軸向半導(dǎo)體封裝的制作方法
【專利說(shuō)明】軸向半導(dǎo)體封裝
[0001]背景
[0002]軸向封裝用于包封各種各樣的裸片或芯片。有許多不同類(lèi)型的軸向封裝可用，其中的多種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。例如，D0-41是常常用于包封大功率二極管諸如在整流器中使用的那些二極管的封裝。通常由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn)化軸向封裝的其它示例包括D0-15、D0201AD 和 P600。
[0003]圖1a和圖1b示出了典型的軸向封裝10的示例。圖1a示出了為了組裝而被對(duì)準(zhǔn)的部件，并且圖1b示出了組裝之后的部件。該封裝10包括裸片或芯片15、焊片20以及引線25，該引線25在一端以引線頭30終結(jié)。如圖所示，該芯片位于引線頭30之間，并且該芯片在經(jīng)受了高溫回流工藝之后被焊片20接合在一起，在高溫回流工藝期間熔化焊料。在將部件接合在一起之后它們經(jīng)受模制工藝以將它們包封在由模制材料形成的圓柱體內(nèi)。
[0004]在圖1a和Ib中示出的軸向封裝設(shè)計(jì)具有許多缺點(diǎn)。例如，如圖1a中所示，這些部件需要小心地裝載并且彼此對(duì)準(zhǔn)。由于該工藝的屬性，所以難以針對(duì)零件堆疊采用自動(dòng)化工藝，并且因此通常采用手動(dòng)工藝。另一缺點(diǎn)是:不同尺寸的芯片需要具有不同尺寸引線頭的引線，具有不同尺寸引線頭的引線繼而需要在其中堆疊且對(duì)準(zhǔn)這些部件的不同尺寸組件。單一尺寸的引線頭不能用于不同尺寸的芯片，因?yàn)橐€頭應(yīng)當(dāng)完全覆蓋芯片以使該芯片免受機(jī)械損傷。然而，引線頭不應(yīng)過(guò)大，因?yàn)檫@將會(huì)導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。出于該相同原因，在其中將這些部件對(duì)準(zhǔn)的單一尺寸組件是不實(shí)用的。因此，每次選擇新的芯片尺寸，所有相關(guān)部件就必須被改變。作為結(jié)果，需要維持大庫(kù)存的引線頭和組件。
[0005]當(dāng)前的軸向封裝設(shè)計(jì)的另一缺點(diǎn)是:可能有拙劣的焊料潤(rùn)濕性，這是因?yàn)橛捎谶@些部件過(guò)于脆弱而不能經(jīng)受助焊劑清理工藝而使得焊料助焊劑工藝不能用于將這些部件接合。不使用助焊劑，可能產(chǎn)生顯著的焊料空洞。為了克服該問(wèn)題，常將子組件暴露于回流或真空爐中的還原性氣氛。然而，需要細(xì)心管理該爐的控制和維護(hù)。而且，焊料回流工藝是在其中存在有許多將會(huì)影響到焊接品質(zhì)的因素的手動(dòng)工藝。這些因素包括溫度分布、氣體環(huán)境以及被同時(shí)放置在該爐中的子組件的數(shù)目。因?yàn)檫@些因素中的每個(gè)均可能會(huì)改變，因此在最終的裝置當(dāng)中可能會(huì)存在批次間的不一致性。
[0006]因此，期望提供克服前述問(wèn)題的一種軸向封裝設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種可軸向安裝裝置。該裝置包括包含下和上電觸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片。將下裸片墊電連接且機(jī)械連接到芯片的下電觸點(diǎn)。將上裸片墊電連接且機(jī)械連接到芯片的上電觸點(diǎn)。第一軸向延伸電引線電連接且機(jī)械連接到上裸片墊并在第一軸向方向上延伸。第二軸向延伸電引線電連接且機(jī)械連接到下裸片墊并在與第一軸向方向相反的第二軸向方向上延伸。封裝材料包封半導(dǎo)體芯片、上和下裸片墊以及第一和第二軸向延伸引線的一部分。第一和第二引線從封裝材料延伸并適于允許該裝置與另一電部件軸向安裝。
[0008]附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0009]圖1a示出了為了組裝而被對(duì)準(zhǔn)的常規(guī)軸向封裝的一個(gè)示例的部件，而圖1b示出了組裝之后的常規(guī)軸向封裝。
[0010]圖2示出了容置電子部件例如半導(dǎo)體裸片或芯片的軸向封裝的一個(gè)示例的橫截面圖。
[0011]圖3是示出了用于生產(chǎn)可軸向安裝裝置的工藝的一個(gè)示例的流程圖。
[0012]圖4是示出了用于生產(chǎn)可軸向安裝裝置的工藝的另一個(gè)示例的流程圖。
[0013]詳細(xì)說(shuō)明
[0014]圖2示出了容置電子部件例如半導(dǎo)體裸片或芯片的軸向封裝的一個(gè)示例的橫截面圖。該芯片或裸片可以是任何類(lèi)型的電極裝置，例如功率二極管、瞬態(tài)電壓抑制器、LED等。如圖所示，將芯片115焊接到第一裸片墊120的表面，以便在第一裸片墊120與在芯片115的下表面上的電極之間建立電接觸。第一裸片墊120在與縱向或軸向軸線平行的平面中延伸，該縱向或軸向軸線貫穿正在被制造的得到的軸向封裝。同樣地，將芯片115焊接到第二裸片墊130的表面，以便在第二裸片墊130與在芯片115的上表面上的電極之間建立電接觸。第二裸片墊130也在與貫穿正在被制造的生成軸向封裝的該縱向或軸向軸線平行的平面中延伸。作為結(jié)果，芯片115也在軸向或縱向方向上延伸。裸片墊和引線可以由任何合適的導(dǎo)電材料例如銅形成。
[0015]將第一電裸片墊120電連接到第一軸向延伸引線125，并將第二電裸片墊130電連接到第二軸向延伸引線135 ο在某些實(shí)施例中，可以采用焊料接頭或激光焊接建立所述電連接。在另一實(shí)施例中，可以將裸片墊及它們相應(yīng)的引線一體地形成為單個(gè)引線框架。將裸片墊120和130以及引線125和135全部取向在軸向方向上。然而，它們彼此偏移，使得裸片墊120和130在不同但平行的平面中延伸至引線125和135在其中延伸的平面。這樣裸片墊120和130彼此充分地接近，使得每一個(gè)均接觸裸片115的相應(yīng)表面。
[0016]完成結(jié)構(gòu)包括外殼140，該外殼140將芯片115以及裸片墊120和130完全包封。第一軸向延伸引線125和第二軸向延伸引線135從裝置外殼140側(cè)向地向外延伸，以允許電連接到外部裝置。在所示實(shí)施例中，引線125和135在公共平面中在相反方向上從裝置延伸，但這絕不是必要的。在一個(gè)實(shí)施方式中，外殼140具有符合標(biāo)準(zhǔn)軸向封裝設(shè)計(jì)的大體圓柱形構(gòu)造。然而，該外殼也可以具有其它形狀。例如，在某些情形中長(zhǎng)方外殼在某些應(yīng)用中可能是有利的。
[0017]在制造期間，通過(guò)首先將焊料層施加到裸片墊120并將芯片115放置在裸片墊120上，而將芯片115典型地焊料結(jié)合到裸片墊120和130。該芯片的未結(jié)合上表面于是能夠設(shè)有焊料層。然后該裸片墊130能夠設(shè)置在芯片115的頂部上，并且在高溫回流工藝中將生成的組件加熱至合適的熔合溫度。這樣，半導(dǎo)體芯片115與裸片墊120之間的結(jié)合以及半導(dǎo)體芯片115與裸片墊130之間的結(jié)合能夠同時(shí)形成。
[0018]在另一實(shí)施方式中，能夠首先形成半導(dǎo)體芯片115與裸片墊120之間的結(jié)合，接著形成半導(dǎo)體芯片115與裸片墊130之間的結(jié)合。在此實(shí)施方式中，在芯片的上表面上使用的焊料能夠具有比在芯片的下表面上使用的焊料低的熔合溫度。這將有助于防止來(lái)自上表面結(jié)合工藝的熱將之前制作的下表面結(jié)合軟化。
[0019]能夠根據(jù)在使用引線框架的裝置的制造中所使用的已知技術(shù)來(lái)執(zhí)行后續(xù)工藝。例如，生成的組件可以設(shè)置在模具中，并且能夠在壓力下將封裝材料例如環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)制進(jìn)入到該模具中。該材料將在芯片和裸片墊周?chē)鲃?dòng)并將芯片和裸片墊完全包封。在樹(shù)脂硬化時(shí)及模具打開(kāi)時(shí)，該裝置將包括固體樹(shù)脂包封140，該固體樹(shù)脂包封140具有從固體樹(shù)脂包封140延伸的軸向引線125和135。
[0020]上述軸向組件設(shè)計(jì)產(chǎn)生許多優(yōu)點(diǎn)。首先，上述軸向組件允許合并零件及裸片庫(kù)存。不再需要在制造圖1所示的裝置時(shí)所涉及的幾乎所有軸向零件和工具。不再需要的物品包括不同尺寸的引線頭和容納不同芯片尺寸的堆疊船形器皿、裸片搖動(dòng)裝載器以及回流爐。唯一需要在庫(kù)存中維持的軸向零件是直徑稍微不同的端子引線。該軸向組件所需要的所有其余部件和裸片共享表面安裝生產(chǎn)線，從而產(chǎn)生潛在的巨大成本節(jié)約。
[0021]另一優(yōu)點(diǎn)是制造工藝能夠容易地自動(dòng)化。因此，以與表面安裝裸片焊接工藝類(lèi)似的自動(dòng)工藝替代用于形成軸向封裝的常規(guī)手動(dòng)裝載和堆疊工藝。此外，還消除了爐回流步驟中所需的手動(dòng)裝載。
[0022]由上述軸向組件設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的又一優(yōu)點(diǎn)是能夠更好的維持一致的品質(zhì)控制。這部分地因?yàn)橛糜诼闫附雍颓謇淼闹竸┑氖褂媚軌蛱峁┹^好的焊料潤(rùn)濕性和較少的焊料空洞。自動(dòng)工藝的屬性也降低了批次間不一致性的可能性。
[0023]此外，用于制造上述軸向組件設(shè)計(jì)的工藝能夠容易地適應(yīng)設(shè)計(jì)變化。例如，當(dāng)芯片尺寸改變時(shí)，不必重新設(shè)計(jì)裸片墊和堆疊船形器皿。已有的表面安裝封裝例如SMA、SMB和SMC，每一個(gè)均適應(yīng)某個(gè)范圍的芯片尺寸。在芯片尺寸的改變需要不同裸片墊以及芯片尺寸從一個(gè)封裝到另一封裝(例如從SMC至SMB)改變的情況下，這種改變?nèi)匀豢梢栽谛碌墓に囍邪l(fā)生。只要子組件匹配并連接至具有適當(dāng)直徑的引線，就可模制該子組件以形成任何軸向封裝。因此，制造工藝相對(duì)于設(shè)計(jì)變化是非常靈活的。
[0024]在某些實(shí)施方式中，軸