專利名稱：一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到具有高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝。
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(lái)快速發(fā)展的新型封裝技術(shù)，即四邊扁平無(wú)引腳QFN(Quad Flat Non-lead lockage)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(chǎng)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(duì)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11 1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(wú)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(wú)臺(tái)階式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)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(wú)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)品的芯片載體和外引腳不具有一定的凸起高度，在表面貼裝時(shí)焊料的覆蓋面積有限，且焊料的厚度較薄，導(dǎo)致板級(jí)封裝的疲勞壽命較短，而且較薄焊接層由于熱失配引起的熱應(yīng)變較大，容易導(dǎo)致焊接層的斷裂、分層失效，影響了焊接層的可靠性。 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(wú)引腳封裝件，切割刀在切割塑封材料的同時(shí)也會(huì)切割到引線框架金屬，不僅會(huì)造成切割效率的降低和切割刀片壽命的縮短，而且會(huì)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。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種高密度、多圈引腳排列的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，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案本實(shí)用新型提出一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，包括引線框架，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。引線框架沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面。引線框架包括芯片載體和多個(gè)圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳。芯片載體配置于引線框架中央部位，橫截面形狀呈矩形狀，芯片載體四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中每個(gè)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。金屬材料層配置于引線框架的上表面位置和下表面位置。IC芯片配置于引線框架上表面的金屬材料層位置，且配置于芯片載體的中央部位。絕緣填充材料配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下，支撐、保護(hù)引線框架。粘貼材料配置于IC芯片與引線框架上表面的金屬材料層中間，固定IC芯片于芯片載體上。IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線連接至多個(gè)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IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、引線框架部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于引線框架下表面的金屬材料層。暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面的配置有金屬材料層的芯片載體和外引腳具有一定確定高度的凸起高度。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，引腳框架具有多個(gè)圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，包括芯片載體和圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的引線框架具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的橫截面形狀呈圓形形狀。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的橫截面形狀呈矩形形狀。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，引線框架上表面和下表面配置有金屬材料層。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，引線框架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)本實(shí)用新型的實(shí)施例，配置有金屬材料層的芯片載體和外引腳暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面，且具有一定的凸起高度。根據(jù)本實(shí)用新型的實(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中央部位。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，引線框架臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下配置絕緣填充材料。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，引線框架臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下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)本實(shí)用新型的實(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。本實(shí)用新型件的制作方法，包括以下步驟步驟1 配置掩膜材料層對(duì)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掩膜材料層圖形。步驟2:形成蝕刻窗口對(duì)配置于薄板基材下表面的掩膜材料層進(jìn)行曝光顯影，形成蝕刻窗口。步驟3 下表面選擇性部分蝕刻以具有蝕刻窗口的掩膜材料層作為抗蝕層，對(duì)薄板基材下表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽。步驟4:移除掩膜材料層用化學(xué)處理方法或者機(jī)械方法移除配置于薄板基材下表面的掩膜材料層。步驟5: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中填充絕緣材料。步驟6:形成蝕刻窗口對(duì)薄板基材上表面的掩膜材料層進(jìn)行曝光顯影，形成蝕刻窗口。步驟7 上表面選擇性部分蝕刻以具有蝕刻窗口的掩膜材料層作為抗蝕層，對(duì)薄板基材上表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)的引線框架，包括分離的芯片載體和多圈引腳。步驟8:移除掩膜材料層用化學(xué)處理方法或者機(jī)械方法移除配置于薄板基材下表面的掩膜材料層。步驟9:配置金屬材料層在形成的引線框架的上表面、下表面配置金屬材料層。步驟10 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中央部位。步驟11 金屬導(dǎo)線鍵合連接IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線連接至多個(gè)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，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)和接地。步驟12 塑封用塑封材料包覆密封IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、部分引線框架和部分金屬材料層。步驟13 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14 打印對(duì)塑封后的產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。步驟15 切割分離產(chǎn)品切割分離產(chǎn)品，形成獨(dú)立的單個(gè)封裝件。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，通過化學(xué)鍍方法配置金屬材料層。[0053]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，以掩膜材料層作為抗蝕層，選用僅蝕刻薄板基材的蝕刻液對(duì)薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻。根據(jù)本實(shí)用新型的實(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中。根據(jù)本實(shí)用新型的實(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?；谏鲜觯鶕?jù)本實(shí)用新型，高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝具有多圈排列的引腳，因此具有高的I/O密度，引線框架的臺(tái)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，能夠有效防止引線框架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，引線框架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，具有一定的凸起高度的芯片載體和外引腳在表面貼裝時(shí)增加了焊料的浸潤(rùn)面積，以及焊料的厚度，增加了板級(jí)封裝的疲勞壽命，同時(shí)增加了芯片載體和外引腳與焊料的結(jié)合強(qiáng)度，緩解了由熱失配引起的熱應(yīng)變，由于單個(gè)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(huì)切割到引線框架金屬材料，從而提高了切割效率，延長(zhǎng)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(duì)本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)做詳細(xì)說(shuō)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I- 剖面的剖面示意圖；圖2Α為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖2Β為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖3Α為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖IBB為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖4為沿圖2Α-Β和圖3Α_Β中的1_1剖面的剖面示意圖；圖5Α至圖5Ν為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的高密度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(hào)100.傳統(tǒng)四邊扁平無(wú)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，200、200a、200b、200c、 200d.高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，201.引線框架，202.芯片載體，203.引腳，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.凹槽，2 .臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面，22b.臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，23.絕緣填充材料，23a.絕緣填充材料表面，24、25.金屬材料層，2^、25a.金屬材料層表面，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
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明圖2A為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖2B為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的高密度 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，高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)200a和200b的引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，且芯片載體 202每邊的引腳203的排列方式為平行排列，在引線框架201下表面配置有金屬材料層25， 在引線框架201中配置有絕緣填充材料23。不同之處在于圖2A的高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖2B的高密度四邊扁平無(wú)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)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖;3B為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的高密度 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，高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)200c和200d的引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，且芯片載體 202每邊的引腳203的排列方式為交錯(cuò)排列，在引線框架201下表面配置有金屬材料層25， 在引線框架201中配置有絕緣填充材料23。不同之處在于圖3A的高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖3B的高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為矩形。圖4為沿圖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?qǐng)D4，在本實(shí)施例中，高密度QFN封裝結(jié)構(gòu)200包括引線框架201、絕緣填充材料23、金屬材料層對(duì)、金屬材料層25、粘貼材料26、IC芯片27、金屬導(dǎo)線觀以及塑封材料四。在本實(shí)施例中，引線框架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(tái)階式結(jié)構(gòu)22b，具有上表面20a和相對(duì)于上表面20a的下表面20b，以及臺(tái)階式結(jié)構(gòu) 22b的臺(tái)階表面22a。引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203都具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)22b。 芯片載體202配置于引線框架201中央部位，其橫截面形狀呈矩形狀，芯片載體202四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)22b。多個(gè)引腳203配置于芯片載體202四周，圍繞芯片載體202呈多圈排列，且沿厚度方向具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)22b，其橫截面形狀呈圓形或者矩形狀， 其中每個(gè)引腳203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M和金屬材料層25分別配置于引線框架201的上表面20a位置和引線框架201的下表面20b位置，金屬材料層M與引腳203的內(nèi)引腳具有相同尺寸大小，金屬材料層25與引腳203的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層M具有金屬材料層表面Ma，金屬材料層25具有金屬材料層表面25a。絕緣填充材料23配置于引線框架201的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)22下，對(duì)引線框架201起到支撐和保護(hù)的作用，絕緣填充材料23具有絕緣填充材料表面23a，絕緣填充材料表面23a與引線框架201的下表面20b處于同一水平面上。IC芯片27通過粘貼材料沈配置于引線框架201的上表面20a的金屬材料層M 位置，且配置于芯片載體202的中央部位，IC芯片27上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線28連接至多個(gè)配置有金屬材料層M的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層M的芯片載體203上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)和接地。塑封材料四包覆密封上述IC芯片27、粘貼材料沈、金屬導(dǎo)線觀、引線框架201部分區(qū)域和金屬材料層對(duì)，對(duì)引線框架201和IC芯片27起到支撐與保護(hù)的作用，暴露出配置于引線框架下表面20b的金屬材料層25，配置有金屬材料層25的芯片載體和外引腳暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面，且具有一定的凸起高度。下面將以圖5A至圖5N來(lái)詳細(xì)說(shuō)明一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件的制造流程。圖5A至圖5N為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例繪制的高密度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。請(qǐng)參照?qǐng)D5A，提供具有上表面20a和相對(duì)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(duì)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(qǐng)參照?qǐng)D5B，在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別配置掩膜材料層 21a和掩膜材料層21b，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，作為抗蝕材料層，具有抗蝕刻性。掩膜材料層21a和掩膜材料層21b可通過在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別涂布濕膜等化學(xué)感光材料制作，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等化學(xué)感光材料制作。請(qǐng)參照?qǐng)D5C，對(duì)薄板基材下表面20b上的掩膜材料層21b進(jìn)行曝光顯影工藝，形成蝕刻窗口，這里所述的蝕刻窗口是指經(jīng)曝光顯影工藝后沒有被掩膜材料層21b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(duì)沒有被掩膜材料層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21b保護(hù)被其覆蓋的薄板基材20的區(qū)域不被蝕刻。將薄板基材下表面20b上的掩膜材料層21b曝露于某種光源下，如紫外光、電子束或X-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(duì)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下表面20b上形成具有蝕刻窗口的掩膜材料層21b。請(qǐng)參照?qǐng)D5D，以薄板基材下表面20b上具有蝕刻窗口的掩膜材料層21b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(duì)薄板基材20下表面20b進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽22和臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面22a，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(duì)薄板基材20的側(cè)蝕效應(yīng)，由于掩膜材料層21b是具有光敏特性的濕膜或者干膜等聚合物材料，耐酸性不耐堿性，作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優(yōu)先選擇酸性蝕刻液，如酸性氯化銅蝕刻液、氯化鐵蝕刻液，以減少蝕刻液對(duì)掩膜材料層21b的破壞作用。請(qǐng)參照?qǐng)D5E，將薄板基材下表面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。請(qǐng)參照?qǐng)D5F，在薄板基材下表面20b經(jīng)選擇性部分蝕刻形成的凹槽22中填充絕緣填充材料23，絕緣填充材料23具有表面23a，該表面與薄板基材下表面20b處于同一水平面上。在本實(shí)施例中，絕緣填充材料23可以是熱固性塑封材料、塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料，絕緣填充材料23具有足夠的耐酸、耐堿性，以保證后續(xù)的工藝不會(huì)對(duì)已形成絕緣填充材料23造成破壞，絕緣填充材料23的填充方法可以是通過注塑或者絲網(wǎng)印刷等方法填充到凹槽22中，填充后固化形成適當(dāng)硬度的絕緣填充材料23，對(duì)于光固化絕緣填充材料23需要進(jìn)行紫外線曝光，硬化后的絕緣填充材料23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23，以消除絕緣填充材料23的溢料，使絕緣填充材料23的表面23a與薄板基材下表面20b處于同一水平面上，對(duì)于感光型阻焊綠油等絕緣填充材料23，通過顯影方法去除溢料。請(qǐng)參照?qǐng)D5G，對(duì)薄板基材上表面20a上的掩膜材料層21a進(jìn)行曝光顯影工藝，形成蝕刻窗口，這里所述的蝕刻窗口是指經(jīng)曝光顯影工藝后沒有被掩膜材料層21a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(duì)沒有被掩膜材料層21a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保護(hù)被其覆蓋的薄板基材20的區(qū)域不被蝕刻。將薄板基材下表面20a上的掩膜材料層21a曝露于某種光源下，如紫外光、電子束或X-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(duì)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下表面20a上形成具有蝕刻窗口的掩膜材料層21a。請(qǐng)參照?qǐng)D5H，以薄板基材上表面20a上具有蝕刻窗口的掩膜材料層21a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(duì)薄板基材20上表面20a進(jìn)行選擇性部分蝕刻，蝕刻至臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面22a，暴露出絕緣填充材料23。形成引線框架201， 引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，引線框架201 中配置有絕緣填充材料23，即芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203通過絕緣填充材料23固定在一起。經(jīng)選擇性部分蝕刻后形成的分離的引腳203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)線觀連接至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(tái)階式結(jié)構(gòu)22b，臺(tái)階式結(jié)構(gòu)22b具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面22a。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(duì)薄板基材20的側(cè)蝕效應(yīng)，由于掩膜材料層21a是具有光敏特性的濕膜或者干膜等聚合物材料，耐酸性不耐堿性，作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優(yōu)先選擇酸性蝕刻液，如酸性氯化銅蝕刻液、氯化鐵蝕刻液，以減少蝕刻液對(duì)掩膜材料層21a的破壞作用。請(qǐng)參照?qǐng)D51，將薄板基材上表面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下表面20a上的掩膜材料層 21a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21a 移除。請(qǐng)參照?qǐng)D5J，在引線框架201的上表面20a上配置金屬材料層對(duì)，金屬材料層M 具有表面Ma，在引線框架201的下表面20b上配置金屬材料層25，金屬材料層25具有表面25a，金屬材料層24與引腳203的內(nèi)引腳具有相同尺寸大小，金屬材料層25與引腳203 的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層M和金屬材料層25的配置方法可以是化學(xué)鍍、 蒸發(fā)、濺射等方法，并且可以由不同的金屬材料組成，在本實(shí)施例中，優(yōu)先選擇化學(xué)鍍作為金屬材料層M和金屬材料層25的配置方法。金屬材料層M和金屬材料層25的材料可以是鎳(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M和金屬材料層25例如是鎳-鈀-金鍍層，對(duì)于金屬材料層M，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證金屬導(dǎo)線觀在引線框架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(duì)于金屬材料層25，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證焊料在引線框架201的可浸潤(rùn)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(qǐng)參照?qǐng)D5K，通過粘貼材料沈?qū)C芯片27配置于引線框架上表面20a的金屬材料層M位置，且固定于芯片載體202的中央部位，在本實(shí)施例中，粘貼材料沈可以是粘片膠帶、含銀顆粒的環(huán)氧樹脂等材料，配置IC芯片27后，需對(duì)粘貼材料沈進(jìn)行高溫烘烤固化，以增強(qiáng)與IC芯片27、金屬材料層M的結(jié)合強(qiáng)度。請(qǐng)參照?qǐng)D5L，IC芯片27上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線觀連接至多個(gè)配置有金屬材料層M的內(nèi)引腳和配置有金屬材料層M的芯片載體202上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)和接地， 在本實(shí)施例中，金屬導(dǎo)線觀是金線、鋁線、銅線以及鍍鈀銅線等。請(qǐng)參照?qǐng)D5M，采用注塑方法，通過高溫加熱，用低吸水率、低應(yīng)力的環(huán)保型塑封材料四包覆密封IC芯片27、粘貼材料沈、金屬導(dǎo)線觀、引線框架201的部分區(qū)域和金屬材料層M，在本實(shí)施例中，塑封材料四可以是熱固性聚合物等材料，所填充的絕緣填充材料23 具有與塑封材料四相似的物理性質(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23與塑封材料四可以是同一種材料。塑封后進(jìn)行烘烤后固化，塑封材料四和絕緣填充材料23與具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)22b的引線框架201具有相互鎖定功能，可以有效防止引線框架201與塑封材料四和絕緣填充材料23的分層以及引腳 203或芯片載體202的脫落，而且有效阻止?jié)駳庋刂€框架201與塑封材料四和絕緣填充材料23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。配置有金屬材料層25 的芯片載體和外引腳暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面，且具有一定的凸起高度，增加了焊料的浸潤(rùn)面積，以及焊料的厚度，增加了板級(jí)封裝的疲勞壽命，增加了芯片載體和外引腳與焊料的結(jié)合強(qiáng)度，緩解了由熱失配引起的熱應(yīng)變。待后固化后，對(duì)產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。[0093]請(qǐng)參照?qǐng)D5N，切割高密度QFN分離產(chǎn)品陣列，徹底切割分離塑封材料四和絕緣填充材料23形成單個(gè)高密度QFN封裝件200，在本實(shí)施例中，單個(gè)產(chǎn)品分離方法可以是刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法，且僅切割塑封材料四和絕緣填充材料23，不切割引線框架金屬材料，圖5N中僅繪制出切割分離后的2個(gè)高密度QFN封裝件200。對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例的描述是出于有效說(shuō)明和描述本實(shí)用新型的目的，并非用以限定本實(shí)用新型，任何所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型構(gòu)思和范圍的條件下，可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化。故本實(shí)用新型并不限定于所披露的具體實(shí)施例，而是覆蓋權(quán)利要求所定義的本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求1.一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于包括引線框架，沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面，其中引線框架包括芯片載體、多個(gè)引腳芯片載體，配置于引線框架中央部位，橫截面形狀呈矩形狀，芯片載體四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，以及多個(gè)引腳，配置于芯片載體四周，圍繞芯片載體呈多圈排列，沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)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，配置于引線框架的上表面和下表面位置；IC芯片，配置于引線框架上表面位置的金屬材料層上，且配置于芯片載體的中央部位；絕緣填充材料，配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下；粘貼材料，配置于IC芯片與引線框架上表面的金屬材料層中間，固定IC芯片于芯片載體上；金屬導(dǎo)線，IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至多個(gè)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、引線框架的部分區(qū)域和部分金屬材料層，暴露出配置于引線框架下表面的金屬材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述引線框架具有多個(gè)圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳，排列圈數(shù)為單圈、雙圈，三圈或三圈以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多圈引腳排列四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，多圈引腳橫截面形狀為圓形或矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，芯片載體每邊的多圈引腳排列方式為平行排列或交錯(cuò)排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有金屬材料層的芯片載體和外引腳暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面，且具有凸起部分。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝。本高密度四邊扁平無(wú)引腳封裝包括引線框架，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。引線框架包括芯片載體和多個(gè)圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳。金屬材料層配置于引線框架上表面和下表面。IC芯片配置于引線框架上表面的金屬材料層位置。絕緣填充材料配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下。粘貼材料配置于IC芯片與引線框架上表面的金屬材料層中間。IC芯片通過金屬導(dǎo)線分別連接至多圈引腳的內(nèi)引腳和芯片載體上表面。塑封材料包覆密封IC芯片、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、引線框架部分區(qū)域和部分金屬材料層。暴露出封裝件結(jié)構(gòu)底面的芯片載體和外引腳具有凸起部分。本實(shí)用新型突破了低I/O數(shù)量瓶頸，提高封裝可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/31GK202275815SQ201120432480
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)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(guó)峰, 安彤, 朱文輝, 武偉, 秦飛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)