本發(fā)明涉及集成電路(IC)封裝。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及HVQFN或具有熱散播器的其它暴露墊無(wú)引線封裝。

背景技術(shù)：

電子元件行業(yè)持續(xù)依靠半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展來(lái)實(shí)現(xiàn)更加緊湊的區(qū)域中的更高級(jí)功能裝置。實(shí)現(xiàn)更高級(jí)功能的裝置的應(yīng)用需要將大量電子裝置集成到單個(gè)硅晶片中。隨著硅晶片的每給定區(qū)域的裝置的數(shù)目的增大，制造過(guò)程變得更加困難。

已經(jīng)制造出具有在眾多學(xué)科中的多種應(yīng)用的半導(dǎo)體裝置的許多變體。此類基于硅的半導(dǎo)體裝置通常包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，例如，p溝道MOS(PMOS)、n溝道MOS(NMOS)和互補(bǔ)MOS(CMOS)晶體管、雙極晶體管、BiCMOS晶體管。此類MOSFET裝置包括在導(dǎo)電柵極與硅類襯底之間的絕緣材料；因此，這些裝置一般而言被稱作IGFET(絕緣柵極FET)。

在晶片襯底上制造電子裝置的過(guò)程中，具體的挑戰(zhàn)是針對(duì)裝置的給定目的封裝這些裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決制造具有較低垂直構(gòu)型的帶增強(qiáng)的熱性能的QFN半導(dǎo)體的挑戰(zhàn)。在電力應(yīng)用中，封裝中的厚熱沉用于在較大接觸區(qū)域上朝向印刷電路板(PCB)耗散熱量。在到PCB上的裝置的SMD(表面貼裝裝置)安裝中，熱沉減小封裝與板之間的平均熱阻，由此減小可能由安裝過(guò)程引起的焊料空隙的影響。

散熱問(wèn)題的一個(gè)所提出的解決方案是使用較厚QFN引線框。然而， 標(biāo)準(zhǔn)QFN生產(chǎn)設(shè)備無(wú)法處理這些較厚的框。另外，較厚QFN框的可用性是一項(xiàng)持續(xù)的挑戰(zhàn)。即使可獲得，厚銅引線框的單切也是困難的并且在維持一致的質(zhì)量方面增加了困難，這會(huì)增大生產(chǎn)成本?？虻挠捕仁沟秒y以維持一致的平度。替代的方案可以使用雙重規(guī)格(即，引線框的部分是一個(gè)厚度，其它部分是第二厚度)。然而，此替代方案是明顯更加昂貴的且并不是實(shí)際的解決方案。

另外，本發(fā)明解決了解除管芯接合狀況與它們對(duì)引線框和/或載體的不利影響的聯(lián)系的長(zhǎng)期的需要。對(duì)于高溫管芯接合，這些影響可以包括引線框表面的氧化，引起模具粘附或線接合的問(wèn)題，或在基于膠帶的載體的情況下的粘合劑分解。

此外，暴露的散熱器下側(cè)提供裝置管芯與印刷電路板(PCB)之間的高完整性電連接，該裝置管芯焊接到該印刷電路板。

在實(shí)例實(shí)施例中，存在用于制備具有增強(qiáng)的散熱的集成電路(IC)裝置的方法。該方法包括提供具有頂側(cè)表面和下側(cè)表面的散熱器陣列，該散熱器陣列具有帶至少兩個(gè)安裝耳片的多個(gè)散熱器部分，多個(gè)散熱器部分在散熱器陣列中通過(guò)至少兩個(gè)安裝耳片固定地保持在一起，這些安裝耳片通過(guò)連接桿耦合到彼此，每個(gè)散熱器部分具有在頂側(cè)表面上的管芯布置區(qū)域。多個(gè)散熱器部分具有第一厚度，并且安裝耳片和連接桿具有第二厚度，第一厚度大約是第二厚度的兩倍。多個(gè)有源裝置管芯是被管芯接合到多個(gè)散熱器部分中的管芯布置區(qū)域上，由此形成多個(gè)裝置管芯/散熱器組裝件。穿過(guò)連接桿的鋸切將多個(gè)裝置管芯/散熱器組裝件單切成個(gè)體散熱器裝置組裝件。

在另一實(shí)例實(shí)施例中，集成電路(IC)具有增強(qiáng)的散熱。IC包括：有源裝置管芯，其具有頂側(cè)表面和下側(cè)表面；可接合管芯附接層，其位于有源裝置管芯的下側(cè)表面上；以及散熱器組裝件，其具有頂部表面和相對(duì)的下側(cè)表面以容納有源裝置管芯，其中有源裝置管芯經(jīng)由可接合管芯附接層接合到散熱器組裝件的頂側(cè)表面，并且其中散熱器組裝件具有至少兩個(gè)安裝耳片，安裝耳片具有第一厚度并且散熱器組裝件具有第二厚度，第一厚度大約是第二厚度的一半。引線框具有頂側(cè)表面和相對(duì)的 下側(cè)表面，引線框具有圍繞有源裝置和散熱器組裝件的墊平臺(tái)，其中導(dǎo)電接合將有源裝置管芯接合墊連接到引線框上的墊平臺(tái)，其中至少兩個(gè)安裝耳片錨定到充當(dāng)錨定墊的對(duì)應(yīng)的墊平臺(tái)上。囊封物封包有源裝置管芯、散熱器組裝件和引線框；引線框的下側(cè)表面和散熱器組裝件的下側(cè)表面是暴露的且共面的。

在實(shí)例實(shí)施例中，存在用于制備具有增強(qiáng)的散熱的集成電路(IC)裝置的方法。該方法包括：提供第一厚度的引線框陣列，其具有多個(gè)管芯布置區(qū)域，每個(gè)管芯布置區(qū)域具有接合墊平臺(tái)，接合墊平臺(tái)在一個(gè)或多個(gè)側(cè)面上位于圍繞管芯布置區(qū)域處，接合墊平臺(tái)具有上表面和相對(duì)的下表面；在每個(gè)管芯布置區(qū)域中放置第二厚度的散熱器組裝件，該散熱器組裝件具有第一厚度的至少兩個(gè)安裝耳片，并且將至少兩個(gè)安裝耳片附接到充當(dāng)錨定墊的對(duì)應(yīng)的接合墊平臺(tái)上。裝置管芯接合在散熱器裝置組裝件上并且裝置管芯接合墊導(dǎo)電接合到對(duì)應(yīng)的接合墊平臺(tái)。線接合的裝置管芯、散熱器組裝件和引線框陣列囊封在模塑料中。

本發(fā)明的上述概述并非意圖表示本發(fā)明的每個(gè)所公開的實(shí)施例或每個(gè)方面。在圖式和隨后的具體實(shí)施方式中提供其它方面和實(shí)例實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖，考慮到本發(fā)明各種實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，可以更徹底地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例組裝過(guò)程的流程圖；

圖2A-2I是根據(jù)本發(fā)明的與裝置管芯組裝在一起的矩陣散熱器框的各種視圖；以及

圖3A-3B是根據(jù)本發(fā)明組裝的暴露的散熱器HVQFN封裝的視圖。

雖然本發(fā)明容許各種修改和替代形式，但已借助于實(shí)例在圖式中示出并將詳細(xì)描述其細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)理解，并非意圖將本發(fā)明限于所描述的具體實(shí)施例。相反，本發(fā)明意圖涵蓋屬于如由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效內(nèi)容及替代方案。

具體實(shí)施方式

隨著便攜式系統(tǒng)的復(fù)雜性的增大，相應(yīng)地需要減小組成系統(tǒng)的個(gè)體組件的尺寸；該系統(tǒng)通常布置在印刷電路襯底上。減小個(gè)體組件的尺寸的一種辦法是通過(guò)減小包括這些裝置的封裝的尺寸的技術(shù)。通常使用的一種封裝是QFN(四方扁平無(wú)引線)封裝以減小附接到系統(tǒng)印刷電路襯底的裝置的垂直構(gòu)型。然而，一些應(yīng)用可能需要QFN裝置處理可能向裝置管芯和封裝施加熱應(yīng)力的足夠的電力。因此，需要散熱器來(lái)耗散任何余熱；然而散熱器不能明顯增加垂直構(gòu)型。需要可以容納具有可接受構(gòu)型的散熱器的裝置管芯的QFN或類似封裝。

已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明能用于增強(qiáng)組裝在HVQFN封裝中的電力FET裝置的散熱特性。這些裝置可以預(yù)期耗散大約100mW到大約5W或更多。

實(shí)例裝置的尺寸可以在從3×3mm到最多20×20mm的范圍內(nèi)。散熱器陣列將是大約70×250mm的HVQFN條帶尺寸(或稍小)，使得它可以容納在200mm的鋸切系統(tǒng)上。

因此，取決于散熱器尺寸，此工具可容納處于50(對(duì)于較大封裝尺寸)到2500(對(duì)于較小封裝尺寸)的范圍內(nèi)的某物。引腳的數(shù)目可介于最少3個(gè)引腳(包括散熱器)到大約100個(gè)引腳的范圍內(nèi)，如在一個(gè)封裝中組合電力裝置和控制器的實(shí)例中。散熱器尺寸將取決于具體裝置的電力處理要求。

在一個(gè)實(shí)例過(guò)程中，晶片向下接地到大約200μm以制備將最終組裝到散熱器上的裝置管芯。為了進(jìn)一步減小垂直構(gòu)型，在另一實(shí)例過(guò)程中，背面研磨厚度可以減小到50μm，在此過(guò)程之后應(yīng)用背側(cè)金屬化。此金屬化處于若干微米的數(shù)量級(jí)?？梢詰?yīng)用一種或更多種金屬化沉積技術(shù)或甚至它們的組合(例如，初始濺鍍層，該初始濺鍍層的厚度通過(guò)鍍覆過(guò)程增大)。金屬化提供管芯背側(cè)上的可焊表面以用于管芯到散熱器的最佳熱(和電)接觸。管芯膠合也是可能的，但是一般而言將具有較低熱接觸。

本發(fā)明避免了將單獨(dú)的散熱器附接到QFN封裝的需要，其中封裝的下側(cè)與PCB直接接觸；PCB提供可以耗散熱量的較大區(qū)域。在制備 裝置的下側(cè)之后，在QFN引線框中組裝之前將裝置管芯附接到散熱器部分提供了用于常規(guī)的QFN配置中的裝置管芯封裝的更好的熱量擴(kuò)散。

參考圖1，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例過(guò)程100中，晶片襯底在其下側(cè)上經(jīng)歷背面研磨到規(guī)定的厚度110。在背面研磨之后，合適的可接合導(dǎo)電表面應(yīng)用于晶片的下側(cè)115?？山雍蠈?dǎo)電表面可以用多種技術(shù)應(yīng)用，這些技術(shù)包括但不限于濺鍍、蒸鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍覆或其組合?？山雍蠈?dǎo)電表面可以包括NiAu、Cu、NiAg或其它合適的合金。在涂覆晶片的晶片下側(cè)之后，將晶片切塊，并且具有可接合下側(cè)的裝置管芯被分離出120。晶片的切塊可以通過(guò)鋸切、劈切、激光消融或其它合適的方法完成。

在另一實(shí)例過(guò)程中，具有可接合下側(cè)表面的裝置管芯可以用單獨(dú)的過(guò)程或通過(guò)第三方預(yù)先制備。制備好的裝置管芯接合到散熱器陣列，如本發(fā)明中所描述。

此可接合表面僅在焊接的情況下需要并且在需要到Si背側(cè)的良好的電接觸時(shí)需要。替代地，對(duì)于管芯膠合，采用金屬化形式的可接合背側(cè)是可接受的，只要使用合適的導(dǎo)熱膠適當(dāng)?shù)卣掣降絊i管芯。

如通過(guò)裝置管芯類型所確定，制備散熱器陣列125。在制備散熱器陣列之后，在散熱器陣列上將裝置管芯接合在管芯附接區(qū)域中130?？梢詫⒕哂锌珊傅讉?cè)的裝置管芯回流焊接到散熱器陣列的管芯附接區(qū)域上125。在本發(fā)明中，散熱器排列在散熱器框(HS)中。HS陣列允許高溫管芯接合的使用。引線框免受工藝溫度的有害影響，這些影響包括可能引起不良模塑料粘附或線接合問(wèn)題的引線框氧化。并且對(duì)于HVQFN在組裝期間通常使用模具膠帶；模具膠帶無(wú)法承受大于180℃的溫度超過(guò)幾分鐘。使用者可利用較高溫度管芯附接技術(shù)，該較高溫度管芯附接技術(shù)可以包括但是未必限制于焊接、共熔、銀(Ag)燒結(jié)、導(dǎo)電粘合等。舉例來(lái)說(shuō)，Ag燒結(jié)在大約200℃到大約300℃下執(zhí)行，Pb焊接在大約350℃下執(zhí)行，共熔在大約400℃下執(zhí)行，并且導(dǎo)電粘合在150℃到250℃下執(zhí)行。

另外，高溫可能無(wú)法與粘合劑載帶的使用兼容；因?yàn)楦邷貢?huì)使條帶 降解。

將附接了裝置管芯的散熱器陣列放置在切塊箔片上并且單切(通過(guò)鋸切)到個(gè)體組裝件中135。針對(duì)裝置管芯/散熱器組裝件的類型，選擇合適的引線框陣列140。舉例來(lái)說(shuō)，八引腳裝置將需要對(duì)應(yīng)于裝置的每個(gè)引腳的至少八個(gè)墊平臺(tái)的引線框，以及用于散熱器附接的接觸區(qū)域。將引線框陣列連同裝置管芯/散熱器組裝件一起放置到載帶上145。將裝置管芯/散熱器組裝件附接到引線框150。引線框上的安裝位置具有膠或其它附接手段以提供到散熱器上的安裝耳片的接合。

將裝置線接合到引線框陣列上的接合墊區(qū)域155。將裝置管芯/散熱器組裝件的陣列和引線框陣列囊封在模塑料中160。

在另一實(shí)例實(shí)施例中，可將管芯/散熱器組裝件只附接到模具條帶(而不連接到引線框接合耳片)。

在線接合和囊封之后，移除載帶。隨后將囊封的裝置的組裝陣列鋸切成個(gè)體組裝裝置，這些個(gè)體組裝裝置的引線框接觸與暴露的散熱器一樣也是暴露的170；這些暴露的接觸區(qū)域?qū)⑹枪裁娴?。散熱器和暴露引線框接觸將經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)刂苽?，使得它們的表面與焊料有足夠親和性。

在另一實(shí)例實(shí)施例中，線接合的使用可能是不適當(dāng)?shù)模绕涫窃谧钚』ミB電感和/或電阻至關(guān)重要的情況下。通常可使用帶式接合。對(duì)于給定應(yīng)用，線接合可具有大約25.4μm的給定直徑(.001英寸)并且?guī)浇雍峡删哂写蠹s25.4μm×76.2μm(.001英寸×.003英寸)的截面。互連電感可能會(huì)引起阻抗失配、振鈴效應(yīng)(ringing)、失真脈沖。對(duì)于高速電路，過(guò)量電感會(huì)引起帶寬減小。由于對(duì)減小的電感的此需要，通?？赡芤?guī)定帶式接合而不是線接合。這一點(diǎn)尤其適用于例如群組延遲等參數(shù)必須在非常寬的帶寬上受到控制的寬帶組件。帶式接合可以是優(yōu)選的，因?yàn)榈湫偷膸浇雍系碾姼惺蔷€接合的二分之一到三分之一。與典型的線接合相比，增大的截面積能降低典型帶式接合的電阻，其繼而降低相關(guān)電路徑中的R_DSon。更詳細(xì)的信息可查閱“快速使用說(shuō)明：帶式接合與線接合的比較(Quick Reference Guide：Ribbon Bond vs.Wire Bond)”，第4頁(yè)(NATEL工程技術(shù)有限公司，美國(guó)加利福尼亞州查特斯沃思)。

裝置管芯/散熱器組裝件可以被配置成例如50mm×150mm或100mm×300mm的條帶?？梢允褂玫墓苄境叽缭诖蠹s1mm×1mm到大約20mm×20mm的范圍內(nèi)。裝置引腳的數(shù)目可以在2個(gè)到50個(gè)或更多個(gè)的范圍內(nèi)。

在實(shí)例實(shí)施例中，如圖2A-2I中所描繪，一系列視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置管芯的組裝件。圖2A-2B示出框中的散熱器陣列200。雖然圖示出了兩行和三列的陣列(對(duì)于總共六個(gè)裝置)，但是用于IC裝置生產(chǎn)中的此類陣列可以是數(shù)千個(gè)裝置位置構(gòu)成的數(shù)百個(gè)行和列。具有安裝耳片230的個(gè)體散熱器210排列在框220中。圖2C-2D示出附接到每個(gè)散熱器位置的裝置管芯235。裝置管芯235可以焊接(例如，軟焊、共熔焊接或銅焊/錫焊等)或通過(guò)導(dǎo)電劑215附接到散熱器陣列位置210。散熱器陣列大致是實(shí)際QFN引線框的厚度的兩倍，并且在連接桿220的下側(cè)表面和安裝耳片230的下側(cè)表面233上半蝕刻。在實(shí)例封裝中，散熱器大約是0.4mm厚且半蝕刻到大約0.2mm。在安裝裝置管芯235之后，將散熱器陣列200安裝到切塊箔片25上。

參考圖2E-2F。散熱器陣列200的半蝕刻區(qū)域經(jīng)過(guò)鋸切以獲得個(gè)體裝置/散熱器組裝件240。

參考圖2FF-2G。實(shí)例引線框組裝件205具有六個(gè)位置的陣列。引線框組裝件205安裝到鋸切/切塊帶55上。連接桿250維持接合墊255之間的幾何關(guān)系，以便限定裝置位置245。接合墊255最終是成品裝置的I/O端。每個(gè)裝置位置245中的四個(gè)錨定墊260(選自接合墊255)是通過(guò)膠或焊膏的點(diǎn)265制備的，以附接裝置/散熱器組裝件240的安裝耳片230的下側(cè)表面233。

參考圖2H-2I。個(gè)體裝置/散熱器組裝件240安裝在每個(gè)裝置位置245中。安裝耳片230安裝到錨定墊260。裝置安裝的放大視圖275示出上面涂敷了膠或焊料265的錨定耳片260。安裝耳片230通過(guò)膠或焊料265錨定到耳片260。裝置管芯210通過(guò)焊料型附接215附接到散熱器210。

個(gè)體裝置/散熱器組裝件240通過(guò)線接合。線接合的裝置囊封在模塑料中。引線框連接桿250在單切過(guò)程中移除。接合墊255、錨定墊260 和散熱器210的下側(cè)表面有利于將裝置安裝到系統(tǒng)印刷電路板上。

參考圖3A-3B。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例中，在引線框陣列300中，散熱器310在所選位置365處可以用鉚接或激光焊接在錨定墊360處。

制造的裝置的數(shù)目可以在數(shù)百到甚至數(shù)千件的范圍內(nèi)。QFN封裝尺寸可在一側(cè)上從幾毫米降至大約0.5mm×1mm的范圍。其它無(wú)引線(基于金屬的)封裝可以包括，但是未必限制于aQFN(高級(jí)四方扁平無(wú)引線)、LLGA(無(wú)引線連接盤柵格陣列)、TLA(熱無(wú)引線陣列)、EFLGA(電鑄型連接盤柵格陣列)和TLEM(transcription lead of electroforming method，電鑄方法的轉(zhuǎn)錄引線)等。本發(fā)明中的實(shí)施例也可以在例如HSOP(散熱板輪廓封裝)、HQFP(熱沉四方扁平封裝)或其它類似封裝類型等暴露墊引線裝置中實(shí)施。

通過(guò)在裝置管芯到散熱器部分上的管芯附接時(shí)，能夠?qū)⑤^高溫度處理應(yīng)用于管芯附接過(guò)程，組裝出功耗性能更高并且可靠性得到改進(jìn)的QFN裝置。管芯附接過(guò)程單獨(dú)發(fā)生并且因此使QFN引線框或載體免受管芯附接過(guò)程的影響。

參考特定說(shuō)明性實(shí)例描述各種示例性實(shí)施例。選擇說(shuō)明性實(shí)例來(lái)輔助本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員形成對(duì)各種實(shí)施例的清晰理解且實(shí)踐所述各種實(shí)施例。然而，可被建構(gòu)成具有所述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和裝置的范圍，以及可根據(jù)所述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施的方法的范圍決不限于已經(jīng)呈現(xiàn)的特定說(shuō)明性實(shí)例。相反，如相關(guān)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員基于此描述將容易認(rèn)識(shí)到，可根據(jù)所述各種實(shí)施例實(shí)施許多其它配置、布置和方法。

在例如頂部、底部、上部、下部等位置名稱用于描述本發(fā)明的程度上，將了解那些名稱是參考對(duì)應(yīng)的圖式給定的，并且如果在制造或操作期間裝置的朝向發(fā)生改變，那么可替代地應(yīng)用其它位置關(guān)系。如上文所描述，出于清楚起見(而非限制)描述那些位置關(guān)系。

已相對(duì)于具體實(shí)施例且參考特定圖式描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，而是實(shí)際上僅由權(quán)利要求書陳述。所描述的圖式僅是示意性的，并 且是非限制性的。在圖式中，出于說(shuō)明性目的，各種元件的大小可被夸示且未按具體比例繪制。希望本發(fā)明涵蓋組件及其操作模式的相關(guān)容差和特性的微不足道的變化。希望涵蓋本發(fā)明的不完全實(shí)踐。

在本發(fā)明的說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語(yǔ)“包括”時(shí)，并不排除其它要素或步驟。在指代單數(shù)名詞時(shí)使用例如“一個(gè)”、“一”或“所述”等不定冠詞或定冠詞的情況下，這包括了該名詞的復(fù)數(shù)，除非另外明確地陳述了其它情況。因此，術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)解釋為限于其后所列的項(xiàng)目；它并不排除其它要素或步驟，且因此“包括項(xiàng)目A和B的裝置”這種表達(dá)的范圍不應(yīng)限于僅由組件A和B組成的裝置。此表達(dá)表示，相對(duì)于本發(fā)明，裝置的唯一相關(guān)組件是A和B。

在不脫離如所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的眾多其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。