專利名稱：預模制夾頭結構的制作方法
預模制夾頭結構 關聯(lián)申請的交叉引用
不可應用
背景技術：
一些半導體管芯封裝件使用夾頭來提供半導體管芯中的電接線端和為這
些封裝件提供外部連接的引線框結構之間的連接。夾頭在包括例如功率MOSFET 的功率晶體管的許多半導體管芯封裝件中使用。
當封裝含功率MOSFET的半導體管芯時，半導體管芯可附連于引線框結構。 可使用拾取一放置工具來將源極夾頭附連于源極區(qū)并將柵極夾頭附連于半導 體管芯中的MOSFET的柵極區(qū)。典型的拾取-放置工具具有兩個真空孔設計，其 中一個真空孔用來保持源極夾頭而另一真空孔用來保持柵極夾頭。該封裝件然 后模制在模制材料中。
盡管諸如這樣一個傳統(tǒng)封裝方法可用來封裝半導體管芯，但可以作出改 進。例如，可能希望改進上述方法以提高加工效率并因此減少加工成本。另外， 當將兩個獨立的夾頭安裝于管芯時，在將夾頭與半導體管芯中的源極區(qū)和柵極 區(qū)對準時可能存在不一致。
本發(fā)明的實施例單獨和共同地解決了這些和其它的問題。
發(fā)明概述
本發(fā)明的實施例涉及預模制夾頭結構、包含預模制夾頭結構的管芯封裝件 及其制造方法。
本發(fā)明的一個實施例涉及一種方法，包括獲得第一夾頭和第二夾頭；并
在包含第一表面的第一夾頭和包含第二表面的第二夾頭周圍形成模制材料，其 中第一夾頭結構的第一表面和第二夾頭結構的第二表面透過模制材料露出，并 在之后形成預模制夾頭結構。本發(fā)明的另一實施例涉及一種預模制夾頭結構，包括包含第一表面的第 一夾頭；包含第二表面的第二夾頭；以及耦合于第一夾頭和第二夾頭的模制材 料，其中第一表面和第二表面透過模制材料露出。
本發(fā)明的另一實施例涉及一種半導體管芯封裝件，包括預模制夾頭結構， 其包括含第一表面的第一夾頭、含第二表面的第二夾頭、以及耦合于第一夾頭 和第二夾頭的模制材料，其中第一和第二表面透過模制材料露出；以及半導體 管芯，其包含第一管芯表面和第二管芯表面以及在第一管芯表面處的第一電接 線端和第二電接線端，其中第一表面電耦合于第一電接線端且第二表面電耦合 于第二電接線端。
本發(fā)明的這些和其它實施例將在下文中更為詳細地描述。
附圖簡述


圖1示出半導體管芯封裝件的側截面圖。
圖2(a)示出預模制夾頭結構的立體圖。
圖2(b)示出包含垂直M0SFET的半導體管芯的示意性側視圖。
圖3示出包含兩塊管芯的半導體管芯封裝件的立體圖。
圖4示出圖3中的管芯封裝件的俯視圖。
圖5示出圖3中不帶夾頭結構的管芯封裝件的一部分。
圖6—7示出示例性工序流程。
圖8 — 9示出可被部分蝕刻的夾頭結構部分。
圖IO示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體管芯封裝件。
在這些附圖中，相同的附圖標記表示相同部件。
詳細說明
本發(fā)明的實施例涉及預模制夾頭結構、制造預模制夾頭結構的方法、包含 該預模制夾頭結構的半導體管芯封裝件以及制造半導體管芯封裝件的方法。
由于耦合于這些接線端的夾頭與模制材料一起被預模制，所以根據(jù)本發(fā)明 諸實施例的預模制夾頭結構允許同時形成對單個管芯或多個管芯中的電接線端(例如源極接線端和柵極接線端)的柵極和源極連接。由于這些夾頭的相對 位置可在將它們附連于半導體管芯前固定并一致化，這將導致更均一的焊料連 接。
在本發(fā)明的一些實施例中，預模制夾頭結構可由可焊接觸點區(qū)形成，這些 觸點區(qū)可經(jīng)由模制工序或模制工序與部分蝕刻(例如半蝕刻)工序的結合來限 定，以實現(xiàn)與壓印的夾頭選擇物的兼容。換種說法， 一部分或半蝕刻工序可在
預定位置處限定可焊接連接地點。這導致最佳的RDS on性能并利于夾頭連接
下的模制材料的流動，同時改善夾頭在管芯封裝件中的鎖定。使用預模制夾頭 結構的夾頭接合工序可較為有利地使用一個拾取一放置步驟來提供對單個管 芯或多個管芯的連接。
在一些實施例中，預模制的夾頭結構可采用0.203mm (或更大)的金屬薄 片(例如銅)，該金屬薄片根據(jù)可焊接部分所要求的設計被蝕刻或壓印并隨后 模制。在一些實施例中，預模制夾頭結構的總厚度(包括模制材料和夾頭結構) 可在0.3mm左右或更大。根據(jù)本發(fā)明實施例的預模制夾頭結構可用于任何合 適類型的半導體管芯封裝件，包括無線MLP (微引線封裝件)結構。
對于無線MLP型封裝件來說，也可設計夾頭框以使其成為高密度矩陣框 (對于70mm框體寬度，每個帶具有約400個單元)。因此，可降低夾頭框的 成本并因此補償因額外的夾頭模制和切割工序帶來的任何追加成本。本想法的 另一優(yōu)點是其形成多芯片模塊(MCM)的適應性。
另外，使用預模制夾頭方法，可藉由模制工序而不是構思復雜的夾頭設計 在框體上限定源極和柵極夾頭連接。
傳統(tǒng)夾頭設計對于具有專門壓印和夾頭單體化工具的一個或若干個設備 來說是唯一的。然而，通過預模制夾頭結構，可根據(jù)要求的布局需求設計高密 度蝕刻框并同時享有相同的預模制配置和切割單體化設備。
傳統(tǒng)夾頭設計對于當加工多個芯片時在一個或多個管芯上形成同時連接 具有困難。通過預模制夾頭結構，兩個或多個芯片可在一個步驟中連接于多個 夾頭。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體管芯封裝件100的側截面圖。封 裝件100包括附連于引線框結構124的半導體管芯110，并作為無線MLP型封裝件。
引線框結構124包括管芯附連部分124(a)(它可以是漏極引線結構)，該 管芯附連部分124(a)包括緊鄰管芯110的管芯附連表面124(a)-l。它電氣耦合 于管芯110中的MOSFET中的漏極。外部引線框表面124(a)-2可與管芯附連 表面124(a)-l相對。引線框結構124還包括源極引線結構124(b),它包括第一 端部124(b)-l、中間部分124(b)-2、第二端部124(b)-3。部分124(b)-l、 124(b)-2 和124(b)-3為階梯構造。
引線框結構124可由包括鍍覆和未鍍覆金屬的任何合適導電材料形成。合 適材料可包括銅。
半導體管芯封裝件100還可包括預模制夾頭結構130。該預模制夾頭結構 130包括第一夾頭118和在第一夾頭118的至少一部分周圍的第一模制材料 128。第一模制材料128可包括任何適合材料，包括環(huán)氧樹脂模制材料。第一 夾頭118和任何其它夾頭可由包括銅的任何合適材料制成。第一夾頭118和任 何其它夾頭可以是鍍覆和未鍍覆的。
第一夾頭118可以是源極夾頭，并且可包括使用諸如焊料或導電環(huán)氧樹脂 的導電材料122 (例如導電粘合劑)電氣和機械地耦合于半導體管芯IIO的源 極區(qū)的第一部分118(a)、以及第二部分118(b)和中間部分118(c)。第一部分 118(a)可包括管芯附連表面118(a)-l和相對表面118(a)-2。第二部分118(b)使用 諸如焊料或導電環(huán)氧樹脂的導電粘合劑129機械和電氣地耦合于源極引線結構 124。第二部分118(b)可包括引線附連表面118(b)-l和相對表面118(b)-2。
中間部分118(c)位于第一夾頭118的第一部分118(a)和第二部分118(b)之 間。中間部分118(c)可能已通過蝕刻工序形成，并因此比第一夾頭118的第一 部分118(a)和第二部分118(b)更薄。第一夾頭118具有若干部分蝕刻區(qū)118(d) (當夾頭的大約一般厚度被蝕去時有時被稱為"半蝕刻")。如圖l所示，模 制材料128填滿蝕去的區(qū)域以將第一夾頭118鎖定在模制材料128中。
與預模制的夾頭結構130中的模制材料128相同或不同的第二模制材料 114可覆蓋預模制夾頭結構130和半導體管芯110的一些或全部。第二模制材 料114還可覆蓋引線框結構124的一部分。由于第二模制材料114和第一模制 材料128在獨立工序中形成，因此在一些實施例中可在第一模制材料128和第二模制材料114之間形成接口。
如圖1所示，在本例中，第二模制材料114不延伸超過漏極引線結構124(a) 和源極引線結構124的側邊緣(在其它實施例中，封裝件可包括延伸超過第二 模制材料114的側邊緣的引線)。另夕卜，表面124(a)-2和與第二端部124(b)-3 對應的外表面由第二模制材料114露出。所露出的表面可安裝于例如電路板的 電路基板(未示出)上的導電焊區(qū)上。
圖2(a)示出預模制夾頭結構130的下側。圖1中的預模制夾頭的橫截面圖 可沿線P-P。如圖2(a)所示，第一夾頭118的管芯附連表面118(a)-l和第一夾 頭的引線附連表面118(b)-l透過模制材料128露出。
圖2(a)還示出與可作為柵極夾頭的第二夾頭136對應的管芯附連表面 136(a)-l和引線附連表面136(b)-l。第二夾頭136可使用例如焊料或導電環(huán)氧 樹脂的導電粘合劑電氣連接之前描述的引線框結構的柵極引線和之前描述的 管芯中的柵極區(qū)。類似于第一夾頭118，第二夾頭136還可包括含管芯附連表 面136(a)-l的第一部分、含引線附連表面136(b)-l的第二部分以及比第一部分 和第二部分更薄的中間部分(由模制材料128覆蓋)。
在預模制的夾頭130中，第一夾頭118和第二夾頭136通過模制材料128 彼此分離并彼此電絕緣。模制材料128將第一夾頭118和第二夾頭136結合在 一起，以將第一夾頭118和第二夾頭136在一個步驟中并使用包含一個真空孔 的真空工具部件安裝在半導體管芯中的相應源極區(qū)和相應柵極區(qū)上。這不像傳 統(tǒng)工序需要為獨立的第一夾頭和獨立的第二夾頭提供獨立的真空孔。結果，本 發(fā)明的實施例提供更高效率的加工，并且當?shù)谝缓偷诙A頭118、 136接合于 半導體管芯時為其提供更精確的對準，這是因為它們在接合過程中已相對彼此 處于固定的位置中。
圖2(b)示出包含垂直功率MOSFET的管芯的橫截面示意圖。管芯110在 管芯118的一個表面上具有源極區(qū)S和柵極區(qū)G，并在管芯110的相對表面具 有漏極區(qū)D。
垂直功率晶體管包括VDMOS晶體管和垂直雙極型晶體管。VDMOS晶體 管是具有通過擴散形成的兩個或多個半導體區(qū)的MOSFET。它具有源極區(qū)、漏 極區(qū)和柵極。該器件是垂直的，因為源極區(qū)和漏極區(qū)位于半導體管芯的相對表面上。柵極可以是溝槽柵極結構或平面柵極結構，并形成在與源極區(qū)相同的表 面上。因為溝槽柵極結構比平面柵極結構更窄并占據(jù)較少的空間，所以溝槽柵
極結構是較佳的。在操作過程中，VDMOS器件中從源極區(qū)至漏極區(qū)的電流基
本垂直于管芯表面。在本發(fā)明的實施例中，半導體管芯可選擇地包括例如電阻 器以及雙極結晶體管的其它垂直器件。
圖3示出在一個封裝件中包含兩個管芯210的半導體管芯封裝件200的立 體圖。半導體管芯封裝件200包括兩個第一夾頭218和兩個第二夾頭236。這 兩個第一夾頭可以是耦合于半導體管芯210中的源極區(qū)的源極夾頭。這兩個第 二夾頭236可以是耦合于半導體管芯210中的柵極區(qū)的柵極夾頭。半導體管芯 210可安裝在引線框結構224上。
第一模制材料228可將第一夾頭218和第二夾頭236耦合在一起，并且它 們可形成預模制的夾頭結構230。為了清楚說明，在圖3中未示出第二模制材 料。盡管在本例中示出兩個管芯和每個管芯兩個夾頭，但要理解本發(fā)明的實施 例可包含兩個以上的管芯和/或在本發(fā)明的其它實施例中每個管芯具有兩個以 上的夾頭。
圖4示出圖3所示的管芯封裝件200的俯視圖。
圖5示出圖3所示的半導體管芯封裝件的立體圖，在管芯210的頂部沒有 預模制的夾頭結構230。在圖5中示出導電粘合劑228、 222(g)和222(s)。它們 包括在半導體管芯210的柵極區(qū)上的導電粘合劑222(g)和在源極區(qū)上的導電粘 合劑222(s)。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的方法的流程圖。在管芯附連工序中，可使用 焊料膏(或焊線)來將半導體管芯附連于引線框結構(步驟502)。然后，可 將焊料膏分配或絲網(wǎng)印刷至半導體管芯與引線框結構相對的表面上(步驟
504)。然后，之前描述的預模制夾頭結構可附連于半導體管芯(步驟506)。 在獨立工序中，夾頭預模制工序(步驟501)可使用之前描述的第一模制
材料以及第一和第二夾頭來實現(xiàn)。第一和第二夾頭可以是夾頭陣列。在預模制
夾頭結構形成在陣列中后，預模制夾頭結構的陣列可通過切割或某些其它工序
分離開來(步驟503)。
在獨立的預模制夾頭結構附連于半導體管芯后，可執(zhí)行回流工序和選擇地執(zhí)行助焊劑清理工序(步驟508、 510)。然后，使用模制工具執(zhí)行塊模制工序。
在該步驟中，第二模制材料形成在管芯、引線框結構和預模制夾頭結構的至少
一部分周圍(步驟512)。然后，執(zhí)行帶標記、封裝切割和測試工序(步驟514、 516、 518)。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方法的另一流程圖。圖7和圖6中的步 驟是相同的，但除了示出部分地蝕刻露出的銅的附加步驟(步驟507)以外。 該附加步驟可參照圖8和圖9予以進一步說明。
圖8和圖9示出包含第一模制材料328的預模制夾頭結構330中的銅夾頭 如何有選擇地鍍覆以例如貴金屬或含貴金屬的復合層(例如NiPdAu)的金屬 材料354。所露出的裸露銅區(qū)352之后被部分蝕刻或半蝕刻以在夾頭(圖9所 示)上形成特定的焊接點(如圖8所示)或特定焊接臺。這些裸露銅區(qū)352在 蝕刻后凹進。鍍覆的NiPdAu區(qū)354在蝕刻后將從裸露銅區(qū)352凸出。經(jīng)蝕刻 的銅區(qū)352可利于模具組成物在夾頭結構330下面流動，并增進在利用第二模 制材料的第二塊模制工序過程中的夾頭鎖定(圖6 — 7中的步驟512)。圖8 和9還示出系桿350，該系桿350形成揮發(fā)物的通路，在焊接工序中可利于來 自焊料膏的脫氣部分逸出。
圖IO示出類似圖l所示的半導體管芯封裝件的側截面圖。然而在圖10中， 第二模制材料114不延伸超過第一夾頭118以及相應的第二夾頭(未示出)的 上表面(包括表面118(a)-2、 118(b)-2)。這種上端露出的選擇可使用薄膜或條 帶輔助的模制工序，其中上端薄膜和下端薄膜被設置在不接納模制材料的區(qū)域 上。模制工序可用來保證模制材料不在露出的焊盤上滲出。相比圖l所示封裝 件，圖10所示的封裝件更薄，并可將散熱片設置在預模制的夾頭結構130的 頂部以提供改善的散熱。
上述預模制夾頭結構和半導體管芯封裝件可用于更大的模塊和系統(tǒng)。這些 系統(tǒng)可包括蜂窩電話、計算機、服務器等。
任何上述實施例和/或其任何特征可與任何其它實施例和/或特征結合而不 脫離本發(fā)明的范圍。
上面的說明是示例性而非限定性的。本發(fā)明的許多變化對本領域內(nèi)技術人 員而言在瀏覽了公開內(nèi)容后是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍不是參照上面的說明書確定的，而是參照所附權利要求書及其整個范圍或等效物而確定的。
"一"、"一個"或"該"的表述旨在表示"一個或多個"，除非專門表 示相反情況。
權利要求
1.一種方法，包括獲得第一夾頭和第二夾頭；以及在包含第一表面的第一夾頭和包含第二表面的第二夾頭周圍形成模制材料，其中第一夾頭結構的第一表面和第二夾頭結構的第二表面透過模制材料露出，并且其中在之后形成預模制夾頭結構。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 將預模制夾頭結構附連于半導體管芯。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述半導體管芯包括源極區(qū)和柵極區(qū)，其中所述第一夾頭是電氣耦合于源極區(qū)的源極夾頭而所述第二夾頭 是電氣耦合于柵極區(qū)的柵極夾頭。
4. 根據(jù)權利要求1所述的工序制造而成的預模制夾頭結構。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一夾頭結構包括與所 述第一表面相對的第三表面，且其中所述第二夾頭包括與所述第二表面相對的 第四表面，其中所述第三表面和第四表面也透過所述模制材料露出。
6. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括將預模制夾頭結構附連于半導體管芯；以及 將所述半導體管芯附連于弓I線框結構。
7. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模制材料是第一模制材 料，且其中所述方法還包括在所述引線框結構、預模制夾頭結構和半導體管芯 周圍模制第二模制材料以形成半導體管芯封裝件。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述半導體管芯封裝件是MLP 型封裝件。
9. 根據(jù)權利要求7所述的工序制造而成的半導體管芯封裝件。
10. 根據(jù)權利要求8所述的工序制造而成的半導體管芯封裝件。
11. 一種預模制夾頭結構，包括 包含第一表面的第一夾頭；包含第二表面的第二夾頭；以及耦合于第一夾頭和第二夾頭的模制材料，其中第一表面和第二表面透過模 制材料露出。
12. 如權利要求11所述的預模制夾頭，其特征在于，所述第一夾頭是源 極夾頭而所述第二夾頭是柵極夾頭。
13. —種半導體管芯封裝件，包括預模制夾頭結構，其包括含第一表面的第一夾頭；含第二表面的第二夾頭; 以及耦合于第一夾頭和第二夾頭的模制材料，其中所述第一和第二表面透過模 制材料露出；以及半導體管芯，所述半導體管芯包含第一管芯表面和第二管芯表面以及在第 一管芯表面處的第一電接線端和第二電接線端，其中所述第一表面電耦合于第 一電接線端且所述第二表面電耦合于第二電接線端。
14. 如權利要求13所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，還包括 引線框結構，其中所述管芯位于所述引線框結構上。
15. 如權利要求14所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述封裝件 是MLP型封裝件。
16. 如權利要求13所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述半導體 管芯包括垂直MOSFET。
17. 如權利要求14所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述模制材 料是第一模制材料，其中所述半導體管芯封裝件還包括在所述半導體管芯、預 模制夾頭結構和引線框結構的至少一部分周圍的第二模制材料。
18. 如權利要求17所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述第二模 制材料是與所述第一模制材料相同類型的模制材料。
19. 如權利要求17所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述引線框 結構由銅構成。
20. 如權利要求19所述的半導體管芯封裝件，其特征在于，所述半導體 管芯組件是MLP型封裝件。
全文摘要
披露一種制造預模制夾頭結構的方法。該方法包括獲得第一夾頭和第二夾頭，并在包含第一表面的第一夾頭和包含第二表面的第二夾頭周圍形成模制材料。第一夾頭結構的第一表面和第二夾頭結構的第二表面透過模制材料露出，并隨后形成預模制夾頭結構。
文檔編號H01L23/495GK101595560SQ200880002890
公開日2009年12月2日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權日2007年1月24日
發(fā)明者E·V·克魯茨, M·C·伊斯塔西歐 申請人:費查爾德半導體有限公司