專利名稱：具有內(nèi)置熱沉的半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種封裝的集成電路，更具體地，涉及具有熱沉的封 裝的集成電路。
背景技術：
集成電路(IC)通常以將IC的鍵合焊盤與引線框架的引線接頭 (lead finger)電連接和用塑料模塑成i化合物(plastic mold compound )封裝芯片和引線接頭的一部分的方式來封裝。對大功率的 器件而言，引線框架包括一個支撐芯片的厚芯片載板(die paddle)。 芯片載板用作熱沉(heat sink)以促進散熱。圖1示出了功率電子封裝100的剖面圖。封裝IOO包括一個IC 102，它是一個在工作時產(chǎn)生大量熱量的大功率電路。IC 102被粘接 在一個厚的芯片栽板104上。該厚芯片載板104用作從IC 102吸收熱 量的熱沉。IC102通過引線108與引線接頭106電連接。IC102和芯 片載板104的一部分以及引線接頭106以塑料模塑成型化合物110覆 蓋。芯片載板104和引線接頭106組成引線框架，該引線框架通常由 金屬薄板或金屬條構成。此時，由于芯片載板104和引線接頭106具 有不同的厚度(如芯片載板104為20密耳，而引線接頭106為8密耳)， 因此，引線框架是雙厚度(dual gauge )引線框架。雖然對大功率組件而言，雙厚度引線框架優(yōu)于單厚度引線框架 (芯片載板和引線有相同的厚度的引線框架)，如更易進行單切 (singulation);但也會遇到其他的困難，如模塑成型時樹脂溢出。 因此，優(yōu)選地，用標準尺寸或薄的單厚度引線框架來封裝功率IC。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種用于半導體器件的單厚度引線框架，包 括中央芯片焊盤和包圍芯片焊盤的多個引線接頭。芯片焊盤和引線接頭具有第一厚度，如8密耳，這是半導體封裝的比較常用的厚度尺寸。 具有第二厚度的散熱器粘接于芯片焊盤的第一表面；其中，半導體集成電路粘接在散熱器的第二表面上。另一方面，本發(fā)明還提供了一種包括芯片焊盤和包圍芯片焊盤的 多個引線接頭的半導體器件。芯片焊盤和引線具有第一厚度。具有第 二厚度的散熱器粘接于芯片焊盤的第 一表面。集成電路粘接在散熱器 的第二表面上。多根引線分別將多個引線接頭中的每一個與集成電路 上的相應的鍵合焊盤逐一地電連接。模塑成型化合物包圍著該集成電路、多根引線，以及引線接頭的上表面；其中，芯片焊盤的第二表面 被暴露以便消散IC在工作中產(chǎn)生的熱量。再一方面，本發(fā)明的半平體器件包括諸如控制IC的第二IC,該 IC被設置在位于第一芯片焊盤附近的第二芯片焊盤上，且與一個或多個引線接頭電連接。又一方面，本發(fā)明提供了一種封裝半導體器件的方法，包括如下步驟提供一個引線框架，具有中央芯片焊盤及包圍芯片焊盤、并向內(nèi) 朝芯片焊盤延伸的多個引線接頭；其中，芯片焊盤和引線接頭具有基 本相同的厚度，并由一片金屬薄板形成；將熱沉的第 一表面粘接到芯片焊盤的第 一表面；將半導體集成電路粘接到熱沉的第二表面；用多根引線將該半導體集成電路的鍵合焊盤分別與相應的引線 接頭電連接；以及形成一個覆蓋半導體集成電路、引線、熱沉、和芯片焊盤和引線 接頭的至少一部分的模塑成型化合物；其中，暴露出芯片焊盤的第二 表面。


圖i是現(xiàn)有技術的封裝半導體器件的放大剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的封裝半導體器件的放大剖面圖；圖3是形成圖2的封裝器件的方法的流程圖。
具體實施方式
結合附圖將能更好地理解以下詳述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為了 說明本發(fā)明，在附圖中示出了優(yōu)選實施例。不過，本發(fā)明并不限于這 些示出的明確的構造和手段。以下關于附圖的詳細說明表示本發(fā)明的現(xiàn)有優(yōu)選實施例，但并不 代表可以實現(xiàn)本發(fā)明的唯一形式。相似或相同的功能可以通過包含在 本發(fā)明的主旨和范圍的不同的實施例來實現(xiàn)。正如可以被本領域的技 術人員理解的，本發(fā)明可以應用于不同的封裝和封裝類型。為了便于闡述，放大了附圖中的特定特征，因此，附圖和元件并 不一定按照正確的比例。另外，，本發(fā)明具體地示出了四側(cè)扁平無引腳 型封裝(QFN)。然而，本領域的普通技術人員可以容易地理解本發(fā)明 的細節(jié)，而且可以理解本發(fā)明可以應用于其他的封裝類型。在圖中， 相同的符號表示相同的元件。參照圖2,圖中示出了一個根據(jù)本發(fā)明的半導體器件200的實 施例的放大剖面圖。該半導體器件200包括單厚度類型的引線框架。 該單厚度引線框架至少包括第一芯片焊盤202及包圍第一芯片焊盤 202并向內(nèi)朝著第一芯片焊盤202延伸的多個引線接頭204。在一個實 施例中，引線框架還包括第二芯片焊盤206,它被布置在位于第一芯 片焊盤202附近，而且周圍也圍繞著引線接頭204。引線框架可以由 金屬或金屬合金構成。在一個實施例沖，就像被本領域的技術人員所 公知的那樣，帶有第一和第二芯片焊盤202和206以及引線接頭204 的引線框架由一片金屬如銅，通過切割、沖壓或刻蝕形成。由于笫一 和第二芯片焊盤202、 206和引線接頭206由一片金屬形成，因此，第 一和第二芯片焊盤202、 206以及引線接頭204具有相同的厚度；如圖 2中T，所示。在本發(fā)明的一個實施例中，厚度T,大約為8密耳，是比
較常用的尺寸，因此，引線框架可以以低成本容易地得到。另外具有大約8密耳厚度的引線框架可以容易切割或單切。散熱器208粘接在第一芯片焊盤202的第一表面即上表面。更具 體的，散熱器208的第一表面即下表面被粘夢在第一芯片焊盤202的 第一表面即上表面上。散熱器208由如銅等具有良好熱傳導性的材料 構成，而且可以通過切割、沖壓或刻蝕銅片而形成。如本領域的普通 技術人員所知，第一和第二芯片焊盤202、 206和引線接頭204，以及 散熱器208可以鍍覆金屬或金屬合金，如NiPd。散熱器208與第一芯片焊盤202相比可以更小或更大(長度、寬 度、厚度)。然而，如圖2所示，通常，散熱器208也可以具有與第 一芯片焊盤202相同的長度和寬度。散熱器208具有第二厚度，以T2 表示。第二厚度T2可以比第一厚度1\大或小。例如，在一個實施例 中，第二厚度T2與第一厚度T^基本相等；而在另一個實施例中，如 對于產(chǎn)生大量熱量的功率電路，為了增加熱消散而不增加第一厚度 Tu第二厚度T2比第一厚度T，大(如，T廣8密耳，12 = 12密耳)。 散熱器208可以使用環(huán)氧樹脂或膠帶粘接在《1線焊盤202上。然而， 為了增加熱傳輸，在本發(fā)明的一個實施例中，散熱器208用高溫烀料 210粘接在第一芯片焊盤202上。集成電路芯片212粘接在散熱器208的第二表面即上表面上。集 成電路212可以是本領域技術人員公知的類型，如形成于硅晶片上并 切割自硅晶片的電路；在一個實施例中，集成電路芯片212為大功率 電路。芯片焊盤202和熱沉208被形成為可以容納芯片212的大小和 形狀。典型的芯片大小范圍為4mmx4mm 12 mmxl2mm。芯片212 的厚度為大約6密耳~ 21密耳。芯片212以公知的方式粘接于熱沉208 上；如利用焊接芯片粘接工藝，它在熱沉208和芯片212間形成焊料 層214;使熱量能經(jīng)由焊料210從芯片212消散到芯片焊盤202。在另 一個實施例中，可以用粘接劑材料層或膠帶摔芯片212粘接到熱沉208 上。芯片212包括多個芯片鍵合焊盤216。最好利用引線鍵合工藝，
通過引線218將一個個芯片鍵合焊盤216與相應的一個個引線接頭 204電連接。對于功率電路而言，引線218是較粗的引線，如直徑大 約10密耳，并由如鋁等導電材料構成。通過引線鍵合工藝，如楔形鍵 合工藝，將引線218連接到鍵合焊盤216和引線接頭204上。芯片212也可能包括不位于芯片212周.邊附近的鍵合焊盤216， 這使得難于將這樣的鍵合焊盤與引線接頭連接。因此，利用短的引線 220將一些位于中央的鍵合焊盤連接到周圍的鍵合焊盤，并從周圍的 鍵合焊盤連接到引線接頭。這樣的引線218和220以及引線鍵合工藝 是本領域的技術人員所公知的。如前所述，在一個實施例中，半導體器件200包括第二芯片焊盤 206。在此實施例中，第二半導體集成電路芯片，如控制電路222，被 粘接在第二芯片焊盤206上。如該實施例所示，控制電路222不是大 功率電路，不產(chǎn)生過多的熱量，因此不需要熱沉。因此，利用芯片粘 接劑，如膠帶224，將控制電路222直接粘接到芯片焊盤206上。類 似于芯片212，控制電路222包括芯片鍵合焊盤216。芯片鍵合焊盤 216通過引線225被逐一地電連接到相應的引線接頭204上。在一個 實施例中，功率芯片212還有一個或多個連接到控制電路222的接線 226。在一個實施例中，引線225和接線226由較細的引線構成，如直 徑大約為l到2密耳的金線；并利用球形鍵合工藝來接合。然而，也 可以使用不同材料和直徑的各種不同的已知引線，包括有涂層(絕緣) 和無涂層的引線。半導體器件200還包括一個封裝228，其覆蓋了集成電路芯片212 的上表面、引線218、 220、 225及226、控制芯片222，和引線接頭 204的上表面；并至少將引線接頭204、第一及第二芯片焊盤202和 206的下表面暴露出來。引線接頭204被暴露出來的部分用于將器件 200例如經(jīng)由PCB連接到其他的器件，而被暴露的第一芯片焊盤202 的下表面使熱量能從此處消散。封裝228由璆常用于封裝的電子器件 的塑料構成；并利用模塑成型工藝、以覆蓋引線框架部分202、 204、 206、芯片212和222、引線218、 220、 225和226的方式構成。器件200的典型實施例的總厚度大約為2mm。圖3示出了一種形成具有內(nèi)置熱沉的封裝半導體器件的工藝流程 圖。在步驟300中，提供引線框架。引線框架具有多個包圍芯片焊盤 的、向內(nèi)部延伸的引線接頭。引線接頭可以形成為包圍芯片焊盤的一 行或多行。該引線框架還能夠具有多于一個的芯片焊盤，如圖2所示。 另外，該引線框架是單厚度型的引線框架，即一個或多個芯片焊盤和 引線接頭具有基本相等的厚度。如前所述，引線框架由導電材料構成， 具體地，引線接頭為導電性的、芯片焊盤為導熱性的。在本發(fā)明的一 個實施例中，引線框架厚度為8密耳，并由薄銅片構成。在第二步驟302中，散熱器的下表面即第一表面被粘接于芯片焊 盤引線框架的上表面。在一個實施例中，散熱器的大小和形狀與芯片 焊盤相同；而散熱器的厚度可以與芯片焊盤的厚度不同。例如，如果 芯片焊盤是矩形的，其長度為L、寬度為W;則散熱器也是矩形的， 長度為L、寬度為W。如果引線框架包括第二芯片焊盤，則根據(jù)要被 粘接到第二芯片焊盤(或第二散熱器)上的集成電路，第二芯片焊盤 可以包含或不包含第二散熱器。散熱器由導熱材料構成并通過導熱材 料粘接于芯片焊盤上。在本發(fā)明的一個典型的實施例中，兩個芯片焊 盤之一包括由鍍銅的MPd構成的散熱器，并通過高溫焊料粘接到芯 片焊盤上。在第三步驟304中，集成電路(IC)粘接于散熱器的第二面即上 表面。該集成電路優(yōu)選地為在工作過程中產(chǎn)生熱量并利用散熱器將熱 量從電路轉(zhuǎn)移出去的大功率電路。在一個實施例中，IC用高溫焊料粘 接在散熱器上。在步驟306中， 一個防護帶被粘接在引線框架的下表面上。防護 帶用于防止在隨后的模塑成型操作中，樹脂溢出到引線框架上；其說 明如下。在一個實施例中，將第二IC，如控制IC，粘接在第二芯片焊盤 的第一表面即上表面上；如在步驟308中所舉?？刂艻C例如是如圖2 所示的控制電路222。
在步驟310中，執(zhí)行第一引線鍵合操作。更具體地，執(zhí)行楔形鍵 合操作，將功率IC的鍵合焊盤分別電連接到引線框架的引線接頭(如 圖2中的引線218)上。此外，如果有任何要連接到其他的鍵合焊盤 的鍵合焊盤，如圖2中示出的引線220，那么，該連接也在此時進行。 如本領域的技術人員所知的，楔形鍵合可以利用銅絲或鋁絲進行。在步驟312中，執(zhí)行第二引線鍵合操作。在該第二引線鍵合操作 中，第二即控制IC鍵合焊盤分別與引線框架的引線接頭的每個電連 接。第二引線鍵合操作使用更細的引線進行，'如直徑大約為1-2密耳 的金絲(圖2中的引線225 )。典型地執(zhí)行球形鍵合來連接控制IC鍵 合焊盤和引線接頭。在步驟314中執(zhí)行模塑成型操作。在模塑成型步驟314中，形成 塑料模塑成型化合物覆蓋集成電路、引線、以及芯片焊盤和散熱器的 側(cè)面。引線接頭和芯片焊盤的下表面由于被在步驟306中提供的防護 帶覆蓋，因此沒有被模塑成型化合物所覆蓋。在步驟314中，將防護 帶從引線框架的底部除去，因此引線接頭和芯片焊盤的下表面被暴露 在外。多個封裝基本上是同時形成的，因此，執(zhí)行單切步驟316以使每 個封裝彼此分開。對于一個QFN型的封裝，單切步驟使引線接頭的 外側(cè)表面被暴露在外。 '本發(fā)明的單厚度引線框架的設計使需要用于散熱的散熱器的功 率器件能夠使用廉價的引線框架。另外，使用較薄的引線框架也能夠 適用于精細節(jié)距設計。即，設置薄的或標準的引線接頭為精細節(jié)距和 更好的尺寸控制提供了條件。對于切割型的QFN封裝，銅或金屬引 線框架的數(shù)量和厚度影響切割單切工藝的質(zhì)量。因此，使用較薄的引 線框架使得能夠更容易切割和更長的鋸條壽命。上面已經(jīng)為了具體說明的目的對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描 述，但上面的描述并非排他的，也未將本發(fā)明局限于所公開的這些形 式。本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本發(fā)明的主旨的情 況下，可以對上述的實施例進行各種變更。也可以理解，本發(fā)明并不
限于所公開的具體實施例，而是涵蓋了由所附的權利要求所限定的、 在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。
權利要求
1.一種用于半導體器件的單厚度引線框架，該引線框架包括位于中央的芯片焊盤，具有第一厚度；多個包圍上述芯片焊盤的引線接頭，所述引線接頭具有和所述第一厚度相等的厚度；散熱器，具有第二厚度；其中，所述散熱器的第一表面粘接在所述芯片焊盤的第一表面上；所述半導體集成電路粘接在所述散熱器的第二表面上。
2. 權利要求1中的單厚度引線框架，其中，所述第二厚度大于 所述笫一厚度。
3. 權利要求1中的單厚度引線框架，其中，所述第二厚度大約 為8密耳。
4. 權利要求1中的單厚度引線框架，其中，所述散熱器用焊料 粘接在所述芯片焊盤上。
5. 權利要求1中的單厚度引線框架，其中，所述芯片焊盤、所 述引線接頭、所述散熱器由銅構成。
6. 權利要求1中的單厚度引線框架，其中，所述散熱器鍍覆了 NiPd。
7. 權利要求1中的單厚度引:線框架，其中，所述散熱器和所述 芯片焊盤具有基本相同的尺寸。
8. —種半導體器件，包括 芯片焊盤，具有第一厚度；多個包圍所述芯片焊盤的引線接頭，其中，所述引線接頭具有與 所述笫一厚度相等的厚度；散熱器，具有第二厚度，粘接在所述芯片焊盤的第一表面上；集成電路，粘接在所述散熱器的第二表面上；多個引線，將所述多個引線接頭的每個分別與所述集成電路上相 應的鍵合焊盤電連接；和包圍所述集成電路、所述多個引線，以及包圍所述引線接頭的上 表面的模塑成型化合物，其中，所述芯片焊盤的第二表面被暴露在外。
9. 權利要求8中的半導體器件，其中，所述引線接頭的下表面 被暴露在外。
10. 權利要求8中的半導體器件，其中，所述芯片焊盤、所述引 線接頭和所述熱沉由銅構成。
11. 權利要求10中的半導體器件，其中，所述第二厚度與所述 第一厚度相等。
12. 權利要求11中的半導體器件，其中，所述散熱器鍍覆了 NiPd。
13. 權利要求8中的半導體器件，其中，所述散熱器用焊料粘接 在所述芯片焊盤上，所述集成電路通過焊料粘接在所述散熱器上。
14. 一種半導體器件，包括 第一芯片焊盤，具有第一厚度； 第二芯片焊盤，具有所述第一厚度；多個包圍所述第一和第二芯片焊盤的引線接頭，其中，所述引線 接頭具有與所述第一厚度相等的厚度；散熱器，具有第二厚度，被粘接在所述第一芯片焊盤的第一表面上；第一集成電路，粘接在所述散熱器的第二表面上； 笫二集成電路，粘接在所述第二芯片焊盤的第一表面上； 多根引線，將所述多個引.線接頭的每個分別與相應的所述第一和第二集成電路的鍵合焊盤電連接；包圍所述第一和第二集成電路、所述多根引線，以及所述引線接頭上表面的模塑成型化合物，其中，所述第一和第二芯片焊盤的第二表面被暴露出來。
15. 權利要求14中的半導體器件，其中，所述第一集成電路包 括功率晶體管。
16. 權利要求15中的半導體器件，其中，所述引線接頭的下表 面4皮暴露出來。
17. 權利要求15中的半導體器件，其中，所述第一和第二芯片 焊盤，所述引線接頭和所述熱沉由銅構成。
18. 權利要求17中的半導體器件，其中，所述第二厚度與所述 第一厚度相等。
19. 權利要求17中的半導體器件，其中，所述散熱器鍍覆了 NiPd。
20. 權利要求17中的半導體器件，其中，所述第一集成電路通 過焊料粘接在所述散熱器上；所述散熱器用焊料粘接在所述第一芯片 焊盤上。
全文摘要
一種半導體器件的單厚度引線框架，包括由引線接頭包圍的位于中央的芯片焊盤，和被粘接在芯片焊盤上表面的熱沉。所述芯片焊盤和引線接頭具有相同的厚度。半導體集成電路粘接于散熱器上。在封裝之后，散熱器和引線接頭的下表面被暴露在外。
文檔編號H01L23/34GK101118895SQ20061010909
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權日2006年8月3日
發(fā)明者偉 高 申請人:飛思卡爾半導體公司