專利名稱：有引線模制組件設(shè)計中的選擇性倒裝芯片及制造方法
對相關(guān)申請的交叉引用本發(fā)明申請是2003年2月11日提出申請的美國專利申請60/446,918號的非臨時專利申請，通過引用全部內(nèi)容包括在此。
背景技術(shù)：
美國專利申請09/464,717號中描述了倒裝芯片引線模塊組件(FLMP)。在傳統(tǒng)FLMP組件中，硅片的背面通過模制材料上的一窗口露出。該小片的背面和電路基底，例如PC板我基本直接的熱和電氣接觸。
當制造FLMP組件時，在小片附著到引線架構(gòu)件上之后，進行模制流程。為使小片的背面在漏壓制或溢料中保持清潔，把組件設(shè)計在模腔和硅芯的背面之間不存在空隙。在制造過程中，通過模制工具采用模制工具定位后，來小片由模制工具接觸。因為小片易碎且組件較薄，所以要考慮小片破裂以及小片和引線架斷接的可能性。
本發(fā)明的實施例解決這些及其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及半導體組件和制造半導體組件的方法。
本發(fā)明的一個實施例涉及一種制造半導體組件的方法，其包括(a)把模制材料壓制在引線架構(gòu)件周圍，該引線架構(gòu)件含有小片連接區(qū)域以及多根引線，其中小片連接區(qū)域通過模制材料上的窗口露出；和(b)在(a)之后，利用倒裝芯片壓制流程將半導體小片安裝在小片連接區(qū)域。
本發(fā)明的另一實施例涉及一種半導體組件，其包括(a)一種含有小片連接區(qū)域和多根引線的引線架構(gòu)件；(b)壓制在引線架構(gòu)件的至少一部分周圍的模制材料，其中模制材料包括一窗口；以及(c)安裝在小片連接區(qū)域上的半導體小片。
本發(fā)明的另一實施例涉及一種電子組合件，其包括半導體組件，其包括(a)引線架構(gòu)件，其包含小片連接區(qū)域和多根引線的，b)壓制在引線架構(gòu)件的至少一部分周圍的模制材料，其中模制材料包括一窗口，以及(c)壓制在小片連接區(qū)域上的包含邊緣的半導體小片，其中該半導體小片在窗口內(nèi)，且其中邊緣和模制材料之間存在縫隙；和電路基底，其中半導體組件安裝在電路基底上。
本發(fā)明的這些及其它實施例將在下面進一步具體描述。
(4)


圖1(a)示出對應(yīng)本發(fā)明的一實施例的半導體組件的上視圖。
圖1(b)示出圖1(a)中的組件的下視圖。
圖1(c)示出圖1(a)和1(b)中的半導體組件安裝在電路基底上的側(cè)面截面圖。
圖1(d)示出只有1小片的組件構(gòu)造。
圖2示出有2小片的組件構(gòu)造。
圖3(a)示出對應(yīng)本發(fā)明的另一實施例的組件的上視圖。
圖3(b)示出圖3(a)中的組件的下視圖。
圖3(c)示出圖3(a)中的組件的帶散熱片構(gòu)件的上視圖。
圖3(d)示出圖3a)和3(b)中的組件的側(cè)面截面圖。
圖4(a)-(f)示出組件形成時的多個示意圖。
圖5示出對應(yīng)本發(fā)明的一實施例的組件的分解圖。
這些及其它實施例將在以下具體實施方式
中進一步詳細描述。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例涉及FLMP組件的制造的可選擇設(shè)計及方法。在發(fā)明的實施例中，在壓制期間由半導體小片所經(jīng)受的機械壓力幾乎消除了。如上所述，在制造組件期間的機械壓力可能導致小片破裂或焊接破裂。本發(fā)明的實施例也消除了在小片的暴露背面上的漏壓制或壓制樹脂污染的可能性。利用本發(fā)明的實施例，可能產(chǎn)生更薄的組件(例如高度小于0.5mm)，這在標準FLMP制造方法中很難做到。在某些實施例中，在組件的上表面上的開口也提供了可供選擇使用的額外熱吸收器，例如散熱片構(gòu)件，以提供更好的散熱。
半導體組件可采用預鍍及/或預形成的銅基的引線架構(gòu)件、一種產(chǎn)生預壓制引線架構(gòu)件的預壓制技術(shù)、一種焊接突起或非焊接突起的半導體小片，以及中間的焊膏。以下解釋了采用這些特征的細節(jié)和益處。
首先，因為銅是電和熱的良導體，因此本發(fā)明的實施例傾向選擇銅引線架構(gòu)件。在某些實施例中，引線架構(gòu)件可先用鎳鈀金等金屬預鍍。預鍍引線架構(gòu)件可減小組件在化學物中的暴露，因為完成的組件在形成后不需要暴露在化學物，比如電鍍化學物中。預鍍引線架構(gòu)件也允許我們使引線架構(gòu)件經(jīng)受高的回流溫度而不熔化。預形成引線架構(gòu)件也消除了由于引線形成過程而將被組件吸收的機械壓力。
第二，在本發(fā)明的實施例中，可采用預壓制技術(shù)來形成預模制引線架構(gòu)件。預模制引線架構(gòu)件是本發(fā)明所需的特征。在該預模制引線架構(gòu)件中，引線架構(gòu)件和模制材料可以固定在一起。預模制的引線架構(gòu)件可提供暴露的引線架表面，用于小片接觸而不需要采用任何薄膜或帶子。有可能保持小片背面對于引線架構(gòu)件中暴露的引線的平面性，這取決于對電路基底(例如PC板)的漏極、柵極、和源極連接的組件配置。預壓制引線架構(gòu)件包括第一窗口，用于接收小片，以及可選擇的第二窗口，用于接收熱吸收器，例如散熱片構(gòu)件(用于進一步散熱)。
第三，小片中突起陣列可用作晶體小片的源極和柵極的電氣終端。其也用作在小片和引線架構(gòu)件之間的機械和熱壓力的吸收器。在傳統(tǒng)FLMP組件中，突起很高，從而為模制材料提供足夠的空間以在硅小片和引線架構(gòu)件之間流動。軟的焊接突起對于標準FLMP組件來說是理想的，用以使壓制期間被小片吸收的壓縮應(yīng)力最小化。相比較而言，在本發(fā)明的實施例中，可以采用任何突起材料和采用較低的突起，因為壓制在小片附著到引線架構(gòu)件之前進行。突起的材料和高度獨立于壓制流程需要考慮的問題。
在本發(fā)明的實施例中，組件可采用厚度小至0.10mm的硅小片。焊膏也用來將小片上的突起(特別是非焊接的突起)連接到引線架構(gòu)件上，以提供電氣和機械連接。在某些實施例中，該突起和焊膏可以是鉛基的或無鉛的焊接材料，其熔化溫度超過260C。突起可包括諸如銅和金的非焊接材料。
本發(fā)明的實施例也提供引線架構(gòu)件的變化，以滿足所需的電氣引腳引出的配置，并允許多個小片在單個組件中。本發(fā)明的實施例還提供開在模制材料上的頂窗，以提供熱吸收選擇。在某些實施例中，也可能采用更薄的引線架構(gòu)件、更薄的模制材料、更薄的小片，以及更低的突起，從而可制造出厚度在0.50mm或更小的組件。
圖1(a)示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的組件100。組件100包括模制材料22，其在組件100上方有2個開口20。開口20被提供，使組件100中的小片更好地散熱?？墒褂萌魏魏线m的模制材料22包括例如，環(huán)氧模制材料。組件100也包括許多引線24，其中包括柵極引線24(g)和多根源極引線24(s)。所示的組件100含有7根源極引線和1根柵極引線。其它組件實施例可含有更多或更少引線。
組件100中的引線24可以是引線架構(gòu)件中的一部分。在此采用的短語“引線架構(gòu)件”代表源自引線架的構(gòu)件。典型的引線架構(gòu)件包括源極引線結(jié)構(gòu)和柵極引線結(jié)構(gòu)。各個源極引線結(jié)構(gòu)和柵極引線結(jié)構(gòu)可有一根或多根引線。
圖1(b)示出組件100的下側(cè)視圖。組件100包括半導體小片30。半導體小片30的背面30(a)可通過模制材料22上的窗口露出。對應(yīng)于小片30的晶體管漏極區(qū)的小片30的背面30(a)可進行金屬噴涂，且遠離引線架構(gòu)件的小片連接區(qū)域。與之相對的小片30的正面可對應(yīng)于或包括源極區(qū)和柵極區(qū)，且靠近引線架構(gòu)件的小片連接區(qū)域。小片背面30(a)提供一電氣端子，并可與模制材料22的底面以及引線24的末端共面。模制材料22上的窗口比小片30的外邊緣(和平面尺寸)稍大。
在模制材料22和小片30外邊緣之間存在一小縫隙11。該小縫隙11也允許小片30熱脹縮，與模制材料22無關(guān)。如圖所示，縫隙11可沿著小片30的整個外圍伸展。連接引線架構(gòu)件和小片30的焊接點之間不存在模制材料。
圖1(c)示出一電氣組合件103的截面圖。圖1(a)和1(b)中示出的組件100安裝在圖1(c)中的電路基底55上。諸如63Sn/37Pb的焊料(未顯示)被用來將小片30的背面和引線24的末端連接到電路基底55上的一個或多個導電區(qū)域。如其中所示的，小縫隙11存在于模制材料22和小片30的外邊緣之間。
圖1(d)示出引線架構(gòu)件36。同樣示出突起34將小片30附著到引線架構(gòu)件36上。引線架構(gòu)件36中存在孔隙38，讓模制材料22流經(jīng)通過，并固定引線架構(gòu)件36。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例的半導體組件中采用的半導體小片含有垂直的功率管。垂直的功率管包括VDMOS晶體管。VDMOS晶體管是具有2個或多個由擴散形成的半導體區(qū)域的MOSFET。它包括源極區(qū)，漏極區(qū)，以及柵極。該器件是垂直的，其源極區(qū)和漏極區(qū)在半導體小片的相對面上。柵極可以是溝道柵極結(jié)構(gòu)或平面柵極結(jié)構(gòu)，且形成在和源極同一表面。較佳的是溝道柵極結(jié)構(gòu)，因為溝道柵極結(jié)構(gòu)比平面柵極結(jié)構(gòu)更窄，占用更少空間。在工作期間，在VDMOS中從源極區(qū)到漏極區(qū)的電流的流動幾乎和小片表面垂直。
圖2示出組件101，在單一模制材料中有2個小片30(a)、30(b)及其對應(yīng)的引線架構(gòu)件36(a)、36(b)。各個引線架構(gòu)件36(a)、36(b)包括一柵極引線和多根源極引線。孔隙38在引線架構(gòu)件36(a)、36(b)的小片連接區(qū)域中。在其它實施例中，每個組件可以有更多引線架構(gòu)件和更多小片。
圖3(a)示出本發(fā)明的另一實施例的上視圖。組件100包括在模制材料22上的頂窗58，其露出引線架構(gòu)件24的上表面24(x)。上表面24(x)可以是和小片附接的表面相對的表面。
圖3(b)示出圖3(a)中示出的組件100的下側(cè)視圖。組件100包括小片30，其在模制材料22的另一個窗口中。如圖所示，小片的背面30(a)通過模制材料22露出。這樣，組件100在組件100在相對面上，有第一和第二窗口。
圖3(c)示出金屬板構(gòu)件52，其連接到引線架構(gòu)件24的上表面24(x)上。如圖所示，金屬板構(gòu)件52具有第一部分，其為平面，且連接到引線架構(gòu)件的上表面24(x)上，還具有一引腳，其向下延伸到組件100的側(cè)面。金屬板構(gòu)件52的該腳可為組件100提供到下面的電路基底(未顯示)的額外電氣及/或熱連接。
圖3(d)示出沒有金屬板構(gòu)件的組件100的截面圖。如圖所示，在小片30的外邊緣和模制材料22之間存在一縫隙15。如圖所示，模制材料22的底面和小片背面30(a)以及引線24(s)的末端共面。同樣，如圖3(d)所示，在連接引線架構(gòu)件和小片30的連接點之間沒有模制材料。
以上描述的實施例可以用任何合適的方式來制造。例如，第一工藝流程選擇可包括以下工藝1.預壓制/打澆口/去毛邊工藝，2.噴水去毛邊工藝，3.焊料分配/倒裝芯片連接工藝，和4.回流工藝。回流工藝后跟的是A.引線剪切/測試/標記工藝，和B.單一化(singulate)/卷帶(tape and reel)工藝。回流工藝可選擇后跟單一化/測試/標記/卷帶工藝。在另一例子中，第二工藝流程選擇如下1.預壓制/打澆口/去毛邊/引線剪切工藝，2.焊接分配/倒裝芯片接觸工藝，和3.回流工藝。回流工藝可進一步后跟A.測試/標記工藝，和B.單一化/卷帶工藝。IR回流工藝可選擇后跟單一化/測試/標記/卷帶工藝。這些單獨的工藝對本領(lǐng)域普通人員來說是了解的。
參照圖4(a)到4(e)，第一步是將模制材料22壓制到引線架構(gòu)件24上。參照圖4(a)，引線架構(gòu)件24通過一空腔來裝入具有空腔的模制工具60內(nèi)，該空腔被設(shè)計來滿足所需的預定組件厚度、形式和引線架暴露程度。模制材料允許液化，進入壓制空腔并在模制工具60中壓制的小片之間凝固。模制之后，形成的模制條(若引線架是一條引線架的許多引線架中的一個)經(jīng)過打澆口/去毛邊工藝而除去在引線或引線架構(gòu)件上多余的模制料。若該模制條需要進一步清理，模制條可經(jīng)過噴水去毛邊工藝。若不需要進一步清理，一種工藝選擇是完全切除延長的引線，而留下連接到引線架構(gòu)件的小片連接焊區(qū)的側(cè)面上的連接條。這一流程可先于半導體小片附著到引線架構(gòu)件上而完成。
圖4(b)示出壓制的引線架構(gòu)件99，其包括模制材料22以及引線架構(gòu)件。如圖所示，用于接收小片的相對較大的窗口98在模制材料22上。窗口98露出引線架構(gòu)件24的小片連接區(qū)域97。
參照圖4(c)，可執(zhí)行焊接分配工藝和倒裝芯片連接工藝。含有諸如95Pb/5Sn的突起34(a)以第一陣列沉積在小片30上。含有諸如88Pb/10Sn/2Ag的焊接材料34(b)以第二陣列沉積在引線架構(gòu)件24的小片連接區(qū)域的暴露面上。突起材料34(a)可具有比焊膏材料34(b)更高的熔化溫度。(用來將完成的組件附接到電路基底的焊料可有比突起和焊膏材料都低的熔化溫度)如圖4(c)所示，有突起的小片30被翻轉(zhuǎn)，突起和焊膏材料陣列34(a)，34(b)被對齊并結(jié)合形成連接點陣列，把引線架構(gòu)件24和小片30相連接。如圖所示，半導體小片30安裝在模制材料22上的窗口內(nèi)，且一小縫隙在小片30和模制材料22上的窗口邊緣之間。小片30的背面不含任何殘留模制材料，因為已經(jīng)進行了模制流程。
如圖4(d)所示，在小片附接到引線架構(gòu)件之后，該組合體進入回流爐以熔化焊膏并將有突起的硅芯粘著到預模制引線架上。本領(lǐng)域熟練人員可選擇合適的回流溫度。
參照圖4(e)和4(f)，可完成電氣測試和進一步處理。第一種方法是在執(zhí)行單一化之前執(zhí)行條測試和標記，接著是卷帶流程。若引線仍未切除，引線切除可在條測試之前完成。第二種方法是先執(zhí)行引線切除和單一化流程，接著在執(zhí)行卷帶流程之前做單元測試和標記。圖4(f)示出卷帶流程中的組件。
圖5示出組件的分解圖。如圖所示，該組件包括連接到引線架構(gòu)件24的模制材料22。有著突起陣列34(a)的半導體小片30用焊膏材料34(b)連接引線架構(gòu)件24。
應(yīng)當指出，本發(fā)明并不局限于以上描述的較佳實施例，且顯而易見的是本領(lǐng)域熟練人員可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實施更改和修正。而且在不違背本發(fā)明的精神和范圍條件下，本發(fā)明的任一或多個實施例可和本發(fā)明的一個或更多就所有情形而言，以上提及的所有美國臨時的或非臨時的專利申請和公開物的全部內(nèi)容通過引用包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導體組件的方法，其特征在于，所述方法包括(a)將模制材料壓制在具有一小片連接區(qū)域和多根引線的引線架構(gòu)件周圍，其中小片連接區(qū)域通過模制材料上的一窗口露出；和(b)在(a)之后，利用倒裝芯片安裝工藝將半導體小片安裝在小片連接區(qū)域上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導體小片包含一垂直的功率MOSFET。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多根引線包括至少一根源極引線和至少一根柵極引線。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，在(b)之后回流在引線架的小片連接區(qū)域和半導體小片之間的焊料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述小片連接區(qū)域包含至少一個孔隙。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓制包括將引線架構(gòu)件放置在模制工具中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在引線架構(gòu)件的小片連接區(qū)域上，以及窗口內(nèi)沉積焊料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多根引線包括源極引線和柵極引線。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將散熱片構(gòu)件附著到引線架構(gòu)件上。
10.一種半導體組件，其特征在于，所述半導體組件包括(a)引線架構(gòu)件，其包含一小片連接區(qū)域和多根引線；(b)模制材料，其壓制在引線架構(gòu)件的至少一部分周圍，其中模制材料含有窗口；和(c)半導體小片，其包括安裝在小片連接區(qū)域中的邊緣，其中半導體小片在窗口內(nèi)，和其中縫隙存在于半導體小片的邊緣和模制材料之間。
11.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，所述引線架構(gòu)件包含銅。
12.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，所述半導體小片包含垂直的功率管，其包括源極區(qū)、柵極區(qū)和漏極區(qū)，其中所述源極區(qū)和所述柵極區(qū)靠近小片連接區(qū)域，所述漏極區(qū)遠離小片連接區(qū)域。
13.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，半導體組件在半導體小片和引線架構(gòu)件之間含有突起和焊接連接點。
14.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，所述窗口有著比半導體小片的橫向尺寸更大的尺寸。
15.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，所述模制材料包括環(huán)氧模制材料。
16.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，所述窗口是第一窗口，且所述模制材料含有第二窗口，第二窗口露出引線架構(gòu)件的一表面，其和小片連接區(qū)域在相對面上。
17.如權(quán)利要求16中的半導體組件，其特征在于，還包括一熱吸收器，其通過第二窗口連接到引線架構(gòu)件上。
18.如權(quán)利要求10所述的半導體組件，其特征在于，還包括連接半導體小片和引線架構(gòu)件的連接陣列，其中所述連接陣列包括焊接的或非焊接的突起材料以及焊膏材料，其含有不同的熔化溫度。
19.一電氣組合件，其包括半導體組件，其包括(a)引線架構(gòu)件，其包括一小片連接區(qū)域和多根引線，(b)壓制在引線架構(gòu)件的至少一部分周圍的模制材料，其中該模制材料包括一窗口，和(c)半導體小片，其包括安裝在小片連接區(qū)域上的邊緣，其中該半導體小片在窗口內(nèi)，且一縫隙存在于該邊緣和模制材料之間；和電路基底，其中半導體組件安裝在該電路基底上。
20.如權(quán)利要求19中的電氣組合件，其特征在于，還包括連接半導體小片的焊料。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一半導體組件。該組件包括引線架構(gòu)件，其包括一小片連接區(qū)域以及多根引線。模制材料壓制在引線架構(gòu)件的至少一部分周圍，并包含一窗口。包含邊緣的半導體小片安裝在小片連接區(qū)域上，并在窗口內(nèi)。該半導體小片邊緣和模制材料之間存在縫隙。
文檔編號H01L23/495GK1748307SQ200480003721
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者R·N·馬納塔德 申請人:費查爾德半導體有限公司