專利名稱：一種多芯片封裝及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路封裝，具體涉及利于散熱的多芯片封裝。
背景技術：
在反激式變換器的離線應用場合，開關器件和控制電路傾向于制作在同一個封裝 體內以減小系統(tǒng)尺寸和提高性能。然而，開關器件產生較多的熱量。為了使控制電路進行 可靠的工作，開關器件產生的熱量必須及時散發(fā)出去。也就是說，含功率器件和普通器件的 封裝體必須有良好的散熱性。圖1示出了傳統(tǒng)的小外形封裝(SOP)應用。在封裝體10內，功率芯片11和普通 芯片12固定在引線框架16上。芯片之間以及芯片和引線框架16之間通過焊盤17上制作 的引線15進行連接和信號傳遞。芯片、引線框架16和引線15的外面用封裝材料13包封， 而引腳14的一部分露出引線框架16外形成外露引腳141。該封裝體10內功率器件產生的 熱量主要通過兩條途徑向外散發(fā)。一個是通過封裝材料13散發(fā)。另一個是通過引腳14及 其外露引腳141向外散發(fā)。封裝材料13的散熱通常并不理想，因為封裝材料13 —般都不 是良好的熱傳導體，沒有金屬的導熱性好。此外，外露引腳141的截面積太小，散熱能力也 不高。在這種封裝方式中，由于熱量不能有效地向外散發(fā)，功率芯片11將形成高溫結影響 系統(tǒng)工作的可靠性。另外，外露引腳141上的高溫還會影響外露引腳141與印刷電路板的 連接強度。因此，對于含功率器件的多芯片封裝體而言，需要提供一種具有更好散熱性能的 封裝方式。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種多芯片封裝體，它包含功率芯片、普通芯片、功率芯片貼裝盤和 普通芯片貼裝盤，其中功率芯片貼裝到功率芯片貼裝盤，普通芯片貼裝到普通芯片貼裝盤。 所述功率芯片比所述普通芯片消耗更多的能量。功率芯片貼裝盤、普通芯片貼裝盤、功率芯 片和普通芯片被封裝材料包封，將功率芯片貼裝盤的背面暴露于封裝材料的表面形成散熱 面。其中功率芯片貼裝盤和普通芯片貼裝盤位于封裝體內不同的深度。在一個實施例中，功率芯片包含開關器件集成電路。普通芯片包含控制器件集成 電路，控制功率芯片的運行。該封裝體中的引線框架可包括基體部分、暴露部分和傾斜部分，其中基體部分包 含普通芯片貼裝盤和引腳，暴露部包含功率芯片貼裝盤，功率芯片貼裝盤的一表面暴露在 封裝材料表面。傾斜部分用于連接基體部分和暴露部分。其中基體部分平面和暴露部分平面相互 平行且距離大于零。引線框架材料可采用銅。在一種實施方式中，引線框架的外露引腳伸展方向和功率芯片貼裝盤的散熱面朝 向相反。這樣，散熱面可以方便地和熱沉等散熱體接觸。在另一種實施方式中，外露引腳伸 展方向也可以和功率芯片貼裝盤的散熱面朝向相同。這樣，散熱面也可以和印刷電路板接觸，通過印刷電路板上的覆銅等導熱層實現(xiàn)散熱。本發(fā)明也保護了一種引線框架，包括基體部分和暴露部分，其中基體部分包括至少一個芯片貼裝盤，被封裝材料包封；暴露部分也包括至少一個芯片貼裝盤，一面貼裝芯片 并位于所述封裝材料內，另一面暴露于封裝材料表面。本發(fā)明還保護一種多芯片封裝制造方法，它包括制造引線框架，其中功率芯片貼 裝盤和普通芯片貼裝盤位于不同深度；將芯片貼裝到芯片貼裝盤；制作引線；將引線框架、 芯片和引線用封裝材料包封以及切筋成形。在一種實施方式中，引線框架采用壓模成型技 術將功率芯片貼裝盤和普通芯片貼裝盤制作于不同深度。本發(fā)明采用上述封裝結構和/或方法，使含功率器件的多芯片封裝體具有更好的 散熱性能，其運行可靠性更高。


圖1示出了現(xiàn)有技術的SOP封裝結構。圖2示出了本發(fā)明的一種散熱型封裝的截面圖。圖3示出了圖2中封裝體的立體圖。圖4為本發(fā)明的封裝前多個芯片放置于引線框架上的俯視圖實施例。圖5示出了本發(fā)明的一個散熱型封裝的應用實施例，該實施例中使用了散熱器。圖6示出了另一種通過印刷電路板散熱的應用實施例。圖7示出了普通芯片可位于封裝體內的不同深度。圖8示出了本發(fā)明的一個引線框架實施例，該引線框架被彎曲使功率芯片貼裝盤 位于封裝體表面。圖9示出了本發(fā)明的散熱型封裝的一個制造流程圖實施例。圖10為本發(fā)明的一個引線框架壓模制造方法的示意圖。
具體實施例方式圖2為本發(fā)明的一個散熱型封裝體20實施例的截面示意圖。圖3示出了其對應 的立體圖。封裝體20包括一個引線框架26 (其外露引腳241位于封裝體20外)、至少一個 普通芯片22和至少一個功率芯片21。其中功率芯片21比普通芯片22產生更多的熱量。 這里的“芯片”是指在半導體基底上制作有集成電路的微型電子器件，亦稱“裸片”。在一個 實施方式中，普通芯片22含控制器件，用于控制功率芯片21的工作狀態(tài)，其中功率芯片21 可包含功率開關等功率器件。引線框架26包含功率芯片貼裝盤211、普通芯片貼裝盤221、 引腳24和連接結構等。引線框架26的功率芯片貼裝盤211的一表面貼裝有功率芯片21，另一表面203暴 露在封裝體20的表面。這樣，功率芯片21被拉到靠近封裝體20的表面，而普通芯片22則 保留在封裝體20的內部。這里的功率芯片21指消耗相對較多功耗的集成電路裸芯片，普 通芯片22指消耗相對較少功耗的集成電路裸芯片。功率芯片貼裝盤211暴露于封裝體20 外的散熱面203可從圖3看到。在一個實施方式中，引線框架26的材料為具有良好熱傳導性的金屬，例如銅。在 本發(fā)明中，封裝體20內的芯片不位于同一深度，其中功率芯片21位于封裝體20表面，并使功率芯片貼裝盤211的背面裸露在封裝體20表面形成散熱面203，而普遍芯片22則位于封 裝體20內部，比如封裝體20的中心平面附近。這里的“背面”指芯片貼裝盤的貼裝芯片一 面的相反面。相應地，引線框架26的功率芯片貼裝盤211部分和引線框架26的其它部分 位于不同水平面上，參見圖2的截面圖。這里的功率芯片21可為電壓變換器，它產生的熱 量可容易地通過具有良好熱傳導性的功率芯片貼裝盤211向外散發(fā)。而能耗較小的普通芯 片22和普通芯片貼裝盤221被封裝材料23包封在封裝體20內部。這樣，普通芯片22附 近溫度較低，確保了普通芯片22內部的控制器件具有良好的機械可靠性和電可靠性。
此外，在一種實施方式中，芯片上的一部分焊盤27通過互連如引線25和引線框架 26連接，實現(xiàn)芯片和外部電路進行聯(lián)系。芯片上的另一部分焊盤27通過引線25在功率芯 片21和普通芯片22之間進行連接，實現(xiàn)普通芯片22和功率芯片21之間的信號傳遞。在 另一種實施方式中，封裝體20內的芯片之間也可以分別通過互連如引線25在芯片焊盤27 和引線框架26進行連接，再由引線框架26自身的連接實現(xiàn)。功率芯片21、普通芯片22、弓丨 線框架26的一部分和引線25 —起被封裝材料23包封，露出功率芯片貼裝盤211的背面 203和引腳24的外露引腳241部分，之后封裝材料23被成型，形成封裝體20。在一個實施 例里，功率芯片21可以為兩個或更多，功率芯片21可貼裝在同一功率芯片貼裝盤211上， 也可貼裝在不同的功率芯片貼裝盤211上。普通芯片22也可以為多個，貼裝在同一個或不 同的普通芯片貼裝盤221上。圖4所示為包封前芯片貼裝在引線框架26上的俯視圖實施例。引線框架26如斜 線填充的部分所示。該引線框架26包括功率芯片貼裝盤211、普通芯片貼裝盤221、引腳 24和其余的支撐連接結構461。支撐連接結構461也可包括封裝過程中用于支撐引線框架 26的熔柄462。功率芯片21貼裝在功率芯片貼裝盤211上。功率芯片21表面制作有焊盤 27。普通芯片22貼裝在普通芯片貼裝盤221上。普通芯片22表面也制作有焊盤27。一部 分焊盤27通過互連如引線25和引線框架26的引腳24連接，實現(xiàn)芯片和外部電路的電連 接。另一部分焊盤27通過互連如引線25在不同的芯片間進行電互連。在本發(fā)明中，功率 芯片貼裝盤211和引線框架26的其它部分位于不同的深度上。從該俯視圖角度看，功率芯 片貼裝盤211的位置比引線框架26的其它部分更低，使功率芯片貼裝盤211的背面露出封 裝材料23表面。虛線框45所示部分為封裝材料包封區(qū)域，封裝材料23將普通芯片貼裝盤 221、功率芯片21、普通芯片22和引線25完全包封；封裝材料23將功率芯片貼裝盤211部 分包封，留出貼裝芯片面的背面露出在封裝材料23外面。圖5所示為本發(fā)明的散熱型封裝體20的一個應用實施例。在這個實施例中，功率 芯片貼裝盤211的散熱面203和一個散熱器51接觸以利更好地散熱。在這個實施方式中， 外露引腳241的伸展方向和散熱面203朝向相反。外露引腳241可為表面貼裝式的，也可 為直插或針腳式的。在圖示的應用中，該系統(tǒng)包含散熱型封裝體20，散熱器51和印刷電路 板52。印刷電路板52的上表面522和封裝體20接觸。外露引腳241插入印刷電路板的過 孔520，與印刷電路板52的下表面521連接。在這個實施例中，封裝體20的外露引腳241 在圖示中向下彎曲，和散熱面203的朝向相反以利散熱器51和散熱面203的接觸。在一種 實施方式中，散熱面203和散熱器51之間還可放置一層導熱膜，使得接觸更加完全，導熱更 加有效。封裝體20也可以采用表面貼裝型引腳，引腳與散熱面方向亦相反，印刷電路板與 引腳接觸的表面印刷有導線。封裝體20還可以采用球柵陣列引腳，將導體球種植在封裝體20上與散熱面203相反的表面。除了散熱器，其它的散熱板也可以使用在該應用系統(tǒng)中。圖6示出了本發(fā)明的另一個散熱型封裝體應用實施例。該實施例中散熱面203和 印刷電路板上制作的導熱層接觸。這樣，功率芯片21通過散熱面203和印刷電路板62上 的導熱層散發(fā)熱量，在一種實施方式中，該導熱層采用覆銅實現(xiàn)。該實施例中外露引腳241 伸展方向和散熱面203朝向一致。在一種實施方式中，見圖6，封裝體采用表面貼裝型的小 外形封裝(SOP)。從圖中可見，外露引腳241和散熱面203朝向一致，使得封裝體的散熱面 203和印刷電路板62的上表面611的導熱層接觸。電路可以印制在印刷電路板62的任一 面或兩面。外露引腳241可采用貼裝式、針腳式或球柵陣列式。在這個實施例中，印刷電路 板和散熱面203之間也可放置導熱膜以提高導熱性能。前面舉例了普通芯片22位于封裝體的中心平面的實施例，在不同的實施例中，普 通芯片22也可位于封裝體20的其它深度內，如圖7所示。圖8示出了本發(fā)明的引線框架實施例，該引線框架中的至少一個芯片貼裝盤和其 它部分位于不同的深度內。圖8為圖4中沿A-A線的局部剖面圖。該引線框架包括3個部 分，分別為裸露部分801、傾斜部分802和基體部分803。裸露部分801 —般為一個或多個 功率芯片貼裝盤。傾斜部分802 —般作為連接部分連接基體部分803和裸露部分801，并與 基體部分803和裸露部分801呈一個角度，其中裸露部分801平面和基體部分803平面相 互平行?；w部分803為引線框架的其余部分，包括普通芯片貼裝盤、引腳等。此外，如圖 所示，引線25連接功率芯片21上的焊盤27和基體部分803上的焊盤。裸露部分801可包 含多個功率芯片貼裝盤，每個功率芯片貼裝盤也可貼裝一至多個功率芯片。圖9所示為本發(fā)明的一個散熱型封裝體的制作工藝流程圖實施例。在步驟901，制 作引線框架，其中用于放置功率芯片的芯片貼裝盤和放置普通芯片的芯片貼裝盤位于不同 的水平面并相互平行。如圖中實施例所示，引線框架包含芯片貼裝盤、引腳和連接柄。引線 框架還可包括工藝中暫時起支撐作用的熔柄。功率芯片貼裝盤是用于貼裝功率芯片的承載 座，其中功率芯片比封裝體內的其它集成電路芯片消耗的能量高。與其它普通芯片貼裝盤 處于不同深度的功率芯片貼裝盤可通過簡單的壓模成型實現(xiàn)，參加圖10所示實施例。引線 框架的水平基架260放置于成嚙合關系的上模101和下模102之間。當給上模101 —個沖 壓力后，引線框架26的功率芯片貼裝盤部分被沖壓到與其它部分平行的處于不同深度的 位置。從圖上看，功率芯片貼裝盤處于引線框架26的下部分段261。功率芯片貼裝盤的下 壓使得它的外表面能暴露于封裝體外以利于散熱。功率芯片貼裝盤的下移也可以采用其它 的方法實現(xiàn)。在一個實施例中，功率芯片貼裝盤和引線框架基底平面間的距離取決于機械 強度要求，封裝參數和其它因素。在步驟902，將芯片貼裝到芯片貼裝盤上。其中，功率芯片貼裝到功率芯片貼裝盤 上，普通芯片貼裝到普通貼裝盤上。參加圖10，功率芯片貼裝到引線框架26下部分段261 的上表面。功率芯片貼裝盤和普通芯片貼裝盤的不同深度決定功率芯片和普通芯片的貼裝 深度的不同。在步驟903，引線耦接，將芯片間或芯片與引線框架間的焊盤通過引線耦接。該引 線一般為金絲，也可為鋁絲或其它材料。引線耦接使得芯片之間或芯片和外部電路之間實 現(xiàn)電互連。在步驟904，引線框架的主體部分、芯片和引線被封裝材料包封，同時封裝材料成
7型，將外露引腳和功率芯片貼裝盤的背面露出封裝材料表面。封裝材料可為塑料或陶瓷。在步驟905，對引線框架的外露出封裝材料的外露引腳進行切筋成形，形成封裝體成品。在其它的實施例中，芯片貼裝盤可不作為引線框架的一部分，通過其它的成型方式和固定技術使功率芯片和普通芯片處于不同的深度，其中部分芯片貼裝盤的外表面暴露 于封裝體外?；蚩梢岳斫鉃槭褂枚鄠€引線框架實現(xiàn)芯片貼裝盤的不同深度，如使用兩層引 線框架，其中一層引線框架包含普通芯片貼裝盤和引腳；另一層引線框架包含功率芯片貼 裝盤。在制作互連和封裝過程中，兩層引線框架固定于不同的水平來實現(xiàn)功率芯片貼裝盤 暴露于封裝材料表面，而普通芯片和普通芯片貼裝盤則位于封裝材料的內部。
權利要求
一種多芯片封裝體，包含至少兩個芯片、至少兩個芯片貼裝盤和封裝材料，其中所述芯片貼裝于所述芯片貼裝盤上，所述芯片和所述芯片貼裝盤被封裝材料包封，并使部分所述芯片貼裝盤的背面暴露于所述封裝材料表面。
2.如權利要求1所述的封裝體，其特征在于所述至少兩個芯片包含至少一個功率芯片和至少一個普通芯片，所述功率芯片比所述 普通芯片消耗更多的能量；所述芯片貼裝盤包含至少一個功率芯片貼裝盤用于貼裝所述功率芯片，以及至少一個 普通芯片貼裝盤用于貼裝所述普通芯片，其中所述功率芯片貼裝盤的背面暴露于所述封裝 材料表面形成散熱面。
3.如權利要求2所述的封裝體，其特征在于，所述功率芯片包含開關器件。
4.如權利要求2所述的封裝體，其特征在于，所述普通芯片包含控制器件，控制所述功 率芯片的運行。
5.如權利要求2所述的封裝體，其特征在于，所述普通芯片貼裝盤位于封裝體中心平 面附近。
6.如權利要求2所述的封裝體，其特征在于包括引線框架，所述引線框架包括所述功 率芯片貼裝盤、所述普通芯片貼裝盤、引腳和連接結構。
7.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述引線框架包括基體部分，包含所述普通芯片貼裝盤和所述引腳；暴露部分，包含所述功率芯片貼裝盤，其中所述功率芯片貼裝盤的一表面暴露于所述 封裝材料表面；傾斜部分，連接所述基體部分和暴露部分；其中所述基體部分平面和所述暴露部分平面相互平行且距離大于零。
8.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述引線框架材料為銅。
9.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述功率芯片上的一部分焊盤和所述普 通芯片上的一部分焊盤通過引線耦接，所述功率芯片和所述普通芯片上的另一部分焊盤和 所述引線框架通過引線耦接。
10.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述功率芯片和所述普通芯片上的焊盤 和所述引線框架通過引線耦接。
11.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述引腳包括露出于封裝體材料外的外 露引腳，該外露引腳伸展方向和所述散熱面朝向相反。
12.如權利要求11所述的封裝體，其特征在于，所述散熱面和散熱器接觸。
13.如權利要求12所述的封裝體，其特征在于，所述散熱面和所述散熱器之間有導熱膜。
14.如權利要求6所述的封裝體，其特征在于，所述引腳包括露出封裝材料外的外露引 腳，該外露引腳的伸展方向和所述散熱面朝向相同。
15.如權利要求14所述的封裝體，其特征在于，所述散熱面和固定封裝體的印刷電路 板的一個表面接觸。
16.如權利要求15所述的封裝體，其特征在于，所述散熱面和所述印刷電路板的一個 表面之間有導熱膜。
17.如權利要求11或14所述的封裝體，其特征在于，所述封裝體為直插式、針腳式、表 面貼裝式或球柵陣列式。
18.一種引線框架，包括基體部分；暴露部分，一表面暴露于封裝材料表面；其中所述基體部分平面和所述暴露部分平面相互平行且距離大于零。
19.如權利要求18所述的引線框架，其特征在于，所述暴露部分包括至少一個芯片貼 裝盤，所述芯片貼裝盤一面貼裝芯片并位于所述封裝材料內，另一面暴露于所述封裝材料 表面；所述基體部分包括至少一個芯片貼裝盤，被所述封裝材料包封。
20.一種多芯片封裝制造方法，包括制造含至少兩個芯片貼裝盤的引線框架，其中所述至少兩個芯片貼裝盤處于相互平行 的不同水平面上；將芯片貼裝到所述芯片貼裝盤；制作互連；將所述引線框架、所述芯片和所述互連用封裝材料包封，其中部分芯片貼裝盤背面和 所述引線框架的外露引腳暴露于所述封裝材料表面；將外露引腳切筋成形。
21.如權利要求20所述的制造方法，其中所述引線框架采用壓模成型技術使所述芯片 貼裝盤處于相互平行的不同水平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種散熱型的多芯片封裝。在該封裝體中，引線框架的一部分被彎曲使得部分表面暴露于封裝體外。在該暴露面的反面貼裝有功率芯片。這樣，功率芯片的熱量能容易地向外散發(fā)。
文檔編號H01L23/367GK101887886SQ20101012993
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2009年4月6日
發(fā)明者任遠程, 楊先慶, 蔣航, 邢正人 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司