專利名稱：一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到具有面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝，本發(fā)明還包括該封裝件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本電腦等朝著小型化，便攜式，超薄化，多媒體化以及滿足大眾化所需要的低成本方向發(fā)展，高密度、高性能、高可靠性和低成本的封裝形式及其組裝技術(shù)得到了快速的發(fā)展。與價(jià)格昂貴的BGA等封裝形式相比，近年來快速發(fā)展的新型封裝技術(shù)，即四邊扁平無引腳QFN(Quad Flat Non-lead Package)封裝，由于具有良好的熱性能和電性能、尺寸小、成本低以及高生產(chǎn)率等眾多優(yōu)點(diǎn)，引發(fā)了微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域的一場新的革命。圖IA和圖IB分別為傳統(tǒng)QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖和沿Ι_ 剖面的剖面示意圖， 該QFN封裝結(jié)構(gòu)包括引線框架11，塑封材料12，粘片材料13，IC芯片14，金屬導(dǎo)線15，其中引線框架11包括芯片載體111和圍繞芯片載體111四周排列的引腳112，IC芯片14通過粘片材料13固定在芯片載體111上，IC芯片13與四周排列的引腳112通過金屬導(dǎo)線15實(shí)現(xiàn)電氣連接，塑封材料12對IC芯片14、金屬導(dǎo)線15和引線框架11進(jìn)行包封以達(dá)到保護(hù)和支撐的作用，引腳112裸露在塑封材料12的底面，通過焊料焊接在PCB等電路板上以實(shí)現(xiàn)與外界的電氣連接。底面裸露的芯片載體111通過焊料焊接在PCB等電路板上，具有直接散熱通道，可以有效釋放IC芯片14產(chǎn)生的熱量。與傳統(tǒng)的TSOP和SOIC封裝相比，QFN封裝不具有鷗翼狀引線，導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)及阻抗低，從而可提供良好的電性能，可滿足高速或者微波的應(yīng)用。裸露的芯片載體提供了卓越的散熱性能。隨著IC集成度的提高和功能的不斷增強(qiáng)，IC的I/O數(shù)隨之增加，相應(yīng)的電子封裝的I/O引腳數(shù)也相應(yīng)增加，但是傳統(tǒng)的四邊扁平無引腳封裝件，單圈的引腳圍繞芯片載體呈周邊排列，限制了 I/O數(shù)量的提高，滿足不了高密度、具有更多I/O數(shù)的IC的需要。傳統(tǒng)的引線框架無臺階式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無法有效的鎖住塑料材料，導(dǎo)致引線框架與塑封材料結(jié)合強(qiáng)度低，易于引起引線框架與塑封材料的分層甚至引腳或芯片載體的脫落，而且無法有效的阻止?jié)駳庋刂€框架與塑封材料結(jié)合界面擴(kuò)散到電子封裝內(nèi)部，從而嚴(yán)重影響了封裝體的可靠性。傳統(tǒng)QFN產(chǎn)品由于芯片載體的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周邊排列的引腳的尺寸，在焊接在PCB等電路板時(shí)，芯片載體下的大面積焊料易造成封裝體的漂移，從而導(dǎo)致周邊排列的引腳焊接的失效。傳統(tǒng)QFN產(chǎn)品在塑封工藝時(shí)需要預(yù)先在引線框架背面粘貼膠帶以防止溢料現(xiàn)象，待塑封后還需進(jìn)行去除膠帶、塑封料飛邊等清洗工藝，增加了封裝成本增高。使用切割刀切割分離傳統(tǒng)的四邊扁平無引腳封裝件，切割刀在切割塑封材料的同時(shí)也會切割到引線框架金屬，不僅會造成切割效率的降低和切割刀片壽命的縮短，而且會產(chǎn)生金屬毛刺， 影響了封裝體的可靠性。因此，為了突破傳統(tǒng)QFN的低I/O數(shù)量的瓶頸，提高封裝體的可靠性和降低封裝成本，急需研發(fā)一種高可靠性、低成本、高I/O密度的QFN封裝及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高密度、面陣引腳排列的QFN封裝及其制造方法，以達(dá)到突破傳統(tǒng)QFN的低I/O數(shù)量的瓶頸和提高封裝體的可靠性的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
本發(fā)明提出一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，包括芯片載體，多個引腳，金屬材料層，IC芯片，絕緣填充材料，粘貼材料，金屬導(dǎo)線和塑封材料。芯片載體配置于封裝件結(jié)構(gòu)的中央部位，具有凹槽結(jié)構(gòu)和用于接地的引腳，四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺階表面。多個引腳在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布，具有上表面、下表面和臺階表面，沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)，其中每個引腳包括配置于該上表面的內(nèi)引腳和配置于該下表面的外引腳。金屬材料層配置于芯片載體和多個引腳的上表面和下表面位置。IC芯片配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上。絕緣填充材料配置于多個引腳的臺階式結(jié)構(gòu)下和芯片載體的凹槽中，支撐、保護(hù)多個引腳和芯片載體。粘貼材料配置于IC芯片與芯片載體上表面的金屬材料層中間或者IC芯片與多個引腳上表面的金屬材料層中間，固定IC芯片于多個引腳或者芯片載體上。IC芯片上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線連接至多個配置有金屬材料層的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層的芯片載體的上表面，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。塑封材料包覆密封上述IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、芯片載體和多個引腳的部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于芯片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，面陣引腳排列的QFN封裝件具有面陣排列分布的引腳。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布的引腳具有臺階式結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，配置于封裝件結(jié)構(gòu)的中央部位的芯片載體具有凹槽結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，配置于封裝件結(jié)構(gòu)的中央部位的芯片載體具有臺階式結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布的引腳的橫截面形狀呈圓形形狀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布的引腳的橫截面形狀呈矩形形狀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，面陣排列的引腳的排列方式為平行排列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，面陣排列的引腳的排列方式為交錯排列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體和多個弓I腳上表面和下表面配置有金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體和多個引腳上表面和下表面配置的金屬材料層包括鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)金屬材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用含銀顆粒的環(huán)氧樹脂或者膠帶等粘貼材料將IC芯片配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多個引腳臺階式結(jié)構(gòu)下配置絕緣填充材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體的凹槽結(jié)構(gòu)中配置絕緣填充材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多個引腳臺階式結(jié)構(gòu)下和芯片載體的凹槽結(jié)構(gòu)中配置絕緣填充材料種類是熱固性塑封材料，或者塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等材料。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體的周邊部位作為接地區(qū)域，通過金屬導(dǎo)線連接至芯片上的鍵合焊盤。本發(fā)明提出一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件制造方法，包括以下步驟步驟1 配置掩膜材料層對薄板基材進(jìn)行清洗和預(yù)處理，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形。步驟2 配置金屬材料層在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口中配置金屬材料層。步驟3 下表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以金屬材料層為抗蝕層，對薄板基材下表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結(jié)構(gòu)。步驟4:配置絕緣填充材料在薄板基材下部分經(jīng)選擇性半蝕刻形成的凹槽結(jié)構(gòu)中填充絕緣材料。步驟5 上表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以金屬材料層為阻蝕層，對薄板基材上表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成具有臺階式結(jié)構(gòu)的多個引腳，形成具有臺階式結(jié)構(gòu)、凹槽結(jié)構(gòu)和用于接地的引腳的芯片載體。步驟6:配置IC芯片通過含銀顆粒的環(huán)氧樹脂樹脂或者膠帶等粘貼材料將IC芯片配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上步驟7 金屬導(dǎo)線鍵合連接IC芯片上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至多個配置有金屬材料層的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層的芯片載體的上表面，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)和接地。步驟8:塑封用塑封材料包覆密封上述IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、芯片載體和多個引腳的部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于芯片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。步驟9:后固化根據(jù)所選塑封材料的后固化要求進(jìn)行后固化。步驟10 打印對塑封后的產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。步驟11:切割分離產(chǎn)品切割分離產(chǎn)品，形成獨(dú)立的單個封裝件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過電鍍或者化學(xué)鍍方法配置金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，以金屬材料層為抗蝕層，選用僅蝕刻薄板基材的蝕刻液對薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，絕緣填充材料通過絲網(wǎng)印刷或者涂布等方法配置在半蝕刻凹槽結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，選用刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法切割分離產(chǎn)品，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料，不切割引線框架。
基于上述，根據(jù)本發(fā)明，引腳面陣排列分布的四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)引具有高的I/O密度，芯片載體和多個引腳的臺階式結(jié)構(gòu)增加了與塑封材料和絕緣填充材料的結(jié)合面積，具有與塑封材料和絕緣填充材料相互鎖定的效果，能夠有效防止芯片載體和多個引腳與塑封材料和絕緣填充材料的分層以及引腳或芯片載體的脫落，有效阻止?jié)駳鈴姆庋b件結(jié)構(gòu)外部向內(nèi)部擴(kuò)散，小面積尺寸的外引腳能夠有效防止表面貼裝時(shí)橋連現(xiàn)象的發(fā)生， 芯片載體和多個引腳上表面和下表面配置的金屬材料層能夠有效提高金屬引線鍵合質(zhì)量和表面貼裝質(zhì)量，面陣排列的引腳能有效防止表面貼裝時(shí)芯片的漂移和引腳焊接的失效， 提高了表面貼裝質(zhì)量，由于單個封裝體之間僅由塑封材料和絕緣填充材料相連，因此當(dāng)使用切割刀切割分離產(chǎn)品，不會切割到引線框架金屬材料，從而提高了切割效率，延長了切割刀的壽命，防止了金屬毛刺的產(chǎn)生，同時(shí)省去了傳統(tǒng)QFN封裝流程中的塑封前引線框架背面粘貼膠膜、塑封后去除膠膜和塑封料飛邊等工藝，降低了封裝成本。下文特舉實(shí)施例，并配合附圖對本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)做詳細(xì)說明。


圖IA為傳統(tǒng)QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖IB為沿圖IA中的Ι- 剖面的剖面示意圖；圖2Α為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖2Β為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖3Α為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖3Β為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的，沿圖2Α-Β和圖3Α_Β中的1_1剖面的剖面示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的，沿圖2Α-Β和圖3Α_Β中的1_1剖面的剖面示意圖；圖6Α至圖6L為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的制造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。圖中標(biāo)號100.傳統(tǒng)四邊扁平無引腳封裝結(jié)構(gòu)，11.引腳框架，111.芯片載體112. 引腳，12.塑封材料，13.粘片材料14. IC芯片，15.金屬導(dǎo)線，200A、200B、200a、200b、200c、 200d.面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，201.引腳，202.芯片載體，20.薄板基材， 20a.薄板基材上表面、引線框架上表面，20b.薄板基材下表面、引線框架下表面，21a、21b. 掩膜材料層，22、23.金屬材料層，22a、23a.金屬材料層表面，24.凹槽結(jié)構(gòu)，24a.臺階式結(jié)構(gòu)表面，24b.臺階式結(jié)構(gòu)，25.絕緣填充材料，25a.絕緣填充材料表面，26.粘貼材料，27. IC 芯片，28.金屬導(dǎo)線，29.塑封材料。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。參照上述圖2A-B可以看出，在本實(shí)施例中，面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)200a和 200b具有呈面陣分布排列的引腳201，且引腳201的排列方式為平行排列，在引腳201下表面配置有金屬材料層23，在引腳201之間配置有絕緣填充材料25。不同之處在于圖2A的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖2B的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為矩形。圖3A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖3B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。參照上述圖3A-B可以看出，在本實(shí)施例中，面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)200c和 200d具有呈面陣分布排列的引腳201，且引腳201的排列方式為交錯排列，在引腳201下表面配置有金屬材料層23，在引腳201之間配置有絕緣填充材料25。不同之處在于圖3A的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖3B的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為矩形。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的，沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖。結(jié)合圖2A-B、圖3A-B，參照圖4，在本實(shí)施例中，面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)200A包括引腳201、金屬材料層22、金屬材料層23、絕緣填充材料25、粘貼材料26、IC芯片27、金屬導(dǎo)線28以及塑封材料29。在本實(shí)施例中，引腳201作為導(dǎo)電、散熱、連接外部電路的通道，沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)24b，具有上表面20a和相對于上表面20a的下表面20b，以及臺階式結(jié)構(gòu)24b 的臺階表面24a。引腳201的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中多個引腳201包括配置于該上表面20a的內(nèi)引腳和配置于該下表面20b的外引腳。金屬材料層22和金屬材料層23分別配置于引腳201的上表面20a位置和引腳201 的下表面20b位置，金屬材料層22與引腳201的內(nèi)引腳具有相同尺寸大小，金屬材料層23 與引腳201的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層22具有金屬材料層表面22a，金屬材料層23具有金屬材料層表面23a。絕緣填充材料25配置于引腳201的臺階式結(jié)構(gòu)24b下，對引腳201起到支撐和保護(hù)的作用，絕緣填充材料25具有絕緣填充材料表面25a，絕緣填充材料表面25a與金屬材料層表面23a處于同一水平面上。IC芯片27通過粘貼材料26配置于引腳201的上表面20a的金屬材料層22位置， IC芯片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線28分別連接至多個配置有金屬材料層22的內(nèi)引腳上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。塑封材料29包覆密封上述IC芯片27、粘貼材料26、金屬導(dǎo)線28、金屬材料層22， 引腳201的部分區(qū)域，暴露出配置于引腳201下表面的金屬材料層23，塑封材料29對引腳201和IC芯片27起到支撐與保護(hù)的作用。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的，沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖。結(jié)合圖2A-B、圖3A-B，參照圖5，在本實(shí)施例中，面陣引腳排列QFN封裝結(jié)構(gòu)200B包括引腳201、芯片載體202，金屬材料層22、金屬材料層23、絕緣填充材料25、粘貼材料26、 IC芯片27、金屬導(dǎo)線28以及塑封材料29。在本實(shí)施例中，芯片載體202配置于封裝件結(jié)構(gòu)200B的中央部位，引腳201和芯片載體202作為導(dǎo)電、散熱、連接外部電路的通道，沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)24b，具有上表面20a和相對于上表面20a的下表面20b，以及臺階式結(jié)構(gòu)24b的臺階表面24a，芯片載體202還具有凹槽結(jié)構(gòu)24和用于接地的引腳201。引腳201的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中多個引腳201包括配置于該上表面20a的內(nèi)引腳和配置于該下表面20b的外引腳。金屬材料層22和金屬材料層23分別配置于引腳201和芯片載體202的上表面 20a位置和下表面20b位置，配置于引腳201上表面20a位置的金屬材料層22與引腳201 的內(nèi)引腳具有相同尺寸大小，配置于引腳201下表面20b位置的金屬材料層23與引腳201 的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層22具有金屬材料層表面22a，金屬材料層23具有金屬材料層表面23a。絕緣填充材料25配置于多個引腳201的臺階式結(jié)構(gòu)24b下和芯片載體202的凹槽結(jié)構(gòu)24中，對引腳201和芯片載體202起到支撐和保護(hù)的作用，絕緣填充材料25具有絕緣填充材料表面25a，絕緣填充材料表面25a與金屬材料層表面23a處于同一水平面上。IC芯片27通過粘貼材料26配置于芯片載體202的上表面20a的金屬材料層22 位置，IC芯片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線28分別連接至多個配置有金屬材料層22 的內(nèi)引腳201上和配置有金屬材料層22的芯片載體202上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)和接地。塑封材料29包覆密封上述IC芯片27、粘貼材料26、金屬導(dǎo)線28、金屬材料層22， 多個引腳201和芯片載體202的部分區(qū)域，暴露出配置于多個引腳201和芯片載體202的下表面的金屬材料層23，塑封材料29對引腳201、芯片載體202和IC芯片27起到支撐與保護(hù)的作用。下面將以圖6A至圖6L來詳細(xì)說明一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)的制造流程。圖6A至圖6L為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的面陣引腳排列QFN封裝件結(jié)構(gòu)的制造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。請參照圖6A，提供具有上表面20a和相對于上表面20a的下表面20b的薄板基材20，薄板基材20的材料可以是銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金以及其他適用于制作引線框架的金屬材料。薄板基材20的厚度范圍為0. lmm-0. 25mm，例如為0. 127mm,0. 152mm, 0. 203mm。對薄板基材20的上表面20a和下表面20b進(jìn)行清洗和預(yù)處理，例如用等離子水去油污、灰塵等，以實(shí)現(xiàn)薄板基材20的上表面20a和下表面20b清潔的目的。請參照圖6B，在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別配置具有窗口的掩膜材料層21a和掩膜材料層21b，這里所述的窗口是指沒有被掩膜材料層21a和掩膜材料層 21b覆蓋的薄板基材20的部分區(qū)域，掩膜材料層21a和掩膜材料層21b保護(hù)被其覆蓋的薄板基材20的部分區(qū)域，在后面的工藝步驟中將對被掩膜材料層21a和掩膜材料層21b覆蓋的薄板基材20的部分區(qū)域進(jìn)行蝕刻。掩膜材料層21a和掩膜材料層21b要求與薄板基材20結(jié)合牢固，具有熱穩(wěn)定性，作為抗蝕、抗鍍材料層，具有抗蝕刻性和抗鍍性。具有窗口的掩膜材料層21a和掩膜材料層21b，直接通過絲網(wǎng)印刷制作或者通過涂布光致干膜或者粘貼光致濕膜，經(jīng)感光成像方法制作。對于絲網(wǎng)印刷制作方法，掩膜材料層21a和掩膜材料層 21b材料是非感光型樹脂、油墨等聚合物，其掩膜精細(xì)度全靠網(wǎng)印來保證，它涉及到設(shè)備、器材的選用和繃網(wǎng)、制網(wǎng)版、印刷工藝、具體操作等多種因素。對于感光成像制作方法，首先在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別涂布光致濕膜，涂布方法可以是幕簾涂布、 滾涂與噴涂等，或者在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別粘貼光致干膜，然后再將其曝露于某種光源下，如紫外光、電子束或χ-射線，利用光致濕膜和光致干膜等化學(xué)感光材料的光敏特性，對光致濕膜或光致干膜進(jìn)行選擇性的曝光，以把掩膜版圖形復(fù)印到光致濕膜或光致干膜上，經(jīng)使用顯影液進(jìn)行顯影工藝后最終在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別形成抗掩膜材料層21a和掩膜材料層21b。請參照圖6C，在配置于薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a的窗口中配置金屬材料層22，金屬材料層22具有表面22a，在配置于薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b的窗口中配置金屬材料層23，金屬材料層23具有表面23a。金屬材料層22和金屬材料層23的配置方法為電鍍、化學(xué)鍍、蒸發(fā)、濺射等方法，并且允許由不同的金屬材料組成，在本實(shí)施例中，優(yōu)先選擇電鍍或者化學(xué)鍍作為金屬材料層22和金屬材料層23的配置方法。金屬材料層22和金屬材料層23的材料是鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn) 等金屬材料及其合金，在本實(shí)施例中，金屬材料層22和金屬材料層23例如是鎳-鈀-金鍍層，對于金屬材料層22，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證金屬導(dǎo)線28在引線框架201 上的可鍵合性和鍵合質(zhì)量，里面的鎳鍍層是作為擴(kuò)散阻擋層以防止由元素?cái)U(kuò)散-化學(xué)反應(yīng)引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響鍵合區(qū)域的可靠性，對于金屬材料層23，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證焊料在引腳201的可浸潤性，提高封裝體在PCB 等電路板上表面貼裝的質(zhì)量，里面的鎳鍍層是作為擴(kuò)散阻擋層以防止由元素?cái)U(kuò)散-化學(xué)反應(yīng)引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響表面貼裝焊接區(qū)域的可靠性。請參照圖6D，將薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b移除，在本實(shí)施例中的移除方法可以是化學(xué)反應(yīng)方法和機(jī)械方法，化學(xué)反應(yīng)方法是選用可溶性的堿性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，采用噴淋等方式與薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將其溶解從而達(dá)到移除的效果，也可選擇有機(jī)去膜液將掩膜材料層21b移除，移除掩膜材料層21b后，薄板基材20的下表面20b上僅剩下金屬材料層23ο請參照圖6Ε，以薄板基材20的下表面20b上的金屬材料層23作為蝕刻的抗蝕層， 選用僅蝕刻薄板基材20的蝕刻液，采用噴淋方式對薄板基材20下表面20b進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結(jié)構(gòu)24和臺階式結(jié)構(gòu)表面24a，蝕刻深度范圍可以是占薄板基材20的厚度的40% -90%。在本實(shí)施例中，噴淋方式優(yōu)先采用上噴淋方式，并且可以在蝕刻液中加入少量的有機(jī)物，以減少蝕刻液對薄板基材20的側(cè)蝕效應(yīng)，由于采用金屬材料層23作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優(yōu)先選擇堿性蝕刻液，如堿性氯化銅蝕刻液、氯化銨等堿性蝕刻液，以減少蝕刻液對金屬材料層23的破壞作用。請參照圖6F，在薄板基材20的下表面20b經(jīng)選擇性部分蝕刻形成的凹槽結(jié)構(gòu)24 中填充絕緣填充材料25，絕緣填充材料25具有表面25a，該表面與金屬材料層23的表面23a處于同一水平面上。在本實(shí)施例中，絕緣填充材料25是熱固性塑封材料、塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料，絕緣填充材料25具有足夠的耐酸、耐堿性，以保證后續(xù)的工藝不會對已形成絕緣填充材料25造成破壞，絕緣填充材料25的填充方法是通過注塑或者絲網(wǎng)印刷等方法填充到凹槽結(jié)構(gòu)24中，填充后固化形成適當(dāng)硬度的絕緣填充材料25，對于光固化絕緣填充材料25需要進(jìn)行紫外線曝光，硬化后的絕緣填充材料25具有一定強(qiáng)度，與薄板基材20具有相互鎖定的效果，用機(jī)械研磨方法或者化學(xué)處理方法去除過多的絕緣填充材料25，以消除絕緣填充材料25的溢料，使絕緣填充材料25的表面25a與金屬材料層 23的表面23a處于同一水平面上，對于感光型阻焊綠油等絕緣填充材料25，通過顯影方法去除溢料。請參照圖6G，將薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a移除，在本實(shí)施例中的移除方法可以是化學(xué)反應(yīng)方法和機(jī)械方法，化學(xué)反應(yīng)方法是選用可溶性的堿性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，采用噴淋等方式與薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a化學(xué)反應(yīng)，將其溶解從而達(dá)到移除的效果，也可選擇有機(jī)去膜液將掩膜材料層21a移除，移除掩膜材料層21a后，薄板基材20的上表面20a上僅剩下金屬材料層22。請參照圖6H，以薄板基材20的上表面20a上的金屬材料層22作為蝕刻的抗蝕層， 選用僅蝕刻薄板基材20的蝕刻液，采用噴淋方式對薄板基材20上表面20a進(jìn)行選擇性部分蝕刻，蝕刻至臺階式結(jié)構(gòu)表面24a，暴露出絕緣填充材料25。形成面陣分布的引腳201， 引腳201之間配置有絕緣填充材料25，即呈面陣排列分布的引腳201通過絕緣填充材料25 固定在一起。經(jīng)選擇性部分蝕刻后形成的分離的引腳201具有內(nèi)引腳與外引腳，內(nèi)引腳在后續(xù)的引線鍵合工藝中由金屬導(dǎo)線28連接至IC芯片27的鍵合焊盤，外引腳作為連接外部電路的通道。形成臺階式結(jié)構(gòu)24b，臺階式結(jié)構(gòu)24b具有臺階式結(jié)構(gòu)表面24a。在本實(shí)施例中，蝕刻液的噴淋方式優(yōu)先采用上噴淋方式，并且可以在蝕刻液中加入少量的有機(jī)物，以減少蝕刻液對薄板基材20的側(cè)蝕效應(yīng)，由于采用金屬材料層22作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優(yōu)先選擇堿性蝕刻液，如堿性氯化銅蝕刻液、氯化銨等堿性蝕刻液，以減少蝕刻液對金屬材料層22的破壞作用。請參照圖61，通過粘貼材料26將IC芯片27配置于引腳上表面20a的金屬材料層22位置，在本實(shí)施例中，粘貼材料26可以是粘片膠帶、含銀顆粒的環(huán)氧樹脂等材料。如果所配置的粘貼材料26為含銀顆粒的環(huán)氧樹脂材料，在配置IC芯片27后，需對粘貼材料 26進(jìn)行高溫烘烤固化，以增強(qiáng)與IC芯片27、金屬材料層22的結(jié)合強(qiáng)度。請參照圖6J，IC芯片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線28連接至多個配置有金屬材料層22的內(nèi)引腳上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)，在本實(shí)施例中，金屬導(dǎo)線28是金線、鋁線、銅線以及鍍鈀銅線等。請參照圖6K，采用注塑方法，通過高溫加熱，用低吸水率、低應(yīng)力的環(huán)保型塑封材料29包覆密封IC芯片27、粘貼材料26、金屬導(dǎo)線28、多個引腳201的部分區(qū)域和金屬材料層22，在本實(shí)施例中，塑封材料29可以是熱固性聚合物等材料，所填充的絕緣填充材料25 具有與塑封材料29相似的物理性質(zhì)，例如熱膨脹系數(shù)，以減少由熱失配引起的產(chǎn)品失效， 提高產(chǎn)品的可靠性，絕緣填充材料25與塑封材料29可以是同一種材料。塑封后進(jìn)行烘烤后固化，塑封材料29和絕緣填充材料25與具有臺階式結(jié)構(gòu)24b的引腳201具有相互鎖定功能，可以有效防止引腳201與塑封材料29和絕緣填充材料25的分層以及引腳201的脫落，而且有效阻止?jié)駳庋刂_201與塑封材料29和絕緣填充材料25的結(jié)合界面擴(kuò)散到封裝體內(nèi)部，提高了封裝體的可靠性。待后固化后，對產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。請參照圖6L，切割面陣引腳排列QFN分離產(chǎn)品陣列，徹底切割分離塑封材料29和絕緣填充材料25形成單個面陣引腳排列QFN封裝件200，在本實(shí)施例中，單個產(chǎn)品分離方法是刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法，且僅切割塑封材料29和絕緣填充材料25，不切割金屬材料，圖6L中僅繪制出切割分離后的2個面陣引腳排列QFN封裝件200。對本發(fā)明的實(shí)施例的描述是出于有效說明和描述本發(fā)明的目的，并非用以限定本發(fā)明，任何所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思和范圍的條件下， 可對上述實(shí)施例進(jìn)行變化。故本發(fā)明并不限定于所披露的具體實(shí)施例，而是覆蓋權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于包括芯片載體，配置于封裝件結(jié)構(gòu)的中央部位，具有凹槽結(jié)構(gòu)和用于接地的引腳，四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺階表面；多個引腳，配置于芯片載體四周，或者在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布，具有上表面、 下表面和臺階表面，沿厚度方向具有臺階式結(jié)構(gòu)，其中每個引腳包括配置于該上表面的內(nèi)引腳和配置于該下表面的外引腳；金屬材料層，配置于芯片載體和多個引腳的上表面和下表面位置； IC芯片，配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上；粘貼材料，配置于IC芯片與芯片載體上表面的金屬材料層中間或者IC芯片與多個引腳上表面的金屬材料層中間；絕緣填充材料，配置于多個引腳的臺階式結(jié)構(gòu)下和芯片載體的凹槽中； 金屬導(dǎo)線，IC芯片上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至多個配置有金屬材料層的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層的芯片載體的上表面；塑封材料，包覆密封上述IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、芯片載體和多個引腳的部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于芯片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)具有面陣排列的引腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，面陣排列的引腳的橫截面形狀為圓形或矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，面陣排列的引腳的排列方式為平行排列或交錯排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于包括配置掩膜材料層，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形； 配置金屬材料層，在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口中配置金屬材料層；下表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以金屬材料層為抗蝕層， 對薄板基材下表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結(jié)構(gòu)；配置絕緣填充材料，在薄板基材下表面經(jīng)選擇性部分蝕刻形成的凹槽結(jié)構(gòu)中填充絕緣材料；上表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以金屬材料層為阻蝕層， 對薄板基材上表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成具有臺階式結(jié)構(gòu)的面陣排列分布的多個引腳，形成具有臺階式結(jié)構(gòu)、凹槽結(jié)構(gòu)和用于接地的引腳的芯片載體；配置IC芯片，通過粘貼材料將IC芯片配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上；金屬導(dǎo)線鍵合連接，IC芯片上的多個鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至多個配置有金屬材料層的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層的芯片載體上；形成塑封體，用塑封材料包覆密封IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、芯片載體和多個引腳的部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于芯片載體和多個引腳下表面的金屬材料層引線框架部分區(qū)域和部分金屬材料層，塑封后進(jìn)行烘烤后固化；切割分離形成單個封裝件，切割分離形成獨(dú)立的單個封裝件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，上述配置掩膜材料層，具有抗蝕性能，直接通過絲網(wǎng)印刷制作形成，或者通過涂布光致濕膜或者粘貼光致干膜，經(jīng)感光成像制作形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，多個引腳和芯片載體是以掩膜材料層為抗蝕層，對薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻制作形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，經(jīng)該蝕刻形成的分離的芯片載體和多個引腳由絕緣填充材料連接固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，切割分離形成單個封裝件，是用刀片切害ι]、激光切割或者水刀切割方法切割，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝及制造方法。本封裝包括芯片載體，引腳，金屬材料層，IC芯片，絕緣填充材料，粘貼材料，金屬導(dǎo)線和塑封材料。芯片載體具有凹槽結(jié)構(gòu)和用于接地的引腳，多個引腳在封裝件結(jié)構(gòu)中呈面陣排列分布。金屬材料層配置于芯片載體和多個引腳的上表面和下表面位置。IC芯片配置于芯片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置于多個引腳上表面位置的金屬材料層上。絕緣填充材料配置于多個引腳的臺階式結(jié)構(gòu)下和芯片載體的凹槽中。粘貼材料配置于IC芯片與芯片載體上表面的金屬材料層中間或者IC芯片與多個引腳上表面的金屬材料層中間。通過塑封材料包覆密封形成封裝體。本發(fā)明突破了低I/O數(shù)量瓶頸，提高封裝可靠性。
文檔編號H01L23/49GK102354689SQ20111034521
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者劉程艷, 夏國峰, 安彤, 朱文輝, 武偉, 秦飛 申請人:北京工業(yè)大學(xué)