以及在第一與第二封裝面之間延伸的封裝側(cè)面。半導(dǎo)體器件和導(dǎo)電引線框架至少部分地由模制化合物覆蓋。導(dǎo)電引線框架包括布置在封裝的周邊處、并且具有布置在第一封裝面處的第一接觸表面和布置在第二封裝面處的第二接觸表面的多個(gè)支柱。半導(dǎo)體器件定位在多個(gè)支柱的中心。引線框架還包括多個(gè)支柱延伸部,每個(gè)具有布置在第二封裝面處的第三接觸表面。該多個(gè)支柱延伸部從多個(gè)支柱向半導(dǎo)體器件延伸。每一個(gè)支柱延伸部包括在與第二封裝面相對(duì)的支柱延伸部的表面上形成的接合點(diǎn)。在半導(dǎo)體器件上的至少一個(gè)I/O焊盤電氣連接到在接合點(diǎn)處的支柱延伸部。
在一個(gè)實(shí)施例中,I/O焊盤的至少一個(gè)被導(dǎo)線接合或帶接合到接合點(diǎn)上。在另一個(gè)實(shí)施例中,I/O焊盤的至少一個(gè)直接電氣連接到接合點(diǎn)上,用來形成倒裝芯片型連接。該半導(dǎo)體器件封裝可以具有四個(gè)封裝側(cè)面,使多根引線布置在四個(gè)封裝側(cè)面的兩個(gè)中??蛇x擇地,該半導(dǎo)體器件封裝可以具有四個(gè)封裝側(cè)面,使多根引線布置在所有四個(gè)封裝側(cè)面中。在另一個(gè)實(shí)施例中,形成半導(dǎo)體器件封裝的堆疊。
在另一個(gè)方面,一種在制造半導(dǎo)體器件封裝時(shí)使用的方法包括(a)由導(dǎo)電材料形成多個(gè)支柱,該多個(gè)支柱具有與半導(dǎo)體器件封裝的預(yù)定外形高度相等的高度,并且在多個(gè)支柱中的每個(gè)支柱具有定位在預(yù)定封裝側(cè)面處的側(cè)表面;(b)把半導(dǎo)體器件布置在由多個(gè)支柱限定的中央?yún)^(qū)域內(nèi),半導(dǎo)體器件包括布置在其上的多個(gè)I/O焊盤;(c)把多個(gè)I/O焊盤電氣連接到從多個(gè)支柱突出的相關(guān)導(dǎo)電支柱延伸部上;以及(d)用模制化合物覆蓋電路小片、多個(gè)支柱以及支柱延伸部的至少一部分。
把I/O焊盤電氣連接到接合點(diǎn)上可以包括把I/O焊盤導(dǎo)線接合或直接電氣連接到接合點(diǎn)上,以形成倒裝芯片型連接。在支柱的每一個(gè)的端部上的接觸表面可以直接電氣連接到相鄰半導(dǎo)體器件封裝的接觸表面上。
在一個(gè)實(shí)施例中,形成多個(gè)支柱包括選擇具有與半導(dǎo)體器件封裝的預(yù)定外形高度相等的外形高度的導(dǎo)電材料片;和,選擇性地從片除去材料以形成支柱。在另一個(gè)實(shí)施例中,形成多個(gè)支柱包括選擇具有比半導(dǎo)體器件封裝的預(yù)定高度大的外形高度的導(dǎo)電材料片;和,選擇性地從片除去材料,以在導(dǎo)電材料的基片部分上形成支柱。在這個(gè)實(shí)施例中,該方法還包括在用模制化合物覆蓋電路小片和支柱及支柱延伸部之后,除去導(dǎo)電材料的基片部分。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在附圖和下面的描述中敘述。本發(fā)明的其它特征、目的及優(yōu)點(diǎn)通過描述和附圖以及由權(quán)利要求變得明顯。
由結(jié)合其中類似元件被類似標(biāo)號(hào)的附圖進(jìn)行的如下詳細(xì)描述,將更充分地理解本發(fā)明,并且在附圖中圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種四邊、無引線、導(dǎo)線接合的半導(dǎo)體器件封裝的部分剖開、頂部立體圖;圖2是圖1的半導(dǎo)體器件封裝的橫截面視圖;圖3是圖1的半導(dǎo)體器件封裝的仰視圖;圖4是圖1的半導(dǎo)體器件封裝的俯視圖;圖5a-5j描繪使用用來組裝半導(dǎo)體器件的第一方法在組裝的各個(gè)階段中的圖1的半導(dǎo)體器件封裝;圖6a-6j描繪使用用來組裝半導(dǎo)體器件的第二方法在組裝的各個(gè)階段中的圖1的半導(dǎo)體器件封裝;圖7是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種四邊、無引線、倒裝芯片半導(dǎo)體器件封裝的部分剖開、頂部立體圖;圖8是圖7的半導(dǎo)體器件封裝的橫截面視圖;圖9是圖7的半導(dǎo)體器件封裝的可選擇布置的橫截面視圖;圖10是圖7的半導(dǎo)體器件封裝的俯視圖;
圖11是圖7的半導(dǎo)體器件封裝的仰視圖,表示選擇性引線軌跡;圖12a-12h描繪使用用來組裝半導(dǎo)體器件的第一方法在組裝的各個(gè)階段中的圖7的半導(dǎo)體器件封裝;圖13a-13h描繪使用用來組裝半導(dǎo)體器件的第二方法在組裝的各個(gè)階段中的圖7的半導(dǎo)體器件封裝;圖14是一半導(dǎo)體器件封裝堆疊的橫截面視圖,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝布置有直立位置的電路小片;圖15是一半導(dǎo)體器件封裝堆疊的橫截面視圖,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝布置有顛倒位置的電路小片;及圖16是一半導(dǎo)體器件封裝堆疊的橫截面視圖,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝以交替直立和顛倒位置布置。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1和2,表示一種四邊、無引線、導(dǎo)線接合的半導(dǎo)體器件封裝10。半導(dǎo)體器件封裝10具有底部封裝面12、與底部封裝面12相對(duì)的頂部封裝面14、以及在底部與頂部封裝面12、14之間延伸的封裝側(cè)面16。各個(gè)封裝面部分地由模制化合物18形成,該模制化合物18覆蓋半導(dǎo)體器件(電路小片)20和導(dǎo)電引線框架22的部分。導(dǎo)電引線框架22包括多根引線23。引線23的每一根包括布置在封裝的周邊處的支柱24。支柱24的每一個(gè)具有布置在頂部封裝面14處的第一接觸表面26和布置在底部封裝面12處的第二接觸表面28。電路小片20連到定位在由多個(gè)支柱24形成的中央?yún)^(qū)域中的電路小片支撐墊30上。每根引線也包括支柱延伸部32,具有布置在底部封裝面12處的接觸表面34。每個(gè)支柱延伸部32從相關(guān)支柱24向電路小片20延伸,使支柱24和支柱延伸部32形成用來接收電路小片20的凹進(jìn)部分。每個(gè)支柱延伸部32包括形成在與底部封裝面12相對(duì)的支柱延伸部32的表面上的接合點(diǎn)36。在表示的實(shí)施例中,接合點(diǎn)36經(jīng)導(dǎo)線40電氣連接到相關(guān)輸入/輸出I/O焊盤38上。
引線23彼此以及與電路小片墊30間隔開,以把引線23彼此電氣隔離以及與電路小片墊30隔離開。從電路小片墊30的四個(gè)角部的每一個(gè)延伸的是系桿42,系桿42表示為具有從其端部延伸的突起的一般為直的桿。系桿42用于把電路小片墊30錨定在模制化合物18內(nèi)。
在表示的實(shí)施例中,引線框架22包括布置在封裝10的四側(cè)的每一個(gè)上的三根引線23。然而,將理解,引線23的數(shù)量和位置可以按具體用途的需要而修改。例如,對(duì)于在雙邊、無引線半導(dǎo)體封裝中的使用,引線框架22可以包括布置在封裝10的相對(duì)側(cè)上的兩組引線23。
封裝10提供外形高度,如在圖2中在50處指示的那樣,該高度典型地大于包圍電路小片20的厚度的幾倍。例如,對(duì)于約0.2毫米(mm)的電路小片外形高度(以52指示),封裝外形高度50可以是約0.5mm,使支柱延伸部32、電路小片支撐墊30以及系桿42具有約0.1mm的外形高度(以54指示)??紤]到在電路小片20與電路小片支撐墊30之間的約0.025mm的接合材料層,約0.175mm剩余在電路小片20上方,用來接收接合導(dǎo)線(以56指示)。支柱的外形高度等于封裝的外形高度50(約0.5mm),使支柱相對(duì)于接合點(diǎn)的外形高度(以58指示)是約0.4mm。一般地說,封裝10可以具有比電路小片20的外形高度52大約大2.5倍的外形高度50。
如圖3中所示,每根引線23的一部分在封裝10的底部封裝面12上暴露。引線23的暴露部分包括在支柱24的每一個(gè)上的接觸表面28、和支柱延伸部32的接觸表面34。如圖4中所示,在引線23的每一根上的接觸表面28在封裝10的頂部封裝面14處暴露。圖3和4的比較表明,包括支柱24的每一個(gè)的接觸表面28和支柱延伸部32的接觸表面34的在底部封裝面12上的總接觸表面面積大于在頂部封裝面14處的接觸表面26。封裝10在接觸表面26、28或34的任一個(gè)處和/或在支柱24的暴露側(cè)表面60處(圖2)可以電氣連接到外部電路上,如連接到印刷電路板、另一個(gè)半導(dǎo)體器件封裝、或試驗(yàn)裝置上。電信號(hào)經(jīng)每個(gè)I/O焊盤38、導(dǎo)線40、支柱延伸部32及支柱24在電路小片20與外部電路之間傳輸。
引線框架22的設(shè)計(jì)允許封裝10使用用于標(biāo)準(zhǔn)QFN組裝和修整的相同設(shè)備來組裝。例如,封裝10能使用具有預(yù)成形引線的、有或沒有抽頭的引線框架來組裝,或者它能采用部分蝕刻引線框架的使用,其中基片被部分地蝕刻以限定引線23,并且除去基片以在封裝后形成引線。這些方法的每一種在下文討論。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5,表示使用采用具有預(yù)成形引線23的引線框架22的方法在組裝的各個(gè)階段的半導(dǎo)體器件封裝10。圖5a是三個(gè)互連引線框架22的平面圖,并且圖5b-5j是在各個(gè)組裝階段中的互連引線框架22的橫截面視圖。如圖5中所示,多于一個(gè)引線框架22優(yōu)選地部分連接,以允許封裝10的同時(shí)組裝??稍O(shè)想的是,可選擇地,封裝10可以個(gè)別地組裝。
引線框架22可以由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體片形成,并且優(yōu)選地是銅或銅基合金。銅基合金是指包含按重量計(jì)大于50%的銅的材料。形成引線框架22的傳導(dǎo)材料片具有與封裝10的希望外形高度相等的外形高度。
使用諸如壓印、化學(xué)蝕刻、激光燒蝕等之類的任何已知方法可以形成包括電路小片支撐墊30、引線23以及系桿42的引線框架22的各特征。優(yōu)選地使用諸如化學(xué)蝕刻或激光燒蝕之類的受控去除過程形成在這些特征的每一個(gè)中形成的各種凹進(jìn)部分。例如,打算形成支柱24的接觸表面26的每個(gè)表面可以涂有化學(xué)抗蝕劑,并且剩余表面暴露于適當(dāng)蝕刻劑一段時(shí)間,以便有效地把在剩余表面下面的厚度減小到支柱延伸部32、電路小片支撐墊30以及系桿42的希望厚度(即外形高度)。這些結(jié)構(gòu)的預(yù)期上表面然后可以涂有化學(xué)抗蝕劑,并且剩余表面暴露于蝕刻劑一段時(shí)間,以便有效除去除了引線23、支撐墊30以及系桿42之外的材料。
參照?qǐng)D5c,在形成引線框架22之后,在支柱延伸部32上的接合點(diǎn)36可以鍍有便于與接合導(dǎo)線接合的材料。例如,在使用金接合導(dǎo)線的場(chǎng)合,接合點(diǎn)36可以鍍有金??蛇x擇地,依據(jù)具體應(yīng)用或使用的接合導(dǎo)線的類型,可以鍍敷整個(gè)引線框架22,或者可以不進(jìn)行鍍敷。
參照?qǐng)D5d,在準(zhǔn)備導(dǎo)線接合時(shí),支柱24的底部接觸表面28、支柱延伸部32的接觸表面34、以及電路小片支撐墊30的底部表面固定到表面70上。在所示的實(shí)施例中,表面70形成在粘合帶上,該粘合帶接觸和固定大體共面的接觸表面28和34及電路小片支撐墊73的底部表面。
參照?qǐng)D5e,其次使用任何便利的方法,如焊料、環(huán)氧樹脂、雙面粘合帶等,把電路小片20固定到支撐墊30上。在電路小片20固定到支撐墊30上之后,導(dǎo)線40個(gè)別地連接在電路小片20上的I/O焊盤38與在相應(yīng)引線23上的接合點(diǎn)36之間。
在使用圖5的方法組裝封裝期間,支柱延伸部32用電路小片支撐墊30固定到表面70上,因而允許導(dǎo)線40精確地接合到接合點(diǎn)36上,結(jié)果,減小在封裝10的組件中的缺陷。另外,因?yàn)橹е由觳?2沿其整個(gè)長度由表面70支撐,所以本發(fā)明允許在導(dǎo)線接合時(shí)使用比對(duì)于先有技術(shù)的引線可能的更廣泛的各種接合方法和導(dǎo)線材料。例如,可以使用其中施加壓力和超聲波振動(dòng)脈沖串的組合以形成冶金冷焊接的超聲波接合、其中施加壓力和升高溫度的組合以形成焊接的熱壓縮接合,或其中施加壓力、升高溫度以及超聲波振動(dòng)脈沖串的組合以形成焊接的熱聲波接合,從而進(jìn)行導(dǎo)線接合。在接合中使用的導(dǎo)線40的類型優(yōu)選地由金、金基合金、鋁或鋁基合金制成。作為對(duì)于導(dǎo)線接合的選擇例,可以使用卷帶自動(dòng)接合(TAB)。
參照?qǐng)D5g,在完成導(dǎo)線接合之后,電路小片20、引線框架22以及接合導(dǎo)線40用模制化合物18覆蓋。模制化合物18可以使用任何便利的技術(shù)施加,如使用轉(zhuǎn)移或注射模制過程。模制化合物是具有在約150℃至約300℃之間的范圍內(nèi)的流動(dòng)溫度(flow temperature)的電絕緣材料,優(yōu)選的是聚合物模制樹脂,如環(huán)氧樹脂。模制化合物18也可以是低溫?zé)岵A?fù)合物。在模制化合物18的施加期間,在引線23之間的空隙被保持,因?yàn)橹е?4和支柱延伸部32固定到表面70上。
參照?qǐng)D5h,在涂敷之后,互連的封裝10與表面70分離,并且連接表面28和34鍍敷有便于與外部電路電氣連接的材料。如果整個(gè)引線框架22以前被鍍敷,則連接表面28和34的鍍敷可能是不必要的。
連接的封裝10然后通過用刀片鋸、水噴射等分成單個(gè)的,如圖5i中所示。在分成單個(gè)之后,暴露所有支柱24的側(cè)表面60。
封裝10如希望的那樣可使用在底部封裝面12和/或頂部封裝面14上的接觸表面26、28和/或34電氣連接到印刷電路板、另一個(gè)封裝或任何其它外部電路上,因而使得封裝10是完全可顛倒的。就是說,封裝10可以在使電路小片20處于直立位置中的情況下被安裝,或者封裝10可以在使電路小片20倒置的情況下顛倒和安裝,如圖5i中所示。封裝10的可顛倒性減輕了對(duì)于在要求電路小片20面向上或向下的應(yīng)用之間的任何電路小片20或封裝10重新設(shè)計(jì)的需要。在封裝頂部和底部面14、12上的接觸表面26、28及34也允許多個(gè)封裝10堆疊,以提供增大的芯片密度。另外,接觸表面26、28及34或側(cè)表面60的任意表面可以用作測(cè)試點(diǎn),以測(cè)試封裝10的電氣功能或測(cè)試封裝10對(duì)于外部電路的電氣連接。側(cè)表面60也起到可見指示器的作用,以保證當(dāng)把封裝10表面安裝到印刷電路板上時(shí)與在印刷電路板上的墊的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6,表示使用一種采用部分蝕刻的引線框架的方法在組裝的各個(gè)階段中的半導(dǎo)體器件封裝10。圖6a是引線框架22的前驅(qū)體72的平面圖,并且圖6b是引線框架前驅(qū)體72的橫截面視圖。優(yōu)選地連接多個(gè)引線框架前驅(qū)體72,以允許同時(shí)組裝??稍O(shè)想的是,可選擇地,可以個(gè)別地組裝引線框架前驅(qū)體72。
引線框架前驅(qū)體72可以由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體片形成,并且優(yōu)選地是銅或銅基合金。銅基合金是指包含按重量大于50%的銅的材料。形成引線框架前驅(qū)體的傳導(dǎo)材料片具有比封裝10的希望外形高度大的外形高度。
優(yōu)選地使用諸如化學(xué)蝕刻和激光燒蝕之類的受控去除過程形成在引線框架前驅(qū)體72的每一個(gè)中形成的各種特征。例如,預(yù)期形成支柱24的接觸表面26的每個(gè)表面可以涂有化學(xué)抗蝕劑,并且剩余表面暴露于適當(dāng)?shù)奈g刻劑一段時(shí)間,以便有效地減小在剩余表面下面的厚度,從而達(dá)到支柱相對(duì)于接合點(diǎn)36的希望外形高度。接著,支柱延伸部32、電路小片支撐墊30以及系桿(未表示)的預(yù)期上表面然后可以涂有化學(xué)抗蝕劑,并且剩余表面暴露于蝕刻劑一段時(shí)間,以便有效除去足夠量的材料以提供支柱24、支柱延伸部32、支撐墊30以及系桿(未表示)相對(duì)于剩余材料的上表面74的希望高度,該剩余材料形成基片76。這個(gè)過程導(dǎo)致部分形成的支柱24、支柱延伸部32、系桿以及支撐墊30,它們所有都從基片76延伸。
參照?qǐng)D6c,在支柱延伸部32上的接合點(diǎn)36可以鍍敷有便于導(dǎo)線接合的材料。例如,在使用金接合導(dǎo)線的場(chǎng)合,接合點(diǎn)可以鍍有金。
參照?qǐng)D6d,接著使用任何便利的方法,如焊料、環(huán)氧樹脂、雙面粘合帶等,把電路小片20固定到支撐墊30上。在電路小片20固定到支撐墊30上之后,導(dǎo)線40個(gè)別地連接在電路小片20上的I/O焊盤38與在相應(yīng)引線23上的接合點(diǎn)36之間,如圖6e中所示。
在圖6的方法中,支柱延伸部32與電路小片支撐墊30一起從公共表面-基片76延伸,因而允許導(dǎo)線40精確地接合到接合點(diǎn)36上。結(jié)果,減小封裝10的組件中的缺陷。另外,因?yàn)橹е由觳?2沿其整個(gè)長度由基片76支撐,所以在導(dǎo)線接合時(shí)可以使用比對(duì)于先有技術(shù)的設(shè)計(jì)可能的更廣泛的各種接合方法和導(dǎo)線材料。例如,可以使用其中施加壓力和超聲波振動(dòng)脈沖串的組合以形成冶金冷焊接的超聲波接合、其中施加壓力和升高溫度的組合以形成焊接的熱壓縮接合、或其中施加壓力、升高溫度以及超聲波振動(dòng)脈沖串的組合以形成焊接的熱聲波接合,從而進(jìn)行導(dǎo)線接合。在接合中使用的導(dǎo)線的類型優(yōu)選地由金、金基合金、鋁或鋁基合金制成。作為對(duì)于導(dǎo)線接合的選擇例,可以使用卷帶自動(dòng)接合(TAB)。
參照?qǐng)D6f,在完成導(dǎo)線接合之后,電路小片20、引線框架前驅(qū)體72以及接合導(dǎo)線40用模制化合物18覆蓋。模制化合物18可以使用任何便利的技術(shù)施加,如使用轉(zhuǎn)移或注射模制過程。模制化合物是具有在約150℃至約300℃之間的范圍內(nèi)的流動(dòng)溫度的電絕緣材料,優(yōu)選的是聚合物模制樹脂,如環(huán)氧樹脂。模制化合物18也可以是低溫?zé)岵A?fù)合物。
在引線框架前驅(qū)體72用模制化合物18封裝之后,使用諸如化學(xué)蝕刻和激光燒蝕之類的受控去除過程除去基片材料76。這個(gè)步驟的結(jié)果表示在圖6g中?;牧?6的除去創(chuàng)建電路小片墊30和系桿(未表示)的接觸表面28和34及底部表面。這些表面可以被鍍敷以便于至外部電路的電氣連接。而且,焊料球78可以連到接觸表面28和/或34上,以便于與外部電路電氣連接,如圖6h中所示。
連接的封裝10然后通過用刀片鋸、水噴射等分成單個(gè)的,如圖6i中所示。在分成單個(gè)之后,暴露所有支柱24的側(cè)表面60。生成的封裝10與由參照?qǐng)D5描述的方法生成的相同。封裝10可以在使電路小片20處于直立位置的情形下被安裝,或者封裝10可以在使電路小片20倒置的情形下顛倒和安裝,如圖6j中所示。
參照?qǐng)D7和8,表示一種四邊形、無引線、倒裝芯片半導(dǎo)體器件封裝100。圖7的封裝100大體與在圖1和2中表示的封裝10類似,不同之處在于,在封裝100中的電路小片20使用倒裝芯片法連接到引線框架102上。作為結(jié)果,沒有使用電路小片支撐墊30或系桿42??稍O(shè)想的是,圖1和2的引線框架22可以用于倒裝芯片和導(dǎo)線接合封裝10和100,通過除去電路小片支撐墊30和桿42使引線框架22修改成用于倒裝芯片封裝100的引線框架102。
封裝100提供外形高度,如在圖8中在50處指示的那樣,該外形高度典型地比包圍電路小片20的厚度大幾倍。例如,對(duì)于約0.2毫米(mm)的電路小片外形高度52,封裝外形高度50可以是約0.5mm,使支柱延伸部32具有約0.1mm的外形高度54。考慮到回流之后在電路小片20與接合點(diǎn)36之間的約0.075mm的接合高度104,約0.125mm剩余在電路小片20上方,如在56處指示的那樣。支柱24的外形高度等于封裝100的外形高度50(約0.5mm),使支柱24相對(duì)于接合點(diǎn)36的外形高度58是約0.4mm。一般地說,封裝100可以具有比電路小片的外形高度52大約大2.5倍的外形高度50。
圖9表示以110指示的一種四邊、無引線、倒裝芯片半導(dǎo)體器件封裝的另一個(gè)實(shí)施例。除電路小片20的一側(cè)在封裝110中在頂部封裝面14上暴露之外,封裝110與封裝100(圖8)相同。在頂部封裝面14上暴露電路小片20,對(duì)于控制在電路小片20中的熱量可能是有益的,并且允許較薄的輪廓高度50。例如,對(duì)于約0.2毫米(mm)的電路小片20外形高度56,封裝110外形高度50可以是約0.4mm,使支柱延伸部32具有約0.1mm的外形高度54??紤]到回流之后在電路小片20與接合點(diǎn)36之間的約0.075mm的接合高度104,封裝110外形高度50為0.4mm。支柱24的外形高度等于封裝110的外形高度50(約0.4mm),使支柱24相對(duì)于接合點(diǎn)36的外形高度58是約0.3mm。一般地說,封裝110可以具有比電路小片20的外形高度56大約大2倍的外形高度50。
圖10和11分別表示封裝100的俯視圖和仰視圖。如圖10中所示,在引線23的每一個(gè)上的接觸表面28在封裝10的頂部封裝面14處暴露。如圖11中所示,每個(gè)引線23的一部分在封裝10的底部封裝面12上暴露。引線23的暴露部分包括在支柱24的每一個(gè)上的接觸表面28,以及支柱延伸部32的接觸表面34。可選擇地,支柱延伸部32的每一個(gè)可以成形為包括在支柱延伸部32與電路小片20之間延伸的、與具有在電路小片墊38之間的細(xì)溝的電路小片一起使用的插入物108。
用來制造圖8和9的封裝100和110的方法與參照?qǐng)D5和6描述的那些類似,主要不同之處在于,電路小片20直接電氣連接到接合點(diǎn)36上,如圖8和9中所示,而不是如圖5和6中表示的那樣連到支撐墊上并且導(dǎo)線接合或帶接合到接合點(diǎn)36上?!爸苯印彪姎膺B接是指互連而不使用插入導(dǎo)線接合或卷帶自動(dòng)接合帶。適當(dāng)?shù)倪B接包括具有從包括金、錫和鉛的組選擇的主要成分的焊料。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12,表示使用一種采用具有預(yù)成形引線23的引線框架102的方法在組裝的各個(gè)階段中的半導(dǎo)體器件封裝100。盡管表示圖8的封裝100,但參照?qǐng)D12描述的方法同樣可應(yīng)用于圖9的封裝110。圖12a是引線框架102的平面圖,并且圖12b是引線框架102的橫截面視圖。如圖12中所示,多于一個(gè)引線框架102部分互連,以允許同時(shí)組裝??稍O(shè)想的是,可選擇地,引線框架102可以個(gè)別地組裝。引線框架102可以使用以上參照?qǐng)D5描述的方法形成,而不形成電路小片支撐墊或系桿。
參照?qǐng)D12c,在準(zhǔn)備電路小片20對(duì)于引線23的接合時(shí),支柱24的第二接觸表面28和支柱延伸部32的接觸表面34可以固定到表面70上。在表示的實(shí)施例中,表面70形成在粘合帶上,該粘合帶接觸和固定大體共面的接觸表面28和32。
參照?qǐng)D12d,在電路小片20上的I/O焊盤38使用任何便利方法直接電氣連接到接合點(diǎn)36上。支柱延伸部32沿其整個(gè)長度由表面70支撐,保證接合點(diǎn)36的共面性。因?yàn)榇_保接合點(diǎn)36的共面性,所以增加倒裝芯片接合的精度,并因此減小制造缺陷的機(jī)會(huì)。
在I/O焊盤38已經(jīng)電氣連接到其相關(guān)接合點(diǎn)36上之后,電路小片20和引線框架102覆蓋以模制化合物18,如在圖12e中描繪的那樣。模制化合物18可以使用任何便利的技術(shù)施加,如使用轉(zhuǎn)移或注射模制過程。模制化合物18是具有在約150℃至約300℃之間的范圍內(nèi)的流動(dòng)溫度的電絕緣材料,優(yōu)選的是聚合物模制樹脂,如環(huán)氧樹脂。模制化合物18也可以是低溫?zé)岵A?fù)合物。在模制化合物18的施加期間,在引線23之間的空隙被保持,因?yàn)樗鼈児潭ǖ奖砻?0上。在電路小片20和引線框架102被涂敷之后,互連封裝100與表面70分離(例如,除去帶)。
參照?qǐng)D12f,連接表面28和34可以鍍敷有便于與外部電路電氣連接的材料。如果整個(gè)引線框架102先前被鍍敷,則連接表面28和34的鍍敷可能是不必要的。
連接的封裝100然后通過用刀片鋸、水噴射等分成單個(gè)的,如圖12g中所示。在分成單個(gè)之后,暴露每個(gè)支柱24的側(cè)表面60。
接觸表面26、28及34如希望的那樣允許封裝100使用在頂部封裝面14或底部封裝面12上的觸點(diǎn)電氣連接到印刷電路板、另一個(gè)封裝、或任何其它外部電路上,因而使封裝100是完全可顛倒的。就是說,封裝100可以在使電路小片100處于直立位置的情形下被安裝,或者封裝100可以在使電路小片100倒置的情況下顛倒和安裝,如圖12h中所示。這減輕了對(duì)于在要求電路小片20面向上或向下的應(yīng)用之間的任何電路小片20或封裝100重新設(shè)計(jì)的需要。在封裝頂部和底部面14、12上的接觸墊26、28及34也允許多個(gè)封裝100堆疊,以提供增大的芯片密度。支柱24的側(cè)表面60可以用作測(cè)試點(diǎn),以測(cè)試封裝100的電氣功能或測(cè)試封裝100對(duì)于外部電路的電氣連接。側(cè)表面60也起到可見指示器的作用,以保證當(dāng)把封裝100表面安裝到印刷電路板上時(shí)與在印刷電路板上的墊的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13,表示使用一種采用部分蝕刻的引線框架的方法在組裝的各個(gè)階段中的半導(dǎo)體器件封裝100。盡管示出圖8的封裝100,但參照?qǐng)D12描述的方法同樣可應(yīng)用于圖9的封裝110。圖13a是引線框架102的前驅(qū)體114的平面圖,并且圖13b是引線框架前驅(qū)體114的橫截面視圖。多個(gè)引線框架前驅(qū)體114優(yōu)選地部分連接,以允許同時(shí)組裝。可設(shè)想的是,可選擇地,引線框架前驅(qū)體114可以個(gè)別地組裝。引線框架前驅(qū)體114可以使用以上參照?qǐng)D6描述的方法形成,而不形成電路小片支撐墊或系桿。
參照?qǐng)D13c,在電路小片20上的I/O焊盤38使用任何便利方法直接電氣連接到接合點(diǎn)36上。支柱延伸部32沿其整個(gè)長度由基片材料76支撐,由此保證接合點(diǎn)36的共面性。因?yàn)楸WC接合點(diǎn)36的共面性,所以增加倒裝芯片接合的精度,并因此減小制造缺陷的機(jī)會(huì)。
在I/O焊盤38已經(jīng)電氣連接到其相關(guān)接合點(diǎn)36上之后,電路小片20和引線框架前驅(qū)體114覆蓋以模制化合物18,如在圖13d中描繪的那樣。模制化合物18可以使用任何便利的技術(shù)施加,如使用轉(zhuǎn)移或注射模制過程。模制化合物18是具有在約150℃至約300℃之間的范圍內(nèi)的流動(dòng)溫度的電絕緣材料,優(yōu)選的是聚合物模制樹脂,如環(huán)氧樹脂。模制化合物18也可以是低溫?zé)岵A?fù)合物。
在用模制化合物18覆蓋電路小片20和引線框架前驅(qū)體114之后,使用諸如化學(xué)蝕刻或激光燒蝕之類的受控去除過程除去基片材料76?;牧?6的除去創(chuàng)建接觸表面28和34,如在圖13(e)中描繪的那樣。這些表面可以被鍍敷以便于至外部電路的電氣連接。而且,焊料球78可以連到接觸表面28和或34上,以便于電氣連接,如圖13f中所示。
連接的封裝100然后通過用刀片鋸、水噴射等分成單個(gè)的,如圖13g中所示。在分成單個(gè)之后,暴露每個(gè)支柱24的側(cè)表面60。
生成的封裝100與由參照?qǐng)D9描述的方法生成的相同。封裝100可以在使電路小片20處于在直立位置的情況下被安裝,或者封裝100可以在使電路小片倒置的情況下顛倒和安裝,如圖13h中所示。
在圖1-10的實(shí)施例中,在封裝頂部和底部面14、12上的接觸表面26、28及34的可用性允許多個(gè)封裝堆疊,以提供增大的芯片密度。如圖14中所示,在每個(gè)封裝100上的接觸表面26、28及/或34可以直接電氣連接在相鄰封裝100上的對(duì)應(yīng)接觸表面26、28及/或34,以形成堆疊。適當(dāng)?shù)倪B接包括具有從包括金、錫和鉛的組選擇的主要成分的焊料。因?yàn)榉庋b100被直接電氣連接,所以在電路小片20之間的電氣路徑的長度保持為最小。封裝100可以布置成使電路小片直立20,如圖14中所示,或者使電路小片20倒置,如圖15中所示。可選擇地,如圖16中所示,在一個(gè)封裝100上的接觸表面26或28可以直接電氣連接到在相鄰封裝100上的相同接觸表面26或28上,從而封裝以交替的頂部對(duì)頂部和底部對(duì)底部方式堆疊。盡管在圖14-16中以舉例子的目的表示了封裝100,但這里描述的任一個(gè)實(shí)施例可以以同一方式堆疊。
與在公共封裝中采用堆疊電路小片以減小堆疊的外形的、增加芯片密度的常規(guī)方法相比,這里描述的封裝的堆疊減小堆疊組裝的復(fù)雜性,同時(shí)提供類似的芯片密度。復(fù)雜性的減少至少部分歸因于當(dāng)在公共封裝中堆疊電路小片時(shí)使用的絕緣層/插入物的消除。此外,本發(fā)明的封裝提供從頂部封裝面14、底部封裝面12或側(cè)面16測(cè)試的能力。這呈現(xiàn)顯著優(yōu)點(diǎn)能夠辨別在堆疊中的哪個(gè)封裝是有故障的。如果發(fā)現(xiàn)封裝的任一個(gè)有缺陷,則能丟棄個(gè)別封裝和其芯片,因而減小與要求處置在公共封裝中的多個(gè)芯片的現(xiàn)有技術(shù)封裝有關(guān)的浪費(fèi)。最后,作為引線具有與封裝相同的外形高度和形成封裝側(cè)面的部分的結(jié)果,本發(fā)明的封裝提供優(yōu)于對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)布置可能的增加的散熱。
本發(fā)明保證可以單獨(dú)使用或在要求芯片密度增大的場(chǎng)合可以堆疊的減小的外形封裝。封裝使用在封裝的底部面和/或頂部面上的任何接觸表面能電氣連接到印刷電路板、另一個(gè)封裝、或任何其它外部電路上,因而使封裝是完全可顛倒的。就是說,封裝可以在使電路小片處于直立位置的情況下安裝,或者封裝可以在使電路小片倒置的情況下顛倒和安裝。封裝的可顛倒性減輕了對(duì)于在要求電路小片面向上或向下的應(yīng)用之間的任何電路小片或封裝重新設(shè)計(jì)的需要。
本發(fā)明的封裝可以使用用于標(biāo)準(zhǔn)QFN組裝和修整的相同設(shè)備組裝,并且能使用具有預(yù)成形引線的引線框架或使用部分蝕刻的引線框架組裝。封裝能使用導(dǎo)線接合、卷帶自動(dòng)接合或倒裝芯片法組裝,在這些不同方法的每一種之間僅稍微改進(jìn)引線框架。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。盡管如此,應(yīng)理解,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以進(jìn)行各種修改。因而,其它實(shí)施例在如下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件封裝(10,100),包括模制化合物(18),用于形成如下的一部分第一封裝面(14),第二封裝面(12),其與第一封裝面(14)相對(duì),及封裝側(cè)面(16),其在第一與第二封裝面(14,12)之間延伸;半導(dǎo)體器件(20),其至少部分地由模制化合物(18)覆蓋,該半導(dǎo)體器件(20)包括多個(gè)I/O焊盤(38);及導(dǎo)電引線框架(22),其包括多個(gè)支柱(24),其布置在封裝(10,100)的周邊處,每個(gè)支柱(24)具有布置在第一封裝面(14)處的第一接觸表面(26)和布置在第二封裝面(12)處的第二接觸表面(28),該半導(dǎo)體器件(20)定位在由多個(gè)支柱(24)限定的中央?yún)^(qū)域中,和多個(gè)支柱延伸部(32),每個(gè)支柱延伸部(32)具有布置在第二封裝面(12)處的第三接觸表面(34),該多個(gè)支柱延伸部(32)從多個(gè)支柱(24)向半導(dǎo)體器件(20)延伸,該支柱延伸部(32)的每一個(gè)包括在與第二封裝面(12)相對(duì)的支柱延伸部(32)的表面上形成的接合點(diǎn)(36),至少一個(gè)I/O焊盤(38)電氣連接到在接合點(diǎn)(36)處的支柱延伸部(32)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝(10),其中,該至少一個(gè)I/O焊盤(38)被導(dǎo)線接合或帶接合到接合點(diǎn)(36)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件封裝(10),其中,電路小片(20)連到支撐墊(30)上,支撐墊(30)包括沿第二封裝面(12)延伸的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝(100),其中,該至少一個(gè)I/O焊盤(38)直接電氣連接到接合點(diǎn)(36)上,用來形成倒裝芯片型連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝(10,100),其中,該半導(dǎo)體器件封裝(10,100)具有四個(gè)封裝側(cè)面(16),并且該多個(gè)支柱(24)布置在該四個(gè)封裝側(cè)面(16)的兩個(gè)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝(10,100),其中,該半導(dǎo)體器件封裝(10,100)具有四個(gè)封裝側(cè)面(16),并且該多個(gè)支柱(24)布置在所有四個(gè)封裝側(cè)面(16)中。
7.一種半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的堆疊,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝(10,100)包括模制化合物(18),用于形成如下的一部分第一封裝面(14),第二封裝面(12),其與第一封裝面(14)相對(duì),及封裝側(cè)面(16),其在第一與第二封裝面(14,12)之間延伸;半導(dǎo)體器件(20),其至少部分地由模制化合物(18)覆蓋,該半導(dǎo)體器件(20)包括多個(gè)I/O焊盤(38);及導(dǎo)電引線框架(22),其包括多個(gè)支柱(24),其布置在封裝(10,100)的周邊處,每個(gè)支柱(24)具有布置在第一封裝面(14)處的第一接觸表面(26)和布置在第二封裝面(12)處的第二接觸表面(28),該半導(dǎo)體器件(20)定位在由該多個(gè)支柱(24)限定的中央?yún)^(qū)域中,和多個(gè)支柱延伸部(32),每個(gè)支柱延伸部(32)具有布置在第二封裝面(12)處的第三接觸表面(34),該多個(gè)支柱延伸部(32)從該多個(gè)支柱(24)向半導(dǎo)體器件(20)延伸,支柱延伸部(32)的每一個(gè)包括在與第二封裝面(12)相對(duì)的支柱延伸部(32)的表面上形成的接合點(diǎn)(36),至少一個(gè)I/O焊盤(38)在接合點(diǎn)(36)處電氣連接到支柱延伸部(32)上;其中,半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的至少一個(gè)的第一接觸表面(26)直接電氣連接到相鄰半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的第一和第二接觸表面(26,28)的一個(gè)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件封裝(10)的堆疊,其中,該至少一個(gè)I/O焊盤(38)被導(dǎo)線接合或帶接合到接合點(diǎn)(36)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件封裝(10)的堆疊,其中,該半導(dǎo)體器件(20)連到支撐墊(30)上,該支撐墊(30)包括沿第二封裝面(12)延伸的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件封裝(100)的堆疊,其中,該至少一個(gè)I/O焊盤(38)直接電氣連接到接合點(diǎn)(36)上,用來形成倒裝芯片型連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的堆疊,其中,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝(10,100)具有四個(gè)封裝側(cè)面(16),并且該多個(gè)支柱(24)布置在該四個(gè)封裝側(cè)面(16)的兩個(gè)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的堆疊,其中,每個(gè)半導(dǎo)體器件封裝(10,100)具有四個(gè)封裝側(cè)面(16),并且該多個(gè)支柱(24)布置在所有四個(gè)封裝側(cè)面(16)中。
13.一種在制造半導(dǎo)體器件封裝(10,100)時(shí)使用的方法,該方法包括由導(dǎo)電材料形成多個(gè)支柱(24),該多個(gè)支柱(24)具有與半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的預(yù)定高度相等的外形高度,并且該多個(gè)支柱(24)中的每個(gè)支柱(24)具有定位在預(yù)定封裝側(cè)面(16)處的側(cè)表面(60);把半導(dǎo)體器件(20)布置在由該多個(gè)支柱(24)限定的中央?yún)^(qū)域內(nèi),該半導(dǎo)體器件(20)包括布置在其上的多個(gè)I/O焊盤(38);把該多個(gè)I/O焊盤(38)電氣連接到在從該多個(gè)支柱(24)突出的導(dǎo)電支柱延伸部(32)上形成的相關(guān)接合點(diǎn)(36)上;用模制化合物(18)覆蓋該半導(dǎo)體器件(20)、該多個(gè)支柱(24)以及該支柱延伸部(32)的至少一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,其中,形成多個(gè)支柱(24)包括選擇具有與半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的預(yù)定外形高度相等的外形高度的導(dǎo)電材料片;和選擇性地從片除去材料以形成支柱(24)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中,形成多個(gè)支柱(24)包括選擇具有比半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的預(yù)定外形高度大的外形高度的導(dǎo)電材料片;和選擇性地從片除去材料,以在導(dǎo)電材料的基片部分(76)上形成支柱(24);并且其中,該方法還包括在用模制化合物(18)覆蓋該半導(dǎo)體器件(20)、該多個(gè)支柱(24)以及該支柱延伸部(32)之后,除去導(dǎo)電材料的基片部分(76)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,其中,把I/O焊盤(38)電氣連接到接合點(diǎn)(36)上包括把I/O焊盤(38)導(dǎo)線接合或帶接合到接合點(diǎn)(36)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,其中,把I/O焊盤(38)電氣連接到接合點(diǎn)(36)上包括把I/O焊盤(38)直接焊接到接合點(diǎn)(36)上,以形成倒裝芯片型連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,還包括在支柱(24)的每一個(gè)的端部上形成接觸表面(26,28);和把該接觸表面(26,28)直接電氣連接到相鄰半導(dǎo)體器件封裝(10,100)的接觸表面(26,28)上。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件封裝,包括具有布置在封裝的周邊處的多個(gè)支柱的導(dǎo)電引線框架。支柱的每一個(gè)具有布置在第一封裝面處的第一接觸表面和布置在第二封裝面處的第二接觸表面。引線框架也包括布置在第二封裝面處的多個(gè)支柱延伸部。支柱延伸部的每一個(gè)包括在與第二封裝面相對(duì)的支柱延伸部的表面上形成的接合點(diǎn)。在半導(dǎo)體器件上的至少一個(gè)I/O焊盤,使用導(dǎo)線接合、卷帶自動(dòng)接合或倒裝芯片法電氣連接到在接合點(diǎn)處的支柱延伸部上。封裝使用具有預(yù)成形引線的、有或沒有抽頭的引線框架組裝,或者它能采用部分蝕刻引線框架的使用??梢孕纬砂雽?dǎo)體器件封裝的堆疊。
文檔編號(hào)H01L25/10GK1842906SQ200480024373
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
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