專利名稱：半導(dǎo)體引線框組件和制造半導(dǎo)體元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到半導(dǎo)體元件，更確切地說是涉及到半導(dǎo)體引線框。
半導(dǎo)體元件制造廠家不斷地努力降低半導(dǎo)體元件的制造成本，同時(shí)改進(jìn)元件的電學(xué)和熱學(xué)性能特性。此外，希望半導(dǎo)體元件體積小、重量輕并具有矮的外觀。表面安裝半導(dǎo)體元件就是滿足這些要求的一種重要的元件。這種元件已經(jīng)被開發(fā)來改善電學(xué)和熱學(xué)性能特性以及滿足客戶對尺寸的限制。
通常借助于將半導(dǎo)體芯片安裝到引線框上，來制造表面安裝半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體芯片的管芯鍵合焊點(diǎn)被電耦合到引線框的引線。半導(dǎo)體芯片和部分引線框被封裝材料包封起來。引線框的引線從封裝材料伸出；因此，這種半導(dǎo)體元件被稱為引線半導(dǎo)體元件。
確保這種半導(dǎo)體元件的引線框引線共平面并在后續(xù)工藝步驟中保持共平面，是很復(fù)雜的，而且使制造成本上升。若引線框引線變形，則在安裝過程中可能在引線框引線及焊接點(diǎn)之間的焊料連接處出現(xiàn)斷開失效。為了解決這些問題，某些制造廠家采用諸如模壓載體環(huán)(MCR)封裝件、保護(hù)環(huán)方形扁平封裝件(GQFP)或擋板方形扁平封裝件(BQFP)之類的不同類型的封裝結(jié)構(gòu)。然而，這種封裝件增大了半導(dǎo)體元件的外部尺寸。
因此，若有一種半導(dǎo)體引線框和用這種引線框來制造半導(dǎo)體元件的成本合算的方法，則是很有利的。能夠改善引線框引線的共平面限制的方法更為有利。此外，具有比常規(guī)表面安裝半導(dǎo)體元件更矮的外觀和改善了的電學(xué)和熱學(xué)性能特性的半導(dǎo)體元件，也是有利的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體引線框的等角圖；圖2是部分半導(dǎo)體引線框組件在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造過程中的等角圖3是圖2的半導(dǎo)體引線框組件在下一制造階段中的等角圖；圖4是圖2的半導(dǎo)體引線框組件在下一制造階段中的底部圖；圖5是部分半導(dǎo)體引線框組件在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造過程中的等角圖；圖6是圖5的半導(dǎo)體引線框組件在下一制造階段中的底部圖；圖7是根據(jù)本制造過程而制造的半導(dǎo)體元件的等角圖；圖8是部分半導(dǎo)體引線框組件在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造過程中的等角圖；圖9是圖8的半導(dǎo)體引線框組件在下一制造階段中的底部圖；以及圖10是根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體元件的等角圖。
通常，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體引線框和一種用此半導(dǎo)體引線框制造半導(dǎo)體元件的方法。此半導(dǎo)體引線框包括用作介質(zhì)接收區(qū)并具有各種各樣形狀和尺寸的通道孔。例如，這些通道孔可以是T形、U形、V形、L形、方形、三角形、圓形、矩形等。
此制造半導(dǎo)體元件的方法包括借助于在半導(dǎo)體引線框中制作通道孔而產(chǎn)生標(biāo)志部分和引線部分。半導(dǎo)體芯片被安裝在引線框的標(biāo)志部分上。半導(dǎo)體芯片具有電耦合到引線框引線部分的管芯鍵合焊點(diǎn)。半導(dǎo)體芯片和引線框的部分頂表面被包封材料覆蓋。此外，用包封材料填充引線框的通道孔。其上安裝有半導(dǎo)體芯片的引線框被分成單獨(dú)的可表面安裝的半導(dǎo)體元件。在將引線框分成半導(dǎo)體元件的過程中，形成半導(dǎo)體元件的電互連。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體引線框10A的等角圖。引線框10A包含具有頂表面12A和底表面13A的基片11A。適用于基片11A的材料包括銅、銅合金、鋁、鋁合金或其它能夠提供電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的材料。作為例子，基片11A的厚度范圍約為70-2500微米?；?1A的厚度為900微米最好。
在基片11A中制作多個(gè)通道孔14A。通道孔14A是例如具有細(xì)長部分16A和基本上垂直于細(xì)長部分16A的伸出部分17A的T形。由于此實(shí)施例的通道孔14A具有T形，故稱為T形通道孔。而且，通道孔14A從頂表面12A延伸到底表面13A。制作通道孔14A的方法包括鉆孔、機(jī)械加工、擠壓、沖壓等等。在本實(shí)施例中，T形通道孔14A組成多個(gè)列和多個(gè)行的圖形。列中的T形通道孔14A與相鄰列中的T形通道孔14A相反。換言之，相同的列中的各個(gè)通道孔14A的伸出部分沿一個(gè)方向延伸，而相鄰列中的各個(gè)通道孔14A的伸出部分沿相反的方向延伸。
引線框10A具有標(biāo)志部分18A和借助于在引線框10A中制作通道孔14A而產(chǎn)生的引線部分19A。在圖1中，用虛線表示引線框10A的標(biāo)志部分18A和引線部分19A。
圖2是部分半導(dǎo)體引線框組件20A在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造過程中的等角圖。應(yīng)該理解的是，各個(gè)圖中用相同的參考號表示相同的元件。圖2示出了管芯鍵合和金屬絲鍵合工藝步驟之后的引線框組件20A。
具有管芯鍵合焊點(diǎn)22A的半導(dǎo)體芯片21A被安裝在引線框10A的標(biāo)志部分18A上。用來將半導(dǎo)體芯片21A固定到標(biāo)志部分18A的方法包括焊接、粘合劑鍵合等等。半導(dǎo)體芯片21A的管芯鍵合焊點(diǎn)22A通過鍵合金屬絲31A被電耦合到引線部分19A。金屬絲鍵合方法是本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員眾所周知的。作為變通，可以通過金屬夾具而不是鍵合金屬絲31A將半導(dǎo)體芯片21A耦合到引線部分19A。
圖3是半導(dǎo)體引線框組件20A在下一制造階段中的等角圖。半導(dǎo)體芯片21A(圖2)、鍵合金屬絲31A(圖2)和部分表面12A被包封材料33A覆蓋。此外，用包封材料33A填充通道孔14A(圖2)。包封材料33A最好是諸如陶瓷、塑料、陶瓷填充的聚合物、模壓化合物之類的能夠提供電隔離的介電材料。由于通道孔14A被介電材料亦即包封材料33A填充，故通道孔14A起介質(zhì)接收區(qū)的作用。應(yīng)該指出的是，包封材料33A在半導(dǎo)體芯片21A上以及在頂表面12A上是連續(xù)的，并可能覆蓋整個(gè)頂表面12A。作為例子，借助于將引線框10A置于單側(cè)注模腔上并將包封材料33A注入到單側(cè)注模腔中，以便將半導(dǎo)體芯片22A、鍵合金屬絲31A包封起來并填充通道孔14A，從而將包封材料33A置于引線框10A上。
在制作通道孔14A之后和固定半導(dǎo)體芯片21A之前，包封材料33A也可以置于通道孔14A中，并在管芯鍵合和金屬絲鍵合步驟之后置于鍵合金屬絲31A和芯片21A上。這導(dǎo)致通道孔14A在管芯鍵合和金屬絲鍵合步驟之前被包封材料33A填充。
引線框10A、半導(dǎo)體芯片21A、鍵合金屬絲31A和包封材料33A組成半導(dǎo)體引線框組件20A。
圖4是半導(dǎo)體引線框組件20A的底部圖。圖4所示的是半導(dǎo)體引線框10A以及被包封材料33A填充的T形通道孔14A的底表面13A。半導(dǎo)體引線框組件20A被分成多個(gè)半導(dǎo)體元件。用來將組件20A分成單獨(dú)的半導(dǎo)體元件的方法包括例如切割、鋸開等。
圖4中虛線41A所示的切割路徑示出了組件20A被切割成單個(gè)半導(dǎo)體元件的路徑。作為例子，金剛石切割刀(未示出)沿切割路徑41A將組件20A鋸開成16個(gè)半導(dǎo)體元件。作為變通，可以用激光器(未示出)沿切割路徑41A來切割組件20A。
應(yīng)該理解的是，從引線框組件20A能夠得到的半導(dǎo)體元件的數(shù)目依賴于引線框10A的尺寸，亦即借助于改變引線框10A的尺寸和制作在引線框10A中的通道孔的數(shù)目，能夠減少或增加這一數(shù)目。
圖5是部分半導(dǎo)體引線框組件20B在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造過程中的等角圖。應(yīng)該指出的是，加于圖1-4的參考號后的字母“A”被圖5-6中的字母“B”代替，以便區(qū)分這些圖所示的實(shí)施例的相應(yīng)零件。組件20B包含具有頂表面12B、底表面13B和通道孔14B的引線框10B。
通道孔14B從頂表面12B延伸到底表面13B。通道孔14B為梳狀并具有細(xì)長部分16B和齒部17B。在此實(shí)施例中，通道孔14B的伸出部分，亦即齒部17B，沿彼此相同的方向延伸。引線框10B具有標(biāo)志部分18B和借助于在引線框10B中制作通道孔14B而產(chǎn)生的引線部分19B。圖5中的虛線被用來表示引線框10B的標(biāo)志部分18B和引線部分19B。
組件20B還包括安裝在標(biāo)志部分18B上的半導(dǎo)體芯片21B，其中的半導(dǎo)體芯片21B具有通過鍵合金屬絲31B電耦合到引線部分19B的管芯鍵合焊點(diǎn)22B。
圖6是下一制造階段中的半導(dǎo)體引線框組件20B的底部圖。更確切地說，圖6示出了包封材料33B被置于部分引線框組件20B上以及通道孔14B中之后的組件20B。包封材料33B最好是能夠提供電隔離的介電材料。雖然未示出，但包封材料33B覆蓋了半導(dǎo)體芯片21B和鍵合金屬絲31B，且在引線框10B的頂表面12B上最好是連續(xù)的。
圖6中虛線41B所示的切割路徑示出了組件20B被切割的路徑。與分離組件20A的工藝(圖4)相似，可以用金剛石切割刀(未示出)沿切割路徑41B將組件20B切割成結(jié)構(gòu)相似于圖7所示半導(dǎo)體元件50的半導(dǎo)體元件。雖然圖5和6所示的實(shí)施例示出了用來制造12個(gè)半導(dǎo)體元件的引線框組件，但應(yīng)該理解的是，這不是對本發(fā)明的限制。
圖7是根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體元件50的等角圖。如以下討論的那樣，借助于分離組件20A(圖2-4)或組件20B(圖5和6)，能夠制造半導(dǎo)體元件50。半導(dǎo)體元件50的各個(gè)元件具有與組件20A(圖2-4)和組件20B(圖5和6)的相應(yīng)元件相同的參考號(減去所附的字母)。
半導(dǎo)體元件50包括電互連19和其上安裝有半導(dǎo)體芯片21的熱沉18。半導(dǎo)體芯片21的管芯鍵合焊點(diǎn)22通過鍵合金屬絲31被耦合到電互連19。半導(dǎo)體元件50還包括覆蓋半導(dǎo)體芯片21、鍵合金屬絲31、部分熱沉18和部分電互連19的包封材料33。包封材料33使電互連19與熱沉18彼此電隔離。此外，包封材料33使半導(dǎo)體芯片21與潮氣、機(jī)械應(yīng)力、沾污、導(dǎo)電碎片等隔離。雖然包封材料33通常是不透明的，但清楚地示出了半導(dǎo)體元件50內(nèi)部的各個(gè)元件。
在用組件20A制造半導(dǎo)體元件50的例子中，熱沉18和電互連19分別由標(biāo)志部分18A和引線部分19A形成。熱沉18和電互連19在切割組件10A的工序中被制作。因此，電互連19的底表面51與熱沉18的底表面52共平面。但這不是對本發(fā)明的限制，亦即，底表面51和52不一定要共平面。
在半導(dǎo)體元件50的工作過程中，熱沉18提供熱通路，以便發(fā)散半導(dǎo)體芯片21產(chǎn)生的熱。由于熱沉18由具有熱導(dǎo)和電導(dǎo)性質(zhì)的材料組成，故熱沉18也可以起半導(dǎo)體元件50的電互連的作用。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造過程中的部分半導(dǎo)體引線框組件80的等角圖。組件80包含具有頂表面82、底表面83、L形通道孔84、U形通道孔86和矩形通道孔87的引線框81。引線框81最好由銅材料制成。
通道孔84、86和87從頂表面82延伸到底表面83，并用作介質(zhì)接收區(qū)。矩形通道孔87被圖形化成沿第一方向。U形通道孔86被圖形化成沿垂直于第一方向的方向亦即第二方向。U形通道孔86與L形通道孔84被矩形通道孔87分隔開。制作通道孔84、86和87的方法相似于制作圖1的通道孔14A的方法。
引線框81具有管芯標(biāo)志部分91、引線部分92和借助于在引線框81中制作通道孔84、86和87而產(chǎn)生的引線部分93。圖8中的虛線被用來表示引線框81的標(biāo)志部分92和引線部分93。
組件80還包括安裝在標(biāo)志部分91上的多個(gè)半導(dǎo)體芯片101，其中的半導(dǎo)體芯片101具有管芯鍵合焊點(diǎn)102和103。管芯鍵合焊點(diǎn)102通過鍵合金屬絲106被電耦合到引線部分92，而管芯鍵合焊點(diǎn)103通過鍵合金屬絲107被電耦合到引線部分93。對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員，金屬絲鍵合技術(shù)和管芯鍵合技術(shù)是眾所周知的。
圖9是半導(dǎo)體引線框組件80在下一制造階段中的底部圖。更確切地說，圖9示出了包封材料111已經(jīng)被置于部分引線框81上以及通道孔84、86和87中之后的組件80。包封材料111最好是能夠提供電隔離的介電材料。雖然未示出，但包封材料111最好在頂表面82上是連續(xù)的，并覆蓋半導(dǎo)體芯片101、鍵合金屬絲106和鍵合金屬絲107。
圖9中虛線116所示的切割路徑示出了組件80被切割的路徑。諸如金剛石切割刀或激光器之類的切割工具(未示出)沿切割路徑116將組件80切割成結(jié)構(gòu)相似于圖10所示半導(dǎo)體元件120的8個(gè)半導(dǎo)體元件。雖然此實(shí)施例示出了用來制造8個(gè)半導(dǎo)體元件的引線框組件，但應(yīng)該理解的是，這不是對本發(fā)明的限制。
圖10是根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體元件120的等角圖。應(yīng)該理解的是，各個(gè)圖中使用相同的參考號來表示相同的元件。
半導(dǎo)體元件120是多芯片半導(dǎo)體元件，它包括引線部分92和93以及其上安裝有半導(dǎo)體芯片101的標(biāo)志部分91。半導(dǎo)體芯片101的管芯鍵合焊點(diǎn)102通過鍵合金屬絲106被耦合到引線部分92，而半導(dǎo)體芯片101的管芯鍵合焊點(diǎn)103通過鍵合金屬絲107被耦合到引線部分93。
半導(dǎo)體元件120還包括覆蓋半導(dǎo)體芯片101以及鍵合金屬絲106和107的包封材料111。包封材料111使引線部分92和93與標(biāo)志部分91彼此電隔離。此外，包封材料111使半導(dǎo)體芯片101與潮氣、機(jī)械應(yīng)力、沾污、導(dǎo)電碎片等隔離。雖然包封材料111通常是不透明的，但清楚地示出了半導(dǎo)體元件120內(nèi)部的各個(gè)元件。
在半導(dǎo)體元件120的工作過程中，標(biāo)志部分91和引線部分93一起形成熱沉，使半導(dǎo)體芯片101產(chǎn)生的熱發(fā)散出去。此外，標(biāo)志部分91和引線部分93還一起形成半導(dǎo)體元件120的電互連。而且，引線部分92是半導(dǎo)體元件120的電互連。應(yīng)該指出的是，半導(dǎo)體元件120的電互連和熱沉是在組件80的組合過程中形成的。91、92和93部分的底表面共平面，使半導(dǎo)體元件120成為一個(gè)可表面安裝的半導(dǎo)體元件。應(yīng)該理解的是，雖然91、92和93部分的底表面最好是共平面，但這不是對本發(fā)明的限制。
至此，應(yīng)該說已經(jīng)提供了一種半導(dǎo)體引線框以及用此引線框來制造半導(dǎo)體元件的方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種簡單而成本合算的制造半導(dǎo)體元件的方法?，F(xiàn)有技術(shù)的引線表面安裝半導(dǎo)體元件采用引線彎折操作來形成其電互連。引線彎折操作很復(fù)雜并加長了工序時(shí)間，導(dǎo)致制造成本上升。本發(fā)明的方法有效地形成了電互連而無須引線彎折操作。此電互連是在將引線框組件組合到半導(dǎo)體元件的工序過程中形成的。而且，比之引線框引線從其封裝材料伸出的現(xiàn)有技術(shù)引線表面安裝半導(dǎo)體元件，根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體元件具有低的引線電感和矮的外觀。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體引線框組件(20A)，其特征是基片(11A)，其中該基片(11A)包括T形的介質(zhì)接收區(qū)(14A)；鄰接介質(zhì)接收區(qū)(14A)第一部分的標(biāo)志部分(18A)；以及鄰接介質(zhì)接收區(qū)(14A)第二部分的引線部分(19A)。
2.一種半導(dǎo)體引線框組件(20A)，其特征是具有T形介質(zhì)接收區(qū)(14A)、標(biāo)志部分(18A)和引線部分(19A)的引線框(10A)，其中的引線部分(19A)與標(biāo)志部分(18A)被T形介質(zhì)接收區(qū)(14A)分隔開。
3.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體引線框組件，還包括具有管芯鍵合焊點(diǎn)(22A)的半導(dǎo)體芯片(21A)，其中的半導(dǎo)體芯片(21A)被耦合到引線框(10A)的標(biāo)志部分(18A)。
4.權(quán)利要求3的半導(dǎo)體引線框組件，還包括半導(dǎo)體芯片(21A)上和T形介質(zhì)接收區(qū)(14A)中的包封材料(33A)。
5.一種制造具有電互連(19)的半導(dǎo)體元件(50)的方法，其特征是下列步驟提供基片(11A)；將至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片(21A)耦合到基片；在至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片(21A)上安置包封材料(33A)，其中的包封材料(33A)在基片(11A)上是連續(xù)的；以及將基片(11A)分離成半導(dǎo)體元件(50)，其中的分離步驟還形成半導(dǎo)體元件的電互連(19)。
6.權(quán)利要求5的方法，還包括在基片中制作通道孔(14A)的步驟，其中安置包封材料(33A)的步驟包括將包封材料(33A)安置到通道孔(14A)中。
7.權(quán)利要求5的方法，其中的分離步驟包括將基片(11A)鋸開，以便由部分基片(11A)形成半導(dǎo)體元件的熱沉(18)，其中熱沉(18)的表面與電互連(19)的表面基本上共平面。
8.權(quán)利要求5的方法，還包括下列步驟在基片(81)中制作從基片(81)的第一表面(82)延伸到基片(81)的第二表面(83)的L形通道孔(84)；在基片(81)中制作從基片(81)的第一表面(82)延伸到基片(81)的第二表面(83)的U形通道孔(86)；以及在基片(81)中制作從基片(81)的第一表面(82)延伸到基片(81)的第二表面(83)的矩形通道孔(87)，其中的矩形通道孔(87)位于L形通道孔(84)與U形通道孔(86)之間，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片(101)是多個(gè)半導(dǎo)體芯片。
9.一種制造半導(dǎo)體元件(50)的方法，其特征是下列步驟提供基片(10B)；在基片(10B)中制作梳狀通道孔(14B)；將多個(gè)半導(dǎo)體芯片(21B)安裝在基片(10B)的對應(yīng)標(biāo)志部分(18B)上；以及將基片(10B)分離成半導(dǎo)體元件(50)。
10.權(quán)利要求9的方法，還包括將介電材料(33B)安置在多個(gè)半導(dǎo)體芯片(21B)上以及梳狀通道孔(14B)中的步驟，其中的介電材料(33B)在多個(gè)半導(dǎo)體芯片(21B)上和在基片(10B)的表面(12B)上是連續(xù)的。
全文摘要
半導(dǎo)體引線框組件(20A)包括具有標(biāo)志部分(18A)、引線部分(19A)和通道孔(14A)的引線框(10A)。通道孔(14A)用作介質(zhì)接收區(qū)。組件(20A)還包括安裝在標(biāo)志部分(18A)上的半導(dǎo)體芯片(21A)和覆蓋半導(dǎo)體芯片(21A)并填充通道孔(14A)的介電材料(33A)。表面安裝半導(dǎo)體元件(50)由半導(dǎo)體引線框組件(20A)分離形成表面安裝半導(dǎo)體元件(50)的電互連(18、19)。
文檔編號H01L21/60GK1267088SQ9912280
公開日2000年9月20日 申請日期1999年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者瑪麗歐·菲得里克·塞斯普得斯·貝爾特蘭, 曼紐爾·馬克西米連諾·哈爾羅·萊耶斯, 米格爾·安格兒·羅譜斯·奧薩里歐, 路易斯·莫蘭奴·哈格爾西博, 約瑟·德·吉瑟斯·得西加, 朱安·路比歐·瑟蘭奴, 朱安·艾斯特巴安·馬魁斯·羅得里果, 戴維·帕拉弗克斯·格爾夏 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司