半導體晶片封裝結構及封裝方法
2023-06-17 01:13:16 4
專利名稱：半導體晶片封裝結構及封裝方法
技術領域：
本發明涉及半導體晶片封裝結構及封裝方法，尤其涉及在正裝晶片封裝 過程中，在正裝晶片基底面放置散熱器的封裝結構及封裝方法。
背景技術：
隨著電子元件的小型化、輕量化及多功能化的需求日漸增加，導致半導 體封裝密度不斷增加，因而必須縮小封裝尺寸及封裝時所佔的面積。為滿足 上述的需求所發展出的技術中，半導體晶片封裝技術對於封裝晶片的整體成 本、效能及可靠度有著深遠的貢獻。然而，半導體晶片封裝過程中，由於正裝晶片的封裝，需要用粘合劑將 正裝晶片和引線框架連接，並且需要用金屬絲鍵合進行封裝，而金屬絲鍵合 類型封裝電連接路徑長，因而熱特性和電特性不佳，不適用於高性能產品。現有半導體正裝晶片封裝包括下列步驟如圖1A所示，首先，將晶片 100正置裝配於引線框架102的管芯墊104上，所述正裝晶片IOO的基底相對 面上分布有焊盤106，通過粘合劑層105將正裝晶片100與管芯墊104粘合， 其中正裝晶片100的基底面與管芯墊104粘合；用鍵合線108將正裝晶片100 上的焊盤106與引線框架102的引線103進行電連接。如圖1B所示，最後以封裝膠體IIO將正裝晶片IOO以及引線框架102封 裝成型，兩端僅露出引線框架102的引線103的一部分區域。專利號為US6674173的美國專利公開的技術方案描述了將正裝晶片堆疊 於引線框架上進行封裝的方法，此封裝方法主要熱傳導路徑為通過金屬絲鍵 合線和引線框架，而金屬絲鍵合線截面積小路徑長，因而散熱不好。現有半導體正裝晶片封裝過程中，需要用粘合劑將正裝晶片和引線框架
連接，粘合劑皆為絕緣體，熱傳導係數低，導熱性能較差，因此主要熱傳導 路徑為通過金屬絲鍵合線和引線框架，而金屬絲鍵合線截面積小路徑長，因 而散熱不好；而且現有半導體晶片封裝結構不能直接在正裝晶片上安裝散熱
器，無法解決散熱不良的問題，進而降低晶片的運作功能。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種半導體晶片封裝結構和封裝方法，防止芯 片散熱不好，進而降低晶片的運作功能。
為解決上述問題，本發明提供一種半導體晶片封裝結構，包括引線框 架和正裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線，管芯墊 上有通孔且位於管芯墊邊緣，正裝晶片的基底相對面與管芯墊粘合且由鍵合 線穿過通孔與引線電連接，正裝晶片基底面上有散熱器。
散熱器與正裝晶片基底面的連接為固態共熔結合。散熱器的形狀為魚刺 凸狀，散熱器的材料為金屬或陶瓷，散熱器的大小等於大於正裝晶片大小。 散熱器的散熱功率大於或等於正裝晶片的單位面積耗功率。
通過通孔將正裝晶片與引線電連接的是鍵合線。所述通孔邊緣是封閉的 與引線不連通，或者是開放的與引線連通。
本發明提供一種半導體晶片封裝方法，包括下列步驟提供引線框架和正 裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線，其中管芯墊上 有通孔且位於管芯墊邊緣；將正裝晶片的基底相對面粘合於管芯墊上；鍵合 線穿過通孔將正裝晶片與引線電連接；在正裝晶片的基底面上安裝散熱器； 將正裝晶片、引線框架和散熱器封裝成型。
散熱器與正裝晶片基底面的連接為固態共熔結合。散熱器的形狀為魚刺 凸狀，散熱器的材料為金屬或陶瓷，散熱器的大小等於大於正裝晶片大小。 散熱器的散熱功率大於或等於正裝晶片的單位面積耗功率。
通過通孔將正裝晶片與引線電連接的是鍵合線。所述通孔邊緣是封閉的 與引線不連通，或者是開放的與引線連通。
與現有4支術相比，本發明具有以下優點本發明正裝晶片的基底相對面 與管芯墊粘合，並由鍵合線穿過管芯墊上的通孔與引線電連接，然後在正裝 晶片基底面上安裝散熱器。由於直接在正裝晶片上安裝散熱器，提高散熱效 率，進而提高了晶片的運作功能。
圖1A至圖1B是現有技術半導體晶片封裝示意圖； 圖2為本發明半導體晶片封裝流程圖； 圖3為本發明半導體晶片封裝第一實施例引線框架示意圖； 圖3A至圖3B是本發明半導體晶片封裝第一實施例示意圖； 圖4為本發明半導體晶片封裝第二實施例引線框架示意圖； 圖4A至圖4B是本發明半導體晶片封裝第二實施例示意圖。
具體實施例方式
現有半導體正裝晶片封裝過程中，需要用粘合劑將正裝晶片和引線框架 連接，粘合劑皆為絕緣體，熱傳導係數低，導熱性能較差，因此主要熱傳導 路徑為通過金屬絲鍵合線和引線框架，而金屬絲鍵合線截面積小路徑長，因 而散熱不好；而且現有半導體晶片封裝結構不能直接在正裝晶片上安裝散熱 器，無法解決散熱不良的問題，進而降低晶片的運作功能。本發明正裝晶片 的基底相對面與管芯墊粘合，並由鍵合線穿過管芯墊上的通孔與引線電連接， 然後在正裝晶片基底面上安裝散熱器。由於直接在正裝晶片上安裝散熱器， 提高散熱效率，進而提高了晶片的運作功能。下面結合附圖對本發明的具體 實施方式做詳細的說明。 本發明的半導體晶片封裝結構，包括引線框架和正裝晶片，所述引線 框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線，管芯墊上有通孔且位於管芯墊邊 緣，正裝晶片的基底相對面與管芯墊粘合且由鍵合線穿過通孔與引線電連接， 正裝晶片基底面上有散熱器。
圖2為本發明半導體晶片封裝流程圖。如圖2所示，執行步驟S101提供 引線框架和正裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線， 其中管芯墊上有通孔且位於管芯墊邊緣；執行步驟S102將正裝晶片的基底相 對面粘合於管芯墊上；執行步驟S103鍵合線穿過通孔將正裝晶片與引線電連 接；執行步驟S104在正裝晶片的基底面上安裝散熱器；執行步驟S105將正 裝晶片、引線框架和散熱器封裝成型。
圖3為本發明半導體晶片封裝第一實施例引線框架示意圖。如圖3所示， 引線框架202包括管芯墊204和位於管芯墊204外圍的引線203,引線203以 梳形向外延伸且與管芯墊204隔開；所述管芯墊204上有形狀相同且數量和 位置與引線204數量和位置對應的封閉通孔207，且封閉通孔207位於管芯墊 204的邊緣；其中標號為a的封閉通孔與標號為1的引線對應……標號為g的 封閉通孔與標號為7的引線對應、標號h的封閉通孔與標號為8的引線對 應......標號為n的封閉通孔與標號為14的引線對應。
本實施例中，所述引線框架202為單層結構。
本實施例既可以是雙列直插式封裝型引線框架，也可以是四方扁平封裝 型引線框架。
本實施例中，所述封閉通孔207是管芯墊204邊緣封閉，封閉通孔207 與引線203不連通；所述封閉通孔207的數量可以是與引線203的數量一一 對應，且各個封閉通孔207的大小一致，也可以是封閉通孔207的數量與引 線203的數量不一致，幾個引線203可以共用一個封閉通孔207,只要封閉通
孔207大小不會使管芯墊204與整個引線框架202斷開，並且能使管芯墊204 上有區域承載晶片。
圖3A至圖3B本發明半導體晶片封裝第一實施例示意圖。如圖3A所示， 首先，將正裝晶片200正置裝配於如圖3所示的引線框架202的管芯墊204 上，並通過粘合劑層205將正裝晶片200帶焊盤206的基底相對面與管芯墊 204粘合；然後，通過^T建合線208穿過管芯墊204上的封閉通孔207將正裝芯 片200上的焊盤206與引線框架202上的引線203進行一一對應電連接。
本實施例中，所述粘合劑層205為薄膜絕緣隔離物質，材料是有機化合 物，具體例如環氧樹脂或聚醯亞胺。
所述焊盤206的材料是金屬或合金，具體例如銅、鋁或銅鋁合金。
鍵合線208的材料是金、銅、鋁或銅鋁合金。
如圖3B所示，在正裝晶片200的基底面上安裝散熱器212;最後以封裝 膠體210將正裝晶片200、引線框架202以及散熱器封裝成型，僅露出引線框 架202的引線203的一部分區域。
本實施例中，散熱器212的材料是熱傳導性質較好的金屬或陶瓷；通過 固體與固體之間的共熔態，將散熱器212與正裝晶片200基底面共熔而連接； 散熱器212的大小等於或大於正裝晶片200的大小；散熱器212的散熱功率 需大於或等於正裝晶片200的單位面積耗功率。
散熱器212的形狀可做成魚刺凸狀，以增加散熱器與空氣的接觸面積， 加強散熱效率。
除實施例外，還可以用於多晶片的堆疊封裝，例如在與正裝晶片200不 同側的引線框架202上再正置裝配一個第二正裝晶片，且第二正裝晶片基底 面通過粘合劑層與引線框架粘合，然後同樣在正裝晶片200的基底面上安裝 散熱器用於散熱，進而提高電性能；另外還可以在正裝晶片200上再將帶焊
盤的基底相對面與引線框架粘合併且鍵合線穿過引線框架上的封閉通孔，在
正裝晶片200上正置裝配一個第三正裝晶片，且第三正裝晶片的帶焊盤的基 底相對面通過粘合劑層與正裝晶片200基底面粘合，然後在第三正裝晶片的 基底面安裝散熱器用於散熱，進而提高電性能。
繼續參考圖3A至圖3B,引線框架202包括管芯墊204和位於管芯墊204 外圍的引線203,其中管芯墊204上具有封閉通孔207，且封閉通孔207位於 管芯墊204邊緣；正裝晶片200,位於引線框架202上，並且通過粘合劑層 205與管芯墊204粘合，其中與管芯墊204粘合的是基底相對面；焊盤206, 位於正裝晶片200的基底相對面；鍵合線208，穿過封閉通孔207將焊盤206 與引線203電連接；散熱器212，安裝在正裝晶片200的基底面上。
圖4為本發明半導體晶片封裝第二實施例引線框架示意圖。如圖4所示， 引線框架302包括管芯墊304和位於管芯墊304外圍的引線303，引線303以 梳形向外延伸且與管芯墊304隔開；所述管芯墊304邊緣有形狀相同且數量 和位置與引線304數量和位置對應的開放通孔307，且開放通孔307位於管芯 墊304邊緣；其中標號為b的開放通孔與標號為2的引線對應……標號為c 的開放通孔與標號為3的引線對應、標號d的開放通孔與標號為4的引線對 應......標號為e的開放通孔與標號為5的引線對應。
本實施例中，所述引線框架302為單層結構。
本實施例既可以是雙列直插式封裝型引線框架，也可以是四方扁平封裝 型引線框架。
本實施例中，所述開放通孔307是管芯墊304邊緣開放，開放通孔307 與引線303連通；所述開放通孔307的數量可以是與引線303的數量——對 應，且各個開放通孔307的大小一致，也可以是開放通孔307的數量與引線 303的數量不一致，幾個引線303可以共用 一個開放通孔307，只要開放通孔 307大小不會使管芯墊304與整個引線框架302斷開，並且能使管芯墊304上 有區域承載晶片。圖4A至圖4B是本發明堆疊式多晶片半導體封裝第二實施例示意圖。如 圖4A所示，首先，將正裝晶片300正置裝配於如圖4所示的引線框架302的 管芯墊304上，並通過粘合劑層305將正裝晶片300帶焊盤306的基底相對 面與管芯墊304粘合；然後，通過鍵合線308穿過管芯墊304上的開放通孔 307將正裝晶片300上的焊盤306與引線框架302上的引線303進行一一對應 電連接。本實施例中，所述粘合劑層305是薄膜絕緣隔離層，材料是有機化合物， 具體例如環氧樹脂或聚醯亞胺。所述焊盤306的材料是金屬或合金，具體例如銅、鋁或銅鋁合金。鍵合線308的材料是金、銅、鋁或銅鋁合金。如圖4B所示，在正裝晶片300的基底面上安裝散熱器312;最後以封裝 膠體310將正裝晶片300、引線框架302以及散熱器312封裝成型，僅露出引 線框架302的引線303的一部分區域。本實施例中，散熱器312的材料是熱傳導性質較好的金屬或陶瓷；通過 固體與固體之間的共熔態，將散熱器312與正裝晶片300基底面共熔而連接； 散熱器312的大小等於或大於正裝晶片300的大小；散熱器312的散熱功率 需大於或等於正裝晶片300的單位面積耗功率。散熱器312的形狀可做成魚刺凸狀，以增加散熱器與空氣的接觸面積， 加強散熱效率。除實施例外，還可以用於多晶片的堆疊封裝，例如在與正裝晶片300不 同側的引線框架302上再正置裝配一個第二正裝晶片，且第二正裝晶片基底 面通過粘合劑層與引線框架粘合，然後同樣在正裝晶片300的基底面上安裝 散熱器用於散熱，進而提高電性能；另外還可以在正裝晶片300上再將帶焊 盤的基底相對面與引線框架粘合併且鍵合線穿過引線框架上的封閉通孔，在 正裝晶片300上正置裝配一個第三正裝晶片，且第三正裝晶片的帶焊盤的基 底相對面通過粘合劑層與正裝晶片300基底面粘合，然後在第三正裝晶片的 基底面安裝散熱器用於散熱，進而提高電性能。繼續參考圖4A至圖4B,引線框架302包括管芯墊304和位於管芯墊304 外圍的引線303,其中管芯墊304上具有開放通孔307，且開放通孔307位於 管芯墊304邊緣；正裝晶片300，位於引線框架302上，並且通過粘合劑層 305與管芯墊304粘合，其中與管芯墊304粘合的是基底相對面；焊盤306， 位於正裝晶片300的基底相對面；鍵合線208,穿過開放通孔307將焊盤306 與引線303電連接；散熱器312，安裝在正裝晶片300的基底面上。本發明雖然以較佳實施例公開如上，任何本領域技術人員在不脫離本發 明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍 應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1. 一種半導體晶片封裝結構，包括引線框架和正裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線，其特徵在於，管芯墊上有通孔且位於管芯墊邊緣，正裝晶片的基底相對面與管芯墊粘合且由鍵合線穿過通孔與引線電連接，正裝晶片基底面上有散熱器。
2. 根據權利要求1所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於散熱器與正裝 晶片基底面的連接為固態共熔結合。
3. 根據權利要求2所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於散熱器的形狀 為魚刺凸狀。
4. 根據權利要求3所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於散熱器的材料 為金屬或陶瓷。
5. 根據權利要求4所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於散熱器的大小 等於大於正裝晶片大小。
6. 根據權利要求5所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於散熱器的散熱 功率大於或等於正裝晶片的單位面積耗功率。
7. 根據權利要求1所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於通過通孔將正 裝晶片與引線電連接的是鍵合線。
8. 根據權利要求7所述的半導體晶片封裝結構，其特徵在於所述通孔邊緣 是封閉的與引線不連通，或者是開放的與引線連通。
9. 一種半導體晶片封裝方法，其特徵在於，包括下列步驟提供引線框架和正裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的 引線，其中管芯墊上有通孔且位於管芯墊邊緣；將正裝晶片的基底相對面粘合於管芯墊上；鍵合線穿過通孔將正裝晶片與引線電連接； 在正裝晶片的基底面上安裝散熱器； 將正裝晶片、引線框架和散熱器封裝成型。
10. 根據權利要求9所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於散熱器與正 裝晶片基底面的連接為固態共熔結合。
11. 根據權利要求IO所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於散熱器的形 狀為魚刺凸狀。
12. 根據權利要求11所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於散熱器的材 料為金屬或陶瓷。
13. 根據權利要求12所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於散熱器的大 小等於大於正裝晶片大小。
14. 根據權利要求13所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於散熱器的散 熱功率大於或等於正裝晶片的單位面積耗功率。
15. 根據權利要求9所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於通過通孔將 正裝晶片與引線電連接的是鍵合線。
16. 根據權利要求15所述的半導體晶片封裝方法，其特徵在於所述通孔 邊緣是封閉的與引線不連通，或者是開放的與引線連通。
全文摘要
一種半導體晶片封裝結構，包括引線框架和正裝晶片，所述引線框架包括管芯墊和位於管芯墊外圍的引線，管芯墊上有通孔且位於管芯墊邊緣，正裝晶片的基底相對面與管芯墊粘合且由鍵合線穿過通孔與引線電連接，正裝晶片基底面上有散熱器。上述半導體晶片封裝結構，提高散熱效率，進而提高了晶片的運作功能。
文檔編號H01L23/488GK101211881SQ20061014824
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者王津洲 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司