一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝及製造方法
2023-08-22 08:28:31
專利名稱：一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝及製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體元器件製造技術領域，尤其涉及到具有面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝，本發明還包括該封裝件的製造方法。
背景技術：
隨著電子產品如手機、筆記本電腦等朝著小型化，可攜式，超薄化，多媒體化以及滿足大眾化所需要的低成本方向發展，高密度、高性能、高可靠性和低成本的封裝形式及其組裝技術得到了快速的發展。與價格昂貴的BGA等封裝形式相比，近年來快速發展的新型封裝技術，即四邊扁平無引腳QFN(Quad Flat Non-lead Package)封裝，由於具有良好的熱性能和電性能、尺寸小、成本低以及高生產率等眾多優點，引發了微電子封裝技術領域的一場新的革命。圖IA和圖IB分別為傳統QFN封裝結構的背面示意圖和沿Ι_ 剖面的剖面示意圖， 該QFN封裝結構包括引線框架11，塑封材料12，粘片材料13，IC晶片14，金屬導線15，其中引線框架11包括晶片載體111和圍繞晶片載體111四周排列的引腳112，IC晶片14通過粘片材料13固定在晶片載體111上，IC晶片13與四周排列的引腳112通過金屬導線15實現電氣連接，塑封材料12對IC晶片14、金屬導線15和引線框架11進行包封以達到保護和支撐的作用，引腳112裸露在塑封材料12的底面，通過焊料焊接在PCB等電路板上以實現與外界的電氣連接。底面裸露的晶片載體111通過焊料焊接在PCB等電路板上，具有直接散熱通道，可以有效釋放IC晶片14產生的熱量。與傳統的TSOP和SOIC封裝相比，QFN封裝不具有鷗翼狀引線，導電路徑短，自感係數及阻抗低，從而可提供良好的電性能，可滿足高速或者微波的應用。裸露的晶片載體提供了卓越的散熱性能。隨著IC集成度的提高和功能的不斷增強，IC的I/O數隨之增加，相應的電子封裝的I/O引腳數也相應增加，但是傳統的四邊扁平無引腳封裝件，單圈的引腳圍繞晶片載體呈周邊排列，限制了 I/O數量的提高，滿足不了高密度、具有更多I/O數的IC的需要。傳統的引線框架無臺階式結構設計，無法有效的鎖住塑料材料，導致引線框架與塑封材料結合強度低，易於引起引線框架與塑封材料的分層甚至引腳或晶片載體的脫落，而且無法有效的阻止溼氣沿著引線框架與塑封材料結合界面擴散到電子封裝內部，從而嚴重影響了封裝體的可靠性。傳統QFN產品由於晶片載體的尺寸遠遠大於周邊排列的引腳的尺寸，在焊接在PCB等電路板時，晶片載體下的大面積焊料易造成封裝體的漂移，從而導致周邊排列的引腳焊接的失效。傳統QFN產品在塑封工藝時需要預先在引線框架背面粘貼膠帶以防止溢料現象，待塑封后還需進行去除膠帶、塑封料飛邊等清洗工藝，增加了封裝成本增高。使用切割刀切割分離傳統的四邊扁平無引腳封裝件，切割刀在切割塑封材料的同時也會切割到引線框架金屬，不僅會造成切割效率的降低和切割刀片壽命的縮短，而且會產生金屬毛刺， 影響了封裝體的可靠性。因此，為了突破傳統QFN的低I/O數量的瓶頸，提高封裝體的可靠性和降低封裝成本，急需研發一種高可靠性、低成本、高I/O密度的QFN封裝及其製造方法。
發明內容
本發明提供了一種高密度、面陣引腳排列的QFN封裝及其製造方法，以達到突破傳統QFN的低I/O數量的瓶頸和提高封裝體的可靠性的目的。為了實現上述目的，本發明採用下述技術方案
本發明提出一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，包括晶片載體，多個引腳，金屬材料層，IC晶片，絕緣填充材料，粘貼材料，金屬導線和塑封材料。晶片載體配置於封裝件結構的中央部位，具有凹槽結構和用於接地的引腳，四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺階式結構，具有上表面、下表面和臺階表面。多個引腳在封裝件結構中呈面陣排列分布，具有上表面、下表面和臺階表面，沿厚度方向具有臺階式結構，其中每個引腳包括配置於該上表面的內引腳和配置於該下表面的外引腳。金屬材料層配置於晶片載體和多個引腳的上表面和下表面位置。IC晶片配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上。絕緣填充材料配置於多個引腳的臺階式結構下和晶片載體的凹槽中，支撐、保護多個引腳和晶片載體。粘貼材料配置於IC晶片與晶片載體上表面的金屬材料層中間或者IC晶片與多個引腳上表面的金屬材料層中間，固定IC晶片於多個引腳或者晶片載體上。IC晶片上的多個鍵合焊盤通過金屬導線連接至多個配置有金屬材料層的內引腳和配置有金屬材料層的晶片載體的上表面，以實現電氣互聯。塑封材料包覆密封上述IC晶片、粘貼材料、金屬導線、晶片載體和多個引腳的部分區域和部分金屬材料層，暴露出配置於晶片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。根據本發明的實施例，面陣引腳排列的QFN封裝件具有面陣排列分布的引腳。根據本發明的實施例，在封裝件結構中呈面陣排列分布的引腳具有臺階式結構。根據本發明的實施例，配置於封裝件結構的中央部位的晶片載體具有凹槽結構。根據本發明的實施例，配置於封裝件結構的中央部位的晶片載體具有臺階式結構。根據本發明的實施例，在封裝件結構中呈面陣排列分布的引腳的橫截面形狀呈圓形形狀。根據本發明的實施例，在封裝件結構中呈面陣排列分布的引腳的橫截面形狀呈矩形形狀。根據本發明的實施例，面陣排列的引腳的排列方式為平行排列。根據本發明的實施例，面陣排列的引腳的排列方式為交錯排列。根據本發明的實施例，晶片載體和多個弓I腳上表面和下表面配置有金屬材料層。根據本發明的實施例，晶片載體和多個引腳上表面和下表面配置的金屬材料層包括鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)金屬材料。根據本發明的實施例，用含銀顆粒的環氧樹脂或者膠帶等粘貼材料將IC晶片配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上。根據本發明的實施例，多個引腳臺階式結構下配置絕緣填充材料。根據本發明的實施例，晶片載體的凹槽結構中配置絕緣填充材料。根據本發明的實施例，多個引腳臺階式結構下和晶片載體的凹槽結構中配置絕緣填充材料種類是熱固性塑封材料，或者塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等材料。
根據本發明的實施例，晶片載體的周邊部位作為接地區域，通過金屬導線連接至晶片上的鍵合焊盤。本發明提出一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件製造方法，包括以下步驟步驟1 配置掩膜材料層對薄板基材進行清洗和預處理，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形。步驟2 配置金屬材料層在配置於薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口中配置金屬材料層。步驟3 下表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以金屬材料層為抗蝕層，對薄板基材下表面進行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結構。步驟4:配置絕緣填充材料在薄板基材下部分經選擇性半蝕刻形成的凹槽結構中填充絕緣材料。步驟5 上表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以金屬材料層為阻蝕層，對薄板基材上表面進行選擇性部分蝕刻，形成具有臺階式結構的多個引腳，形成具有臺階式結構、凹槽結構和用於接地的引腳的晶片載體。步驟6:配置IC晶片通過含銀顆粒的環氧樹脂樹脂或者膠帶等粘貼材料將IC晶片配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上步驟7 金屬導線鍵合連接IC晶片上的多個鍵合焊盤通過金屬導線分別連接至多個配置有金屬材料層的內引腳和配置有金屬材料層的晶片載體的上表面，以實現電氣互聯和接地。步驟8:塑封用塑封材料包覆密封上述IC晶片、粘貼材料、金屬導線、晶片載體和多個引腳的部分區域和部分金屬材料層，暴露出配置於晶片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。步驟9:後固化根據所選塑封材料的後固化要求進行後固化。步驟10 列印對塑封后的產品陣列進行雷射列印。步驟11:切割分離產品切割分離產品，形成獨立的單個封裝件。根據本發明的實施例，通過電鍍或者化學鍍方法配置金屬材料層。根據本發明的實施例，以金屬材料層為抗蝕層，選用僅蝕刻薄板基材的蝕刻液對薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻。根據本發明的實施例，絕緣填充材料通過絲網印刷或者塗布等方法配置在半蝕刻凹槽結構中。根據本發明的實施例，選用刀片切割、雷射切割或者水刀切割等方法切割分離產品，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料，不切割引線框架。
基於上述，根據本發明，引腳面陣排列分布的四邊扁平無引腳封裝件結構引具有高的I/O密度，晶片載體和多個引腳的臺階式結構增加了與塑封材料和絕緣填充材料的結合面積，具有與塑封材料和絕緣填充材料相互鎖定的效果，能夠有效防止晶片載體和多個引腳與塑封材料和絕緣填充材料的分層以及引腳或晶片載體的脫落，有效阻止溼氣從封裝件結構外部向內部擴散，小面積尺寸的外引腳能夠有效防止表面貼裝時橋連現象的發生， 晶片載體和多個引腳上表面和下表面配置的金屬材料層能夠有效提高金屬引線鍵合質量和表面貼裝質量，面陣排列的引腳能有效防止表面貼裝時晶片的漂移和引腳焊接的失效， 提高了表面貼裝質量，由於單個封裝體之間僅由塑封材料和絕緣填充材料相連，因此當使用切割刀切割分離產品，不會切割到引線框架金屬材料，從而提高了切割效率，延長了切割刀的壽命，防止了金屬毛刺的產生，同時省去了傳統QFN封裝流程中的塑封前引線框架背面粘貼膠膜、塑封后去除膠膜和塑封料飛邊等工藝，降低了封裝成本。下文特舉實施例，並配合附圖對本發明的上述特徵和優點做詳細說明。
圖IA為傳統QFN封裝結構的背面示意圖；圖IB為沿圖IA中的Ι- 剖面的剖面示意圖；圖2Α為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖；圖2Β為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖；圖3Α為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖；圖3Β為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖；圖4為根據本發明的實施例繪製的，沿圖2Α-Β和圖3Α_Β中的1_1剖面的剖面示意圖；圖5為根據本發明的實施例繪製的，沿圖2Α-Β和圖3Α_Β中的1_1剖面的剖面示意圖；圖6Α至圖6L為根據本發明的實施例繪製的面陣引腳排列QFN封裝結構的製造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。圖中標號100.傳統四邊扁平無引腳封裝結構，11.引腳框架，111.晶片載體112. 引腳，12.塑封材料，13.粘片材料14. IC晶片，15.金屬導線，200A、200B、200a、200b、200c、 200d.面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，201.引腳，202.晶片載體，20.薄板基材， 20a.薄板基材上表面、引線框架上表面，20b.薄板基材下表面、引線框架下表面，21a、21b. 掩膜材料層，22、23.金屬材料層，22a、23a.金屬材料層表面，24.凹槽結構，24a.臺階式結構表面，24b.臺階式結構，25.絕緣填充材料，25a.絕緣填充材料表面，26.粘貼材料，27. IC 晶片，28.金屬導線，29.塑封材料。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細說明圖2A為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖。圖2B為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為平行排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖。參照上述圖2A-B可以看出，在本實施例中，面陣引腳排列QFN封裝結構200a和 200b具有呈面陣分布排列的引腳201，且引腳201的排列方式為平行排列，在引腳201下表面配置有金屬材料層23，在引腳201之間配置有絕緣填充材料25。不同之處在於圖2A的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構中的引腳橫截面為圓形，圖2B的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構中的引腳橫截面為矩形。圖3A為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為圓形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖。圖3B為根據本發明的實施例繪製的引腳橫截面為矩形，且引腳的排列方式為交錯排列的面陣引腳排列QFN封裝結構的背面示意圖。參照上述圖3A-B可以看出，在本實施例中，面陣引腳排列QFN封裝結構200c和 200d具有呈面陣分布排列的引腳201，且引腳201的排列方式為交錯排列，在引腳201下表面配置有金屬材料層23，在引腳201之間配置有絕緣填充材料25。不同之處在於圖3A的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構中的引腳橫截面為圓形，圖3B的面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構中的引腳橫截面為矩形。圖4為根據本發明的實施例繪製的，沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖。結合圖2A-B、圖3A-B，參照圖4，在本實施例中，面陣引腳排列QFN封裝結構200A包括引腳201、金屬材料層22、金屬材料層23、絕緣填充材料25、粘貼材料26、IC晶片27、金屬導線28以及塑封材料29。在本實施例中，引腳201作為導電、散熱、連接外部電路的通道，沿厚度方向具有臺階式結構24b，具有上表面20a和相對於上表面20a的下表面20b，以及臺階式結構24b 的臺階表面24a。引腳201的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中多個引腳201包括配置於該上表面20a的內引腳和配置於該下表面20b的外引腳。金屬材料層22和金屬材料層23分別配置於引腳201的上表面20a位置和引腳201 的下表面20b位置，金屬材料層22與引腳201的內引腳具有相同尺寸大小，金屬材料層23 與引腳201的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層22具有金屬材料層表面22a，金屬材料層23具有金屬材料層表面23a。絕緣填充材料25配置於引腳201的臺階式結構24b下，對引腳201起到支撐和保護的作用，絕緣填充材料25具有絕緣填充材料表面25a，絕緣填充材料表面25a與金屬材料層表面23a處於同一水平面上。IC晶片27通過粘貼材料26配置於引腳201的上表面20a的金屬材料層22位置， IC晶片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導線28分別連接至多個配置有金屬材料層22的內引腳上，以實現電氣互聯。塑封材料29包覆密封上述IC晶片27、粘貼材料26、金屬導線28、金屬材料層22， 引腳201的部分區域，暴露出配置於引腳201下表面的金屬材料層23，塑封材料29對引腳201和IC晶片27起到支撐與保護的作用。圖5為根據本發明的實施例繪製的，沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖。結合圖2A-B、圖3A-B，參照圖5，在本實施例中，面陣引腳排列QFN封裝結構200B包括引腳201、晶片載體202，金屬材料層22、金屬材料層23、絕緣填充材料25、粘貼材料26、 IC晶片27、金屬導線28以及塑封材料29。在本實施例中，晶片載體202配置於封裝件結構200B的中央部位，引腳201和晶片載體202作為導電、散熱、連接外部電路的通道，沿厚度方向具有臺階式結構24b，具有上表面20a和相對於上表面20a的下表面20b，以及臺階式結構24b的臺階表面24a，晶片載體202還具有凹槽結構24和用於接地的引腳201。引腳201的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中多個引腳201包括配置於該上表面20a的內引腳和配置於該下表面20b的外引腳。金屬材料層22和金屬材料層23分別配置於引腳201和晶片載體202的上表面 20a位置和下表面20b位置，配置於引腳201上表面20a位置的金屬材料層22與引腳201 的內引腳具有相同尺寸大小，配置於引腳201下表面20b位置的金屬材料層23與引腳201 的外引腳具有相同尺寸大小。金屬材料層22具有金屬材料層表面22a，金屬材料層23具有金屬材料層表面23a。絕緣填充材料25配置於多個引腳201的臺階式結構24b下和晶片載體202的凹槽結構24中，對引腳201和晶片載體202起到支撐和保護的作用，絕緣填充材料25具有絕緣填充材料表面25a，絕緣填充材料表面25a與金屬材料層表面23a處於同一水平面上。IC晶片27通過粘貼材料26配置於晶片載體202的上表面20a的金屬材料層22 位置，IC晶片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導線28分別連接至多個配置有金屬材料層22 的內引腳201上和配置有金屬材料層22的晶片載體202上，以實現電氣互聯和接地。塑封材料29包覆密封上述IC晶片27、粘貼材料26、金屬導線28、金屬材料層22， 多個引腳201和晶片載體202的部分區域，暴露出配置於多個引腳201和晶片載體202的下表面的金屬材料層23，塑封材料29對引腳201、晶片載體202和IC晶片27起到支撐與保護的作用。下面將以圖6A至圖6L來詳細說明一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構的製造流程。圖6A至圖6L為根據本發明的實施例繪製的面陣引腳排列QFN封裝件結構的製造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。請參照圖6A，提供具有上表面20a和相對於上表面20a的下表面20b的薄板基材20，薄板基材20的材料可以是銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金以及其他適用於製作引線框架的金屬材料。薄板基材20的厚度範圍為0. lmm-0. 25mm，例如為0. 127mm,0. 152mm, 0. 203mm。對薄板基材20的上表面20a和下表面20b進行清洗和預處理，例如用等離子水去油汙、灰塵等，以實現薄板基材20的上表面20a和下表面20b清潔的目的。請參照圖6B，在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別配置具有窗口的掩膜材料層21a和掩膜材料層21b，這裡所述的窗口是指沒有被掩膜材料層21a和掩膜材料層 21b覆蓋的薄板基材20的部分區域，掩膜材料層21a和掩膜材料層21b保護被其覆蓋的薄板基材20的部分區域，在後面的工藝步驟中將對被掩膜材料層21a和掩膜材料層21b覆蓋的薄板基材20的部分區域進行蝕刻。掩膜材料層21a和掩膜材料層21b要求與薄板基材20結合牢固，具有熱穩定性，作為抗蝕、抗鍍材料層，具有抗蝕刻性和抗鍍性。具有窗口的掩膜材料層21a和掩膜材料層21b，直接通過絲網印刷製作或者通過塗布光致幹膜或者粘貼光致溼膜，經感光成像方法製作。對於絲網印刷製作方法，掩膜材料層21a和掩膜材料層 21b材料是非感光型樹脂、油墨等聚合物，其掩膜精細度全靠網印來保證，它涉及到設備、器材的選用和繃網、制網版、印刷工藝、具體操作等多種因素。對於感光成像製作方法，首先在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別塗布光致溼膜，塗布方法可以是幕簾塗布、 滾塗與噴塗等，或者在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別粘貼光致幹膜，然後再將其曝露於某種光源下，如紫外光、電子束或χ-射線，利用光致溼膜和光致幹膜等化學感光材料的光敏特性，對光致溼膜或光致幹膜進行選擇性的曝光，以把掩膜版圖形複印到光致溼膜或光致幹膜上，經使用顯影液進行顯影工藝後最終在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別形成抗掩膜材料層21a和掩膜材料層21b。請參照圖6C，在配置於薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a的窗口中配置金屬材料層22，金屬材料層22具有表面22a，在配置於薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b的窗口中配置金屬材料層23，金屬材料層23具有表面23a。金屬材料層22和金屬材料層23的配置方法為電鍍、化學鍍、蒸發、濺射等方法，並且允許由不同的金屬材料組成，在本實施例中，優先選擇電鍍或者化學鍍作為金屬材料層22和金屬材料層23的配置方法。金屬材料層22和金屬材料層23的材料是鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn) 等金屬材料及其合金，在本實施例中，金屬材料層22和金屬材料層23例如是鎳-鈀-金鍍層，對於金屬材料層22，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證金屬導線28在引線框架201 上的可鍵合性和鍵合質量，裡面的鎳鍍層是作為擴散阻擋層以防止由元素擴散-化學反應引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響鍵合區域的可靠性，對於金屬材料層23，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證焊料在引腳201的可浸潤性，提高封裝體在PCB 等電路板上表面貼裝的質量，裡面的鎳鍍層是作為擴散阻擋層以防止由元素擴散-化學反應引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響表面貼裝焊接區域的可靠性。請參照圖6D，將薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b移除，在本實施例中的移除方法可以是化學反應方法和機械方法，化學反應方法是選用可溶性的鹼性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，採用噴淋等方式與薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b進行化學反應，將其溶解從而達到移除的效果，也可選擇有機去膜液將掩膜材料層21b移除，移除掩膜材料層21b後，薄板基材20的下表面20b上僅剩下金屬材料層23ο請參照圖6Ε，以薄板基材20的下表面20b上的金屬材料層23作為蝕刻的抗蝕層， 選用僅蝕刻薄板基材20的蝕刻液，採用噴淋方式對薄板基材20下表面20b進行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結構24和臺階式結構表面24a，蝕刻深度範圍可以是佔薄板基材20的厚度的40% -90%。在本實施例中，噴淋方式優先採用上噴淋方式，並且可以在蝕刻液中加入少量的有機物，以減少蝕刻液對薄板基材20的側蝕效應，由於採用金屬材料層23作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優先選擇鹼性蝕刻液，如鹼性氯化銅蝕刻液、氯化銨等鹼性蝕刻液，以減少蝕刻液對金屬材料層23的破壞作用。請參照圖6F，在薄板基材20的下表面20b經選擇性部分蝕刻形成的凹槽結構24 中填充絕緣填充材料25，絕緣填充材料25具有表面25a，該表面與金屬材料層23的表面23a處於同一水平面上。在本實施例中，絕緣填充材料25是熱固性塑封材料、塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料，絕緣填充材料25具有足夠的耐酸、耐鹼性，以保證後續的工藝不會對已形成絕緣填充材料25造成破壞，絕緣填充材料25的填充方法是通過注塑或者絲網印刷等方法填充到凹槽結構24中，填充後固化形成適當硬度的絕緣填充材料25，對於光固化絕緣填充材料25需要進行紫外線曝光，硬化後的絕緣填充材料25具有一定強度，與薄板基材20具有相互鎖定的效果，用機械研磨方法或者化學處理方法去除過多的絕緣填充材料25，以消除絕緣填充材料25的溢料，使絕緣填充材料25的表面25a與金屬材料層 23的表面23a處於同一水平面上，對於感光型阻焊綠油等絕緣填充材料25，通過顯影方法去除溢料。請參照圖6G，將薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a移除，在本實施例中的移除方法可以是化學反應方法和機械方法，化學反應方法是選用可溶性的鹼性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，採用噴淋等方式與薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a化學反應，將其溶解從而達到移除的效果，也可選擇有機去膜液將掩膜材料層21a移除，移除掩膜材料層21a後，薄板基材20的上表面20a上僅剩下金屬材料層22。請參照圖6H，以薄板基材20的上表面20a上的金屬材料層22作為蝕刻的抗蝕層， 選用僅蝕刻薄板基材20的蝕刻液，採用噴淋方式對薄板基材20上表面20a進行選擇性部分蝕刻，蝕刻至臺階式結構表面24a，暴露出絕緣填充材料25。形成面陣分布的引腳201， 引腳201之間配置有絕緣填充材料25，即呈面陣排列分布的引腳201通過絕緣填充材料25 固定在一起。經選擇性部分蝕刻後形成的分離的引腳201具有內引腳與外引腳，內引腳在後續的引線鍵合工藝中由金屬導線28連接至IC晶片27的鍵合焊盤，外引腳作為連接外部電路的通道。形成臺階式結構24b，臺階式結構24b具有臺階式結構表面24a。在本實施例中，蝕刻液的噴淋方式優先採用上噴淋方式，並且可以在蝕刻液中加入少量的有機物，以減少蝕刻液對薄板基材20的側蝕效應，由於採用金屬材料層22作為蝕刻的抗蝕層，蝕刻液優先選擇鹼性蝕刻液，如鹼性氯化銅蝕刻液、氯化銨等鹼性蝕刻液，以減少蝕刻液對金屬材料層22的破壞作用。請參照圖61，通過粘貼材料26將IC晶片27配置於引腳上表面20a的金屬材料層22位置，在本實施例中，粘貼材料26可以是粘片膠帶、含銀顆粒的環氧樹脂等材料。如果所配置的粘貼材料26為含銀顆粒的環氧樹脂材料，在配置IC晶片27後，需對粘貼材料 26進行高溫烘烤固化，以增強與IC晶片27、金屬材料層22的結合強度。請參照圖6J，IC晶片27上的多個鍵合焊盤通過金屬導線28連接至多個配置有金屬材料層22的內引腳上，以實現電氣互聯，在本實施例中，金屬導線28是金線、鋁線、銅線以及鍍鈀銅線等。請參照圖6K，採用注塑方法，通過高溫加熱，用低吸水率、低應力的環保型塑封材料29包覆密封IC晶片27、粘貼材料26、金屬導線28、多個引腳201的部分區域和金屬材料層22，在本實施例中，塑封材料29可以是熱固性聚合物等材料，所填充的絕緣填充材料25 具有與塑封材料29相似的物理性質，例如熱膨脹係數，以減少由熱失配引起的產品失效， 提高產品的可靠性，絕緣填充材料25與塑封材料29可以是同一種材料。塑封后進行烘烤後固化，塑封材料29和絕緣填充材料25與具有臺階式結構24b的引腳201具有相互鎖定功能，可以有效防止引腳201與塑封材料29和絕緣填充材料25的分層以及引腳201的脫落，而且有效阻止溼氣沿著引腳201與塑封材料29和絕緣填充材料25的結合界面擴散到封裝體內部，提高了封裝體的可靠性。待後固化後，對產品陣列進行雷射列印。請參照圖6L，切割面陣引腳排列QFN分離產品陣列，徹底切割分離塑封材料29和絕緣填充材料25形成單個面陣引腳排列QFN封裝件200，在本實施例中，單個產品分離方法是刀片切割、雷射切割或者水刀切割等方法，且僅切割塑封材料29和絕緣填充材料25，不切割金屬材料，圖6L中僅繪製出切割分離後的2個面陣引腳排列QFN封裝件200。對本發明的實施例的描述是出於有效說明和描述本發明的目的，並非用以限定本發明，任何所屬本領域的技術人員應當理解在不脫離本發明的發明構思和範圍的條件下， 可對上述實施例進行變化。故本發明並不限定於所披露的具體實施例，而是覆蓋權利要求所定義的本發明的實質和範圍內的修改。
權利要求
1.一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，其特徵在於包括晶片載體，配置於封裝件結構的中央部位，具有凹槽結構和用於接地的引腳，四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺階式結構，具有上表面、下表面和臺階表面；多個引腳，配置於晶片載體四周，或者在封裝件結構中呈面陣排列分布，具有上表面、 下表面和臺階表面，沿厚度方向具有臺階式結構，其中每個引腳包括配置於該上表面的內引腳和配置於該下表面的外引腳；金屬材料層，配置於晶片載體和多個引腳的上表面和下表面位置； IC晶片，配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上；粘貼材料，配置於IC晶片與晶片載體上表面的金屬材料層中間或者IC晶片與多個引腳上表面的金屬材料層中間；絕緣填充材料，配置於多個引腳的臺階式結構下和晶片載體的凹槽中； 金屬導線，IC晶片上的多個鍵合焊盤通過金屬導線分別連接至多個配置有金屬材料層的內引腳和配置有金屬材料層的晶片載體的上表面；塑封材料，包覆密封上述IC晶片、粘貼材料、金屬導線、晶片載體和多個引腳的部分區域和部分金屬材料層，暴露出配置於晶片載體和多個引腳下表面的金屬材料層。
2.根據權利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，其特徵在於，上述面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構具有面陣排列的引腳。
3.根據權利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，其特徵在於，面陣排列的引腳的橫截面形狀為圓形或矩形。
4.根據權利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構，其特徵在於，面陣排列的引腳的排列方式為平行排列或交錯排列。
5.根據權利要求1所述的一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝件結構的製造方法， 其特徵在於包括配置掩膜材料層，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形； 配置金屬材料層，在配置於薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口中配置金屬材料層；下表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以金屬材料層為抗蝕層， 對薄板基材下表面進行選擇性部分蝕刻，形成凹槽結構；配置絕緣填充材料，在薄板基材下表面經選擇性部分蝕刻形成的凹槽結構中填充絕緣材料；上表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以金屬材料層為阻蝕層， 對薄板基材上表面進行選擇性部分蝕刻，形成具有臺階式結構的面陣排列分布的多個引腳，形成具有臺階式結構、凹槽結構和用於接地的引腳的晶片載體；配置IC晶片，通過粘貼材料將IC晶片配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上；金屬導線鍵合連接，IC晶片上的多個鍵合焊盤通過金屬導線分別連接至多個配置有金屬材料層的內引腳和配置有金屬材料層的晶片載體上；形成塑封體，用塑封材料包覆密封IC晶片、粘貼材料、金屬導線、晶片載體和多個引腳的部分區域和部分金屬材料層，暴露出配置於晶片載體和多個引腳下表面的金屬材料層引線框架部分區域和部分金屬材料層，塑封后進行烘烤後固化；切割分離形成單個封裝件，切割分離形成獨立的單個封裝件。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，上述配置掩膜材料層，具有抗蝕性能，直接通過絲網印刷製作形成，或者通過塗布光致溼膜或者粘貼光致幹膜，經感光成像製作形成。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，多個引腳和晶片載體是以掩膜材料層為抗蝕層，對薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻製作形成。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，經該蝕刻形成的分離的晶片載體和多個引腳由絕緣填充材料連接固定。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，切割分離形成單個封裝件，是用刀片切害ι]、雷射切割或者水刀切割方法切割，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料。
全文摘要
本發明公開了一種面陣引腳排列四邊扁平無引腳封裝及製造方法。本封裝包括晶片載體，引腳，金屬材料層，IC晶片，絕緣填充材料，粘貼材料，金屬導線和塑封材料。晶片載體具有凹槽結構和用於接地的引腳，多個引腳在封裝件結構中呈面陣排列分布。金屬材料層配置於晶片載體和多個引腳的上表面和下表面位置。IC晶片配置於晶片載體上表面位置的金屬材料層上，或者配置於多個引腳上表面位置的金屬材料層上。絕緣填充材料配置於多個引腳的臺階式結構下和晶片載體的凹槽中。粘貼材料配置於IC晶片與晶片載體上表面的金屬材料層中間或者IC晶片與多個引腳上表面的金屬材料層中間。通過塑封材料包覆密封形成封裝體。本發明突破了低I/O數量瓶頸，提高封裝可靠性。
文檔編號H01L23/49GK102354689SQ20111034521
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者劉程豔, 夏國峰, 安彤, 朱文輝, 武偉, 秦飛 申請人:北京工業大學