具有芯片貼裝焊盤的腔體封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種腔體封裝。該封裝包括金屬引腳框架和襯底，襯底貼裝于中介層并作為引腳框架一部分。襯底通常具有與附著在襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；半導體器件通常貼裝于襯底的裸露的頂部表面上。該腔體封裝還包括模制至引腳框架的塑料部分以形成襯底腔體。該襯底腔體允許連通至襯底的裸露的頂部表面以用于固定半導體器件。該腔體封裝還包括連接元件，用于通過從金屬蓋到中介層的電氣通路使金屬蓋接地。
【專利說明】具有芯片貼裝焊盤的腔體封裝
[0001]相關申請
本申請要求2013年4月11日提交的美國專利申請61/810，813的優(yōu)先權。優(yōu)先權依據(jù)先前提交的申請要求，并且先前提交的申請的全部內容在此通過引用作為本發(fā)明的一個組成部分。

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及集成電路領域，特別涉及一種具有芯片貼裝焊盤的腔體封裝(cavitypackage)。

【背景技術】
[0003]諸如SOIC (小型塑封集成電路)的引腳封裝和諸如QFN (四側無引腳扁平封裝，quad-flat no-leads)以及DFN (雙側無引腳扁平封裝，dual-flat no-leads)的扁平無引腳封裝都用于將集成電路物理地以及電氣地連接至印制電路板。兩種無引腳扁平封裝比較普遍:腔體封裝(例如利用設計在封裝內的填充了空氣或氮氣的空腔)，和塑料模塑(例如在封裝內具有最少的空氣)。腔體封裝一般由三部分組成:銅引腳框架，塑料模制體(開放并且未密封的)，以及蓋(lid)。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供一種具有芯片貼裝焊盤的腔體封裝及其制造方法。
[0005]一種腔體封裝，包括:
金屬引腳框架；
附著于所述引腳框架的襯底，所述襯底具有與附著在所述襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及
模制至引腳框架以形成襯底腔體的塑料部分，包括用于附著半導體器件的襯底的裸露的上表面。
[0006]一種制造腔體封裝的方法，該方法包括:
制作金屬引腳框架；
將襯底貼裝到所述引腳框架上，所述襯底具有與附著于襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及
將塑料模制至引腳框架形成塑料部分，以形成襯底腔體，該襯底腔體包括用來連接半導體器件的襯底的裸露的頂部表面。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
基于匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，用材料(例如氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成的襯底替換塑模體的塑料DAP,這可以緩和附著的半導體器件的溫度誘導的應力(temperature-1nducedstress)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]配合附圖，通過以下詳細的描述，本發(fā)明的特征與優(yōu)勢將更明顯，通過實施例的方式，描述以及附圖也一起示例了本發(fā)明的特征；并且，其中:
圖1A和圖1B為顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術的腔體封裝的結構示意圖。
[0009]圖2A-2E為顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的腔體封裝的結構示意圖。
[0010]圖3為顯示了制造圖2A-2E的腔體封裝的流程中的步驟的流程圖。
[0011]圖4為根據(jù)圖2A-2E和圖3所制造的腔體封裝的平面圖(a plan view)。
[0012]圖5A-5D為顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的腔體封裝的結構示意圖。
[0013]圖6為顯示了制造圖5A-5D的腔體封裝的流程中的步驟的流程圖。
[0014]圖7為根據(jù)圖5A 和圖6制造的腔體封裝的平面圖(a plan view)。
[0015]圖8A -8D為顯示了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的腔體封裝的結構示意圖。
[0016]圖9為顯示了制造圖8A-8D的腔體封裝的流程中的步驟的流程圖。
[0017]圖10為顯示了制造根據(jù)本發(fā)明另一 QFN (四側無引腳扁平封裝)實施例的腔體封裝的流程中的步驟的流程圖。
[0018]圖11A-11C分別為根據(jù)圖10的流程制造的腔體封裝的立體圖、仰視圖和平面圖(aplan view)。
[0019]現(xiàn)在對示例的示范性實施例作出參考性說明，并且此處用特定的語言描述相同的結構。然而應理解為此處并不意指對本發(fā)明范圍的限制。

【具體實施方式】
[0020]在對本發(fā)明進行具體詳細公開和介紹之前，需了解本發(fā)明不受這里公開的特定結構、過程步驟或材料的限制，而是可以擴展為相關領域的普通技術人員所公認的等同結構。應當理解，這里所使用的術語僅僅用來描述特定的實施例而不是限定本發(fā)明。
[0021]根據(jù)一個方面，提供了一種腔體封裝。該腔體封裝包括:
金屬引腳框架；
貼附至所述引腳框架的襯底，所述襯底具有裸露的上表面，所述襯底進一步具有與附著在襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及
模制至引腳框架、形成襯底腔體的塑料部分，該襯底腔體包括用于附著半導體器件的襯底的裸露的上表面。
[0022]金屬框架可以包括中介層(/flterpasar)，并且所述襯底貼附至所述中介層。所述襯底可以包括在其上表面電絕緣的金屬特征(metallic features),用于與半導體器件的引線接合。所述金屬特征(metallic features)可以形成接地層并用于與所述中介層連接。所述金屬特征(metallic features)也可形成一電源層。該腔體封裝進一步包括:
與塑料部分連接的金屬蓋，用來關閉和封裝襯底腔體；以及連接元件，用于通過從金屬蓋至中介層的電氣通路來將金屬蓋接地。
[0023]塑料部分可以包括插槽并且連接元件能夠插入該插槽中。連接元件可以制造在引腳框架上。金屬特征(metallic features)可制作于襯底的裸露的底部表面上,用于焊接到PCB板上以利于散熱。襯底可以由以下材料中的一種制成:氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si )，砷化鎵(GaAs )。
[0024]根據(jù)另一方面，提供一種制造腔體封裝的方法。該方法包括:
制作金屬引腳框架；
將襯底貼附到引腳框架上，襯底具有與附著于襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及
將塑料模制至引腳框架以形成塑料部分，形成襯底腔體，該襯底腔體包括用于附著半導體器件的襯底的裸露的上表面。
[0025]模制過程可以在將襯底貼附到引腳框架上之前進行。模制過程進一步包括: 將塑料部分模制到貼附襯底的引腳框架上，以形成襯底腔體。
[0026]所述方法進一步包括:
將膠帶疊加到引腳框架的底部表面上；以及
貼附襯底到引腳框架上可包括將襯底放置到引腳框架中心的膠帶上。
[0027]所述方法進一步包括:
模制后，去除膠帶。
[0028]制作過程進一步包括:制作一個中介層作為引腳框架的一部分，并且貼附過程進一步包括將襯底貼附到中介層上。
[0029]所述方法進一步包括:
在襯底的上表面制作電氣絕緣金屬特征，用于與半導體器件引線接合以固定至襯底上，金屬特征形成接地層并用于與中介層的連接。
[0030]所述方法進一步包括:
形成連接元件；
將金屬蓋連接到塑料部分，以關閉和封裝襯底腔體；以及
通過在連接元件與金屬蓋之間形成接觸在金屬蓋和中介層間形成電氣通路。
[0031]連接元件的形成進一步包括:
形成連接元件，使其作為引腳框架的一部分。
[0032]連接元件的形成進一步包括:
在塑料部分內形成插槽；以及
將導體材料插入該插槽內。
[0033]參照圖1A和圖1B，示出了現(xiàn)有技術SOIC(小型塑封集成電路)腔體封裝的結構，首先制作金屬(如:銅)引腳框架100 (圖1A)，隨后應用塑性塑模110形成模制前的腔體引腳框架(圖1B)，半導體芯片直接附著在塑料芯片貼裝焊盤(DPA)上，芯片附著焊盤為塑模體中心的一部分，隨后，引線結合以及用于封裝導線和芯片的蓋(圖中未顯示)。腔體封裝接著可以放置于印制電路板的母板上。
[0034]發(fā)明人認識到，為了匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，用材料(例如氧化鋁(Al203)，氮化鋁(AlN)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成的襯底可以用于替換塑模體的塑料DAP。這可以緩和附著的半導體器件的溫度誘導的應力(temperature-1nduced stress)。
[0035]襯底也可以制造成在襯底頂部具有用于電源和接地焊接的電氣絕緣金屬特征，該額外的金屬特征也可以制造在襯底的底部用于與印制電路母板間更好的熱界面，并期望在襯底和金屬蓋之間提供穿通腔體封裝的電氣通路。
[0036]轉到圖2A-2E和圖3，闡述了根據(jù)本發(fā)明實施例的腔體封裝的結構。如圖2A所示，在步驟300中，金屬(如:銅)引腳框架200制造成具有至少一個中介層210。作為變形，中介層可以具有如該實施例的形狀，或環(huán)形形狀。
[0037]金屬引腳框架200既可以采用可引線結合的表面處理(wire bondable finish)(例如:銀(Ag)，鎳/鈀/金等)進行預電鍍，也可以在塑料腔體塑模后進行后電鍍(以下參照330描述)。
[0038]在步驟310中，中介層210朝下放置(圖2B)，在步驟320中，一個尺寸合適的襯底220置于引腳框架200內，并且將金屬特征利用例如環(huán)氧、焊接、鍛接等方式附著在中介層210上(圖2C)。
[0039]為了匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，襯底由材料(例如氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成，以便于緩和附著的半導體器件的溫度誘導(temperature-1nduced)的應力。一旦半導體器件已經(jīng)附著并且工作，襯底220也提供熱擴散表面來消散半導體器件所產生的熱量。
[0040]襯底可以制造成在襯底頂部具有用于連接中介層210以及用于引線結合至芯片的金屬特征。金屬特征可以形成接地層，或電源層，或兩者。金屬特征也可以選擇性地制造在底部表面，以利于焊接到PCB母板上(圖中未展示)。
[0041]中介層210提供與襯底220之間的貼合面(a bonding surface)以及f禹合界面。
[0042]步驟330中，與襯底貼附的引腳框架模制成預成型的腔體引腳框架230，這種引腳框架的特點是內部引腳框架引腳235的頂部側邊與中介層210頂部側邊裸露以用于引線結合，襯底220的頂部側邊裸露以用于芯片貼附和引線結合，并且襯底220 (未視出)的底部側邊裸露以用于連接到PCB母板上。
[0043]預成型的腔體引腳框架230包括插槽240 (圖2D)，導電元件250插入到240 (圖2D)中，以提供連接中介層210和金屬蓋(圖中未顯示)的電氣通路，以關閉和封裝襯底腔體。電氣通路可以用來接地。在變形中，在每個中介層210可以有多于一個腔體引腳框架230和導體元件250。
[0044]根據(jù)圖2A-2E和圖3的實施例，圖4為具有預貼附(pre-attached)的襯底的腔體塑模引腳框架230的平面圖。
[0045]轉向圖5A-?和圖6所示，闡述了根據(jù)本發(fā)明的另一的實施例的腔體封裝的結構。在步驟600，金屬(例如:銅)引腳框架500至少由一個中介層510和連接元件515制造成，如圖5A所示。在此實施例中，連接元件515替換了圖2A-2E，3和4中所表示的實施例的連接元件250。作為變形，中介層510可以具有多于一個的連接元件515.金屬引腳框架500既可以采用可引線結合的表面處理(wire bondable finish)(例如:銀(Ag)，鎳/鈀/金等)進行預電鍍，也可以在塑料腔體塑模后進行后電鍍(以下參照640描述)。
[0046]在步驟610中，中介層510朝下放置，并且在步驟620中連接元件515朝上放置(圖5B)。
[0047]在步驟630中，尺寸合適的襯底520置于引腳框架500內，并且將金屬特征采用例如環(huán)氧、焊接、鍛接等方式附著在中介層510上(圖5C)。
[0048]為了匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，襯底由材料(例如氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成，以便于緩和附著的半導體器件的溫度誘導(temperature-1nduced)的應力。一旦半導體器件已經(jīng)附著并且工作，襯底520也提供熱擴散表面來消散半導體器件所產生的熱量。
[0049]襯底520可以制造成在襯底頂部具有用于連接中介層510以及用于引線結合至芯片的金屬特征。當在內部引腳框架連接至合適的引腳時，金屬特征例如可以允許接地層或電源層的形成，當在內部引腳框架連接至合適的引腳時，允許兩者的形成。金屬特征也可以選擇性地制造在底部表面，以利于焊接到PCB母板上(圖中未展示)。
[0050]中介層510提供與襯底520之間的貼合面以及耦合界面。
[0051]步驟640中，與襯底連接的引腳框架模制成預成型的腔體引腳框架530，其特點是內部引腳框架引腳535的頂部側邊與中介層510頂部側邊裸露以用于引線結合，襯底520的頂部側邊裸露以用于芯片附著和引線結合，并且襯底520 (未視出)的底部側邊裸露以用于連接到PCB母板上。
[0052]如圖和圖7所示，連接元件515沿引腳框架530擴展，并且在540處裸露以提供一個電氣通路連接中介層510和金屬蓋(圖中未展示)來以關閉和封裝襯底腔體。電氣通路可以用來接地。
[0053]根據(jù)圖5A-?和圖6的實施例，圖7為具有預貼附的襯底的腔體塑模引腳框架530的平面圖。
[0054]轉向圖8A-8D以及圖9，闡述了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的腔體封裝的結構。在步驟900中，金屬(例如:銅)引腳框架800至少由一個中介層810和連接元件815制造成，如圖8A所示。在此實施例中，連接元件815以圖5A-?和圖6中闡述的實施例中的515相同的方式作用。在變形中，每個中介層810可以有多于一個連接元件815。
[0055]金屬引腳框架800既可以采用可引線結合的表面處理(wire bondable finish)(例如:銀(Ag)，鎳/鈀/金等)進行預電鍍，也可以在塑料腔體塑模后進行后電鍍(以下參照930描述)。
[0056]步驟910中，中介層810朝下放置，并且在步驟920中連接元件815朝上放置(圖8B)。
[0057]步驟930中，引腳框架800模制成為預成型的腔體引腳框架830，其特點為內部引腳框架引腳835的頂部側邊和中介層810的頂部側邊裸露以用于引線接合。
[0058]如圖8D所示，連接元件815沿引腳框架830延長，并在840處裸露以提供連接中介層810和金屬蓋(圖中未展示)的電氣通路。電氣通路可以用來接地。在變形中，每個中介層810可以有多于一個連接元件815。
[0059]步驟940中，尺寸合適的襯底820置于引腳框架830內，并且將金屬特征利用例如環(huán)氧、焊接、鍛接等方式(圖8D)附著在中介層810上。
[0060]為了匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，襯底由材料(例如氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成，以便于緩和附著的半導體器件的溫度誘導(temperature-1nduced)的應力。一旦半導體器件已經(jīng)附著并且工作，襯底820也提供熱擴散表面來消散半導體器件所產生的熱量。
[0061]襯底820可以制造成在襯底頂部具有用于連接中介層810以及用于引線結合至芯片的金屬特征。當在內部引腳框架連接至合適的引腳時，金屬特征例如可以形成接地層或電源層，當在內部引腳框架連接至合適的引線時，可以形成上述兩者。金屬特征也可以選擇性地制造在底部表面，以利于焊接到PCB母板上(圖中未展示)。
[0062]中介層810提供與襯底820之間的貼合面以及耦合界面。
[0063]圖10為示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明另一 QFN (四側無引腳扁平封裝)實施例的腔體封裝的流程的步驟流程圖。圖11A-11C分別為根據(jù)圖10的流程制造的腔體封裝的立體圖、仰視圖和平面圖。
[0064]步驟1000中，制造了 QFN金屬(如:銅)引腳框架1100 (沒有芯片貼裝焊盤)。步驟1010中，膠帶被疊加到引腳框架1100的底部表面上，并且步驟1020中，襯底1120置于引腳框架單元的中心的膠帶上(例如:使用拾取與放置(pick-and-place)設備以形成芯片貼裝焊盤)。
[0065]膠帶的黏合劑在上部側邊裸露(帶有中心孔洞的引腳框架)。附著一襯底。將連接陶瓷襯底和引腳框架的疊層引腳框架(laminated leadframe)塑模。去除膠帶。陶瓷被塑?；衔锕潭?。
[0066]為了匹配附著至襯底的頂部的半導體器件(芯片)的熱膨脹系數(shù)的目的，襯底由材料(例如氧化鋁(A1203)，氮化鋁(A1N)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs)等)制成，以便于緩和附著的半導體器件的溫度誘導(temperature-1nduced)的應力。一旦半導體器件已經(jīng)附著并且工作，襯底1120也提供熱擴散表面來消散半導體器件所產生的熱量。
[0067]襯底1120可以制造成在襯底頂部具有用于引線結合至芯片的金屬特征。金屬特征可以允許接地層，或電源層或兩者的形成。金屬特征也可以選擇性地制造在底部表面，以利于焊接到PCB母板上(圖中未展示)。
[0068]接著，步驟1030中，將已貼裝的金屬引腳框架1100和已貼裝的襯底1120塑模以成為預模制的QFN腔體封裝1130，并將襯底1120作為芯片貼裝焊盤。塑料部分被塑模至引腳框架以形成襯底腔體。當腔體封裝1130同時支撐引腳框架1100和襯底1120時，就可以去掉膠帶。
[0069]在變形中，可以包括一個或更多用于連接襯底1120的金屬特征與金屬蓋的連接元件以用于金屬蓋接地。連接元件可以與引腳框架1100 —起形成，或者作為單獨的元件形成在腔體封裝1130中。
[0070]上述實施例說明本發(fā)明一個或多個應用種類的方法，顯然地，本領域一般技術人員根據(jù)本發(fā)明的方法和思想可想到的諸多修改形式、用途和細節(jié)實現(xiàn)均不脫離本發(fā)明的實體，也不脫離本發(fā)明的方法和思想。因此，本發(fā)明的范圍不受上述特定描述的限定，而是以下述所附權利要求的限定為準。
【權利要求】
1.一種腔體封裝，包括: 金屬引腳框架； 附著于所述引腳框架的襯底，所述襯底具有與附著在所述襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及 模制至引腳框架以形成襯底腔體的塑料部分，包括用于附著半導體器件的襯底的裸露的上表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的腔體封裝，其特征在于:所述金屬引腳框架包括中介層，所述襯底貼裝于所述中介層。
3.根據(jù)權利要求2所述的腔體封裝，其特征在于:所述襯底包括位于其上部表面的電絕緣的金屬特征，用于與半導體器件的引線結合。
4.根據(jù)權利要求3所述的腔體封裝，其特征在于:所述金屬特征能夠形成接地層，用于與所述中介層連接。
5.根據(jù)權利要求3所述的腔體封裝，其特征在于:所述金屬特征可以形成電源層。
6.根據(jù)權利要求4所述的腔體封裝，其特征在于:進一步包括: 貼裝在所述塑料部分的金屬蓋，用于關閉和封裝所述襯底腔體；以及 連接元件，用于通過從所述金屬蓋到所述中介層的電氣通路將所述金屬蓋接地。
7.根據(jù)權利要求6所述的腔體封裝，其特征在于:所述塑料部分包括插槽，所述連接元件插入至所述插槽中。
8.根據(jù)權利要求6所述的腔體封裝，其特征在于:所述連接元件制造于所述引腳框架上。
9.根據(jù)權利要求1所述的腔體封裝，其特征在于:所述金屬特征制作于所述襯底的裸露的底部表面上，用于焊接至PCB板上以利于散熱。
10.根據(jù)權利要求1所述的腔體封裝，其特征在于:所述襯底由以下材料之一制成:氧化鋁(Al203 )，氮化鋁(AlN)，陶瓷，硅樹脂(Si)，砷化鎵(GaAs )。
11.一種制造腔體封裝的方法，其特征在于，該方法包括: 制作金屬引腳框架； 將襯底貼裝到所述引腳框架上，所述襯底具有與附著于襯底上的半導體器件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)；以及 將塑料模制至引腳框架形成塑料部分，以形成襯底腔體，該襯底腔體包括用來連接半導體器件的襯底的裸露的頂部表面。
12.根據(jù)權利要求11所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于:所述模制過程在將襯底連接到引腳框架之前進行。
13.根據(jù)權利要求11所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于，所述模制過程進一步包括:將塑料部分模制到連接襯底的引腳框架上，以形成襯底腔體。
14.根據(jù)權利要求11所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于，進一步包括: 將膠帶疊加到引腳框架的底部表面上；以及 其中，連接襯底到引腳框架上包括放置襯底到引腳框架中心的膠帶上。
15.根據(jù)權利要求14所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于，進一步包括: 模制后，去除膠帶。
16.根據(jù)權利要求11所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于:制作過程進一步包括制作中介層，將其作為所述引腳框架的一部分，并且其中，貼裝過程進一步包括將襯底連接到中介層上。
17.根據(jù)權利要求16所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于，進一步包括: 在襯底的頂部表面制作制作電氣絕緣金屬特征，用于與半導體器件引線接合以固定至襯底上，金屬特征形成接地層并用于與中介層的連接。
18.根據(jù)權利要求17所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于，進一步包括: 形成連接元件； 連接金屬蓋到塑料部分，以關閉和封裝襯底腔體；以及 通過在連接元件與金屬蓋之間形成接觸在金屬蓋和中介層間形成電氣通路。
19.根據(jù)權利要求18所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于:形成所述連接元件的過程進一步包括: 形成連接元件，用來作為引腳框架的一部分。
20.根據(jù)權利要求18所述的制造腔體封裝的方法，其特征在于:形成所述連接元件的過程進一步包括: 在所述塑料部分內形成插槽；以及 將導電材料插入所述插槽內。
【文檔編號】H01L23/495GK104299948SQ201410145748
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2013年4月11日
【發(fā)明者】樊俊豪 申請人:優(yōu)博創(chuàng)新科技有限公司