專利名稱：半導(dǎo)體器件封裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及制造集成電路(ICs)和半導(dǎo)體器件以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的方法。更特別地，本發(fā)明涉及集成電路(IC)和半導(dǎo)體器件的封裝。更具體地講，本發(fā)明涉及到一個(gè)封裝的集成電路，其具有低的漏/源電阻，更小的引腳，薄的外形，優(yōu)良的封裝電感，優(yōu)良的熱性能和簡單的制造過程。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工技術(shù)將幾百個(gè)單獨(dú)的集成電路芯片(也稱為半導(dǎo)體)建造在一個(gè)晶圓片上。然后對這些單獨(dú)芯片進(jìn)行測試，裝配和封裝以用于不同的用途?？紤]到成本和可靠性，封裝步驟是非常重要的。單獨(dú)的集成電路芯片必須正確連接到引腳(連接到外部電路)并被適當(dāng)封裝，以便應(yīng)用到大的電路或電器系統(tǒng)中。
在封裝之前，從遠(yuǎn)離芯片的晶圓側(cè)將包含許多集成電路芯片的晶圓片打薄。然后晶圓片固定在粘接帶上，切割成單獨(dú)的芯片，典型的是使用晶圓切割機(jī)進(jìn)行切割。然后將芯片進(jìn)行管芯連接安裝在金屬引線架上或在絕緣基板上的金屬區(qū)域。在這個(gè)加工過程中，在芯片的底部和金屬引線架/絕緣基板之間放置一薄的金屬層(比如金，可選擇和鍺金屬或其它元素組合以提高金屬接觸性)。利用加熱(和施加稍許壓力)來形成一合金連接，將芯片和基板緊緊連接在一起。
一旦芯片采用這種技術(shù)安裝好，就被引線連接到引線架上。典型的是通過從集成電路上不同的觸點(diǎn)焊盤到引線架上的引柱間進(jìn)行內(nèi)部連線來完成。在芯片上單獨(dú)對每個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行引線連接所花費(fèi)的時(shí)間可以采用幾種同時(shí)焊接技術(shù)方法來克服掉，比如采用倒裝焊方法。在這個(gè)方法中，器件從晶圓上分離之前，在接觸焊盤上沉積一相對較厚的金屬球，并且在基板上形成一個(gè)相匹配的金屬互連模板。從晶圓上分離之后，每個(gè)芯片倒裝過來，金屬球和基板上的金屬互連模板在基板上正確匹配。然后，超聲波焊接或合金焊接幫助將每一個(gè)焊球連接到基板上的相對應(yīng)的金屬互連板上。
制造集成電路的下一個(gè)步驟是將器件封裝在合適的介質(zhì)內(nèi)，以保護(hù)其不接觸設(shè)計(jì)使用的環(huán)境。在大多數(shù)情況之下，這意味著器件的表面必須隔離潮氣，污染和侵蝕。上述封裝可以是封閉的陶瓷封裝或塑料封裝。對于塑料封裝，芯片是使用樹脂材料進(jìn)行封裝的，典型是采用環(huán)氧樹脂。
圖5和圖6描述了一個(gè)帶有典型塑料封裝的集成電路芯片，塑料封裝有源極201、柵極202和漏極203。芯片/管芯206粘接在引線架上的中心支撐體207上。由蝕刻或壓印的薄金屬(比如鎳鐵或銅合金)制成的引線架，包括外部引腳205以及由引線連接204提供的內(nèi)部互連線，引線連接常規(guī)采用的是精密金線。封裝208通常是采用環(huán)氧樹脂材料注塑成型來完成的，且環(huán)氧樹脂是在同一時(shí)間覆蓋芯片和形成封裝的外部形狀。引線架的外部部分可以做成翅形引腳或J形引腳(如圖6所示)。
如此采用現(xiàn)有技術(shù)制成的器件面臨幾個(gè)問題。比如，這樣的器件具有相對高的漏-源電阻(RDS(on))，較大的引腳尺寸，較大的厚度，較高的封裝電感，熱性能效率低以及通常需要復(fù)雜的制作工藝。
發(fā)明概要本發(fā)明提供集成電路(IC)芯片的封裝系統(tǒng)以及制作此種封裝的方法。本發(fā)明采用焊球倒裝方法用于連接集成芯片到引線架上，僅將芯片的源/柵極側(cè)的引線架預(yù)成型為翅形引腳。boschman注塑成型技術(shù)用于器件的密封過程，留出暴露地帶和管芯底部用于直接連接電路板。因此本封裝集成電路通過焊球?qū)⑿酒脑礃O直接連接到引線架上。而且，芯片的漏極和柵極直接安裝在電路板上，芯片的漏極不需要引腳。
附圖簡要說明以下本發(fā)明的描述可以按照

圖1，圖2A-2C，圖3A-3B，圖4A-4C，以及圖5和圖6來進(jìn)行理解，其中圖1.說明作為本發(fā)明一種情況的一種集成電路芯片；圖2A，圖2B和圖2C.說明作為本發(fā)明一種情況的一種集成電路封裝方法的一部分；圖3A，圖3B.說明作為本發(fā)明一種情況的已封裝好的一種集成電路芯片；圖4A，B，C.說明作為本發(fā)明一種情況的一種已封裝好的集成電路芯片粘接到電路板的方法的一部分；圖5-6.說明常規(guī)的封裝集成電路芯片；圖1，圖2A-2C，圖3A-3B，圖4A-4C，以及圖5和圖6描述了本發(fā)明的特定的情況和本說明書的部分內(nèi)容。和以下的描述一起，這些圖示出和解釋了本發(fā)明的原理。
本發(fā)明詳細(xì)說明為了對本發(fā)明進(jìn)行全面理解，下面的說明提供了具體的細(xì)節(jié)。但是，熟練的技工能夠理解，在不采用這些具體細(xì)節(jié)的情況下，本發(fā)明仍然可以實(shí)施。實(shí)際上，本發(fā)明可以通過修改舉例說明的方法和相應(yīng)的產(chǎn)品來實(shí)施，也能通過和本工業(yè)中常規(guī)的設(shè)備和技術(shù)協(xié)同使用來實(shí)施。事實(shí)上，如下面簡要說明，本發(fā)明能夠適用于電子器件的封裝系統(tǒng)，而不僅局限于集成電路。
本發(fā)明的封裝集成電路芯片具有幾個(gè)特點(diǎn)。第一，通過焊球直接連接集成芯片的源極到引線架上。第二，引腳和集成芯片底部未被完全密封。第三，芯片的漏極和柵極直接連接到電路板上，而芯片的漏極不需要引腳。
本發(fā)明中，可以采用任何制造此種封裝的集成電路芯片的方法。作為本發(fā)明的一種情況，下述方法用于制造此種封裝的集成電路芯片。首先，各式各樣的集成電路芯片在晶圓上制造、切割和測試。然后，單個(gè)的芯片連接到本領(lǐng)域已知的常規(guī)管芯上(組合芯片和管芯在以后指管芯10)。在這個(gè)制造過程中，如圖1所示，制造的集成電路芯片帶有線陣列I/O點(diǎn)11，用于芯片的內(nèi)部電路，以和使用封裝芯片的電子器件的外部電路進(jìn)行通訊。當(dāng)制造集成芯片時(shí)，陣列可以采用本領(lǐng)域已知的任何現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行制造。
制造的芯片包括多個(gè)金屬焊盤20。其典型是由鋁(Al)制成的。焊盤20可以采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)在I/O點(diǎn)11上面形成。這些金屬焊盤20可充當(dāng)測試焊盤，球劑焊盤，或二者兼具。接下來，管芯10采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的倒裝技術(shù)連接到引線架上，包括圖2B和2C所示的方法。如圖2B的詳細(xì)說明，采用覆晶技術(shù)首先在半導(dǎo)體管芯10上的每一個(gè)金屬焊盤20上面形成一個(gè)焊球40。焊球40可由本領(lǐng)域中已知的可軟焊的金屬制成，形成焊球40的加工過程也可通過采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
如圖2B所示，所得的覆晶結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體管芯10上面形成。然后，該覆晶結(jié)構(gòu)用于將半導(dǎo)體管芯10連接到基板，作為本發(fā)明的一種情況，其是引線架30。引線架支撐著管芯，作為I/O內(nèi)部連接系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，而且也提供了一個(gè)熱傳導(dǎo)途徑用于分散管芯產(chǎn)生的大多數(shù)熱量。這種連接過程是將具有焊球40的管芯10排列在引線架30上的適當(dāng)位置，然后，將管芯10和引線架30在加熱工況下將它們壓接在一起，以使焊球40(已經(jīng)連接到管芯10上)連接到引線架30上。
在連接加工之前，引線架30是采用壓印或者掩膜蝕刻技術(shù)制造的。引線架具有內(nèi)部互連的金屬模板，并由以下部分組成位于中間的支撐體，它上面連接有含有芯片10的管芯，以及從那里伸出的引腳35網(wǎng)絡(luò)；金屬帶(圖中未顯示)起到控制桿的作用，位于引腳端之間，引腳最后將位于完成的封裝總成邊緣的外部。在密封過程中，這些控制桿用來防止密封劑滲出模型，流到引腳上，因?yàn)檫@會對后來的引腳修整和成型產(chǎn)生不利影響。附加桿(圖中未顯示)位于引腳尖端中間，用來保護(hù)在處理加工過程中引腳免受機(jī)械損傷。引線架采用本領(lǐng)域廣泛采用的翅形結(jié)構(gòu)。
采用倒裝技術(shù)進(jìn)行處理以后，得到的結(jié)構(gòu)如圖2C所示。接下來，對芯片進(jìn)行密封。密封可以采用任何現(xiàn)有的密封技術(shù)，以獲得如圖3A和3B所示的結(jié)構(gòu)。比如，如此的密封技術(shù)可以包括預(yù)先成型、后成型或boschman注塑成型技術(shù)。如預(yù)先成型過程中，塑料基板首先成型；然后將管芯放置在上面，連接到所需要的I/O配置。最后，將一個(gè)單獨(dú)的塑料蓋子(或頂蓋)連接到基板上。在后成型過程中，將粘接有管芯的引線架放入多孔成型夾具中，然后使用成型化合物一次成型密封。
作為本發(fā)明的一種情況，boschman注塑成型技術(shù)用于密封加工過程中。在這個(gè)過程中，在密封處理之前，薄膜粘接在管芯10的背面(面37)。這個(gè)背面就是管芯10的一面，該面包含漏極和相應(yīng)的引線架中的引腳面。通過在模具底部放置一片薄膜將薄膜連接到管芯。然后將這種結(jié)構(gòu)放入模具，密封材料澆鑄在模具中。碾壓工具放在控制桿或引線架表面的上面將引線架擠壓到薄膜上。模具封閉后，密封劑材料固化形成密封裝置45。注模結(jié)構(gòu)移開后，將薄膜撕掉，就得到如圖3A和圖3B所示的結(jié)構(gòu)。采用這種加工技術(shù)，制造的相關(guān)結(jié)構(gòu)就不會留下任何粘接殘留物。
采用注塑成型方法制造相似器件的操作中，大家都清楚，會產(chǎn)生一定的不利因素。在密封和后續(xù)的去除多余材料的過程中，密封劑不僅包裹管芯和管芯連接，而且伸展到管芯安裝的基板表面。這些多余的密封劑，有時(shí)叫做模型滲出物(也就是不必要的包裹管芯和管芯連接的密封劑)，在后續(xù)加工過程中必須去除掉。
一種去除模型滲出物方法是簡單的機(jī)械剝除方法。當(dāng)多余的密封劑從基板表面剝落開時(shí)，一些粘接在基板表面的密封劑，撕扯或拉裂基板表面。這種對封裝芯片的傷害可能是表面的(如對基板表面的損傷)和/或功能性的(如基板破裂，基板表面的電氣傳導(dǎo)線路的破壞，扯掉基板表面的焊球的掩膜，從而使不希望暴露的區(qū)域暴露，例如，銅，以及和/或使在密封劑和基板表面的密封減弱或破裂)。但是，采用上面所述的注塑成型技術(shù)，模型滲出物及因它此而產(chǎn)生的損傷就可以避免。
密封之后，本發(fā)明所得的封裝器件如圖3A和圖3B所示。封裝的集成電路芯片5包含暴露區(qū)域和管芯底表面22。這些表面用來直接連接(或安裝)集成電路芯片到使用該封裝集成電路芯片5的電子器件或系統(tǒng)的電路板上。
在本發(fā)明中，可以采用任何一種將封裝的IC芯片安裝到電子設(shè)備的電路板的方法，只要其提供封裝好的集成電路的暴露區(qū)域和電路板之間的直接連接通路。比如，采用BGA(球柵格陣列)技術(shù)。BGA使用一個(gè)包括一個(gè)背面的封裝芯片，該背面放置有呈柵格陣列的焊球或焊接糊劑。在安裝過程中，采用焊接方法將封裝芯片通過機(jī)械連接和電氣結(jié)合連接到印制電路板(PCB)上。
圖4A-C的截面示意圖用于描述將封裝芯片連接到電路板上的本發(fā)明的一種方法。如圖4A所示，這種方法用來連接封裝芯片100到電路板110。首先制成封裝芯片100，其背面具有多層連接焊盤101(稱作封裝側(cè)連接焊盤)，連接焊盤101可采用任何本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)制造而成。作為本發(fā)明的一種情況，連接焊盤在封裝芯片100的暴露區(qū)域形成。
然后，制作電路板110，其也具有多層連接焊盤111(以下指板側(cè)連接焊盤)，這些焊盤111也采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)制造。制造時(shí)，每一個(gè)連接焊盤都和封裝側(cè)連接焊盤一一對應(yīng)。
然后，將封裝芯片100安裝在電路板110上。第一步是準(zhǔn)備一層焊接糊劑120(典型是由鉛/錫制成的)，并將之布置在封裝側(cè)連接焊盤101和相應(yīng)的板邊側(cè)連接焊盤111之間。因此，在安裝之前，焊接糊劑可以放置于封裝芯片或電路板上的適當(dāng)位置，雖然，它們通常位于電路板上，比如，電路板的連接焊盤上。然后，通過兩套對應(yīng)的連接焊盤將封裝芯片安裝到電路板上。
接下來，通過加熱焊球120到其熔點(diǎn)以進(jìn)行回流焊。焊球120被加熱熔化并回流到板側(cè)連接焊盤111上。在此過程中，焊球120將封裝側(cè)連接焊盤101和板側(cè)連接焊盤111都潤濕后，封裝100和電路板110就連接上了。
本發(fā)明的封裝芯片相比本領(lǐng)域的現(xiàn)有其他封裝芯片有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明的封裝芯片具有相對低的漏/源電阻。在這種封裝芯片中，源極通過焊球直接連接到引線架上。由于漏極和引線架的引腳直接連接到電路板上而沒有密封劑的干擾，這樣就縮短了電氣阻性通路。
第二，本發(fā)明的封裝芯片具有更小的引腳尺寸和較薄的外形，在這種封裝芯片中，封裝漏極邊的引腳被去除了；而且，柵極和漏極直接連接到引線架上，因此縮短了引腳和管芯側(cè)的距離；更進(jìn)一步講，封裝芯片在成型封裝的底部沒有密封(用于暴露管芯)。
第三，本發(fā)明的封裝芯片具有更好的封裝感應(yīng)系數(shù)，其原因是封裝芯片具有以下特點(diǎn)第一，不再采用金線。第二，柵極和源極引腳直接連接到引線架上。
第四，本發(fā)明的封裝芯片具有更好的熱性能，因?yàn)槁O直接從管芯的后面連接到電路板上，而不進(jìn)行任何密封。因此，芯片工作中產(chǎn)生的熱量很快就傳遞到電路板上了。
最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的封裝芯片制造過程比較簡單，這是因?yàn)槭紫?，倒裝技術(shù)代替了冗長的和耗時(shí)的引線連接技術(shù)；其次，它采用襯墊映射成型，一薄片放置在模具的底部用來消除管芯背面暴露的封裝底邊，從而極少或沒有模型滲出物；最后，集成電路芯片可以采用隨后的切割和/或分塊方法制成所需的封裝尺寸。
基于對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細(xì)節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
要求如下權(quán)利1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體管芯；和連接到半導(dǎo)體管芯上的引線架；其中，管芯和引線架大部分是密封的，除了管芯和引線架底部的部分區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，未被密封的引線架底部的部分區(qū)域?qū)⑦B接到電路板上。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，未被密封的管芯底部的部分區(qū)域?qū)⑦B接到電路板上。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，未被密封的引線架和管芯底部的部分區(qū)域?qū)⑦B接到電路板上。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，管芯是通過焊球連接到引線架上。
6.如權(quán)利要求3所述的器件，其中，連接到電路板上的部分管芯包括半導(dǎo)體器件的漏極。
7.如權(quán)利要求2所述的器件，其中，連接到引線架的部分管芯包括半導(dǎo)體器件的源極和柵極。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，器件的漏極側(cè)不含有引腳。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，器件的源極側(cè)引腳成翅形排列。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括有源極和漏極的半導(dǎo)體管芯；和連接到半導(dǎo)體管芯的引線架，引線架在管芯的漏極側(cè)不含引腳；其中，管芯和引線架大部分是密封的，除了管芯和引線架底部的部分區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，未被密封的引線架和管芯的底部部分區(qū)域?qū)⑦B接到電路板。
12.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，管芯通過焊球連接到引線架。
13.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，連接到電路板的管芯部分包括管芯的漏極。
14.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，將連接到引線架的管芯部分包括管芯的源極。
15.一種包含半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備，器件包括具有源極和漏極的半導(dǎo)體管芯；和引線架連接到半導(dǎo)體管芯，且引線架在管芯的漏極側(cè)不含有引腳；其中，管芯和引線架大部分是密封的，除了管芯和引線架底部的部分區(qū)域。
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供一種半導(dǎo)體管芯；將引線架連接到半導(dǎo)體管芯上；和將管芯和引線架的大部分進(jìn)行密封，除了管芯和引線架的部分區(qū)域。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，而且還包括將未密封的引線架的底部部分區(qū)域連接到電路板上。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，而且還包括將未密封的管芯的底部部分區(qū)域連接到電路板上。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過焊球?qū)⒐苄具B接到引線架。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，管芯連接到電路板上的部分包括半導(dǎo)體器件的漏極。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，管芯連接到引線架上的部分包括半導(dǎo)體器件的源極和柵極。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，器件的漏極側(cè)不含有引腳。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，密封是采用boschman注塑成型技術(shù)實(shí)施的。
24.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供一種含有源極和漏極的半導(dǎo)體管芯；連接引線架到半導(dǎo)體管芯，引線架在管芯漏極側(cè)不含有引腳；和管芯和引線架大部分是密封的，除了管芯和引線架的底部部分區(qū)域。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，而且還包括將未被密封的引線架和管芯的底部部分連接到電路板上。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，包括通過焊球?qū)⒐苄具B接到引線架。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，管芯連接到電路板的部分包含半導(dǎo)體器件的漏極。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，管芯連接到引線架的部分包含半導(dǎo)體器件的源極和柵極。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，密封是采用boschman注塑成型技術(shù)制成的。
30.一種半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括；提供連接到引線架的半導(dǎo)體管芯；和采用boschman注塑成型技術(shù)將管芯和引線架大部分進(jìn)行密封處理，除了管芯和引線架的底部部分區(qū)域。
31.一種半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括；提供具有源極和漏極的半導(dǎo)體管芯，連接到引線架的管芯在管芯漏極側(cè)不含有引腳；和采用Boschman注塑成型技術(shù)將管芯和引線架大部分進(jìn)行密封處理，除了管芯和引線架的底部部分區(qū)域。
32.一種含有封裝半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的制造方法，方法包括提供一種含有管芯和管芯漏極側(cè)不含有引腳的引線架的封裝好的半導(dǎo)體器件，管芯帶有源極和漏極，其中，管芯和引線架大部分是密封的，除了管芯和引線架的底部部分區(qū)域；和使用器件的非密封部分將封裝好的半導(dǎo)體器件連接到電子設(shè)備的一部分上。
全文摘要
一種集成電路(IC)芯片的封裝系統(tǒng)及其制造方法。本方法采用焊球倒裝方法連接集成芯片到引線架上，引線架僅在芯片的源/柵極側(cè)具有預(yù)先制成的翅形引腳。器件的密封過程采用boschman注塑成型技術(shù)，留出暴露地帶和管芯底部用于直接連接電路板。通過焊球?qū)⑺@得的封裝集成電路芯片的源極直接連接到引線架上。而且，芯片的漏極和柵極直接安裝在電路板上，芯片的漏極不需要引腳。
文檔編號H01L21/56GK1653604SQ03810932
公開日2005年8月10日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者張大維, 李和凱 申請人:費(fèi)爾吉爾德半導(dǎo)體公司