半導體封裝和引導框架的製作方法
2023-12-02 22:44:06
專利名稱：半導體封裝和引導框架的製作方法
技術領域：
本發明涉及封閉連接到襯底和板的半導體晶片的半導體封裝。本發明也與用於半導體封裝中的引線框架(lead frame)相關。
本申請的權利要求的優先權是日本專利申請No.2004-372919，其內容此處併入以供參考。
背景技術：
傳統上，可獲得諸如QFN(方形平面無引腳)的多種半導體封裝，其具有部分暴露在位於模製樹脂主體的厚度方向上的端子表面和側表面上的多個引線。傳統公知的半導體封裝的示例被公開在日本未審查專利申請出版物No.2002-314024中。圖14顯示了用於QFN封裝中的導線框架51的布置，其使用包括用於在其上安裝半導體晶片53的臺階55、形成在臺階55的周圍中的多個導線57以及將導線57互連在一起的堵住杆(dam bar)59的導線框架51所製造。導線框架51通過執行壓力加工和/或者在薄金屬板上蝕刻所製造。
在導線框架51的製造中，半導體晶片53首先粘結到臺階55的表面上；然後，半導體晶片53的墊(pad)通過焊線61電學連接到導線57。接著，如圖15中所示，模製樹脂主體63被形成以一體地固定半導體晶片53、臺階55、焊線61和其中的導線57的被連接部分。此處，導線57的背側57在與模製樹脂主體63的背側63a相同的平面中被形成。
導線57相對表面57b和背側57a部分電鍍，所述表面57b和背側57a被暴露給QFN封裝的外部，這樣形成用於焊接的電鍍層65。被電鍍層65被用於改良用於導線57的焊料的抗潤溼能力。最後，堵住杆59和突出到外部的導線57的凸起部分57c沿著切割線A進行切割，這樣完成了其中導線57彼此獨立電學連接的QFN封裝的製造。
前述的QFN封裝(以參考數字80所指示)被安裝在板71上，這樣如圖16所示，導線57的背側57a和板71的連接盤(land)通過焊料67粘結在一起。這允許QFN封裝80被電學連接到板71。通過焊料67(通過其導線57和連接盤73被結合)所實現的結合強度依靠導線57的背側57a的整個區域，所述區域被暴露給模製樹脂主體63的下表面63a。
由於微電子及其裝置的近來的趨勢，需要對QFN封裝和板之間的電連接的可靠性要求進行改良。在QFN封裝80連接到板71的情況下，暴露給模製樹脂主體63的下表面63a的導線57的背側57a的整個區域通過所預定的標準進行限制；因此，非常難於通過簡單增加導線57的背側57a的整個區域而改良導線57和連接盤73之間的結合強度。換言之，在本現在的情況下，進一步提高QFN封裝80和板71之間的電連接的可靠性非常困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種半導體封裝，所述半導體封裝對襯底或者板的電連接的可靠性進一步改良。此外，本發明的另外的目的是提供一種設計適合於前述的半導體封裝的導線框架。
在本發明的第一方面中，適於封閉到模製樹脂主體中的半導體封裝以及通過處理薄金屬板所形成的導線框架通過半導體晶片被安裝到其上的臺階、被安裝以包圍臺階並部分暴露給模製樹脂主體的厚度方向上安置的端子表面的多個導線，以及多個導線互連部件，用於將導線連接在一起，其中至少一個凹部相對模製樹脂主體的端子表面所形成。凹部進行電鍍以增加用於在導線和板(或者襯底)之間建立電連接的焊料的總的區域。即，可以改良導線和焊料之間的結合強度而不增加各導線的背側的總區域，所述區域暴露給模製樹脂主體的端子表面(或者下表面)。
在上述中，至少一個通孔在其厚度方向上在允許切割線通過其的指定的位置上被形成以通過導線或者導線互連部件，導線通過所述切割線彼此電學隔離。即使當導線和/或者導線互連部件進在電鍍之後進行切割，電鍍層保留在部分佔據導線的側表面的通孔的內壁上；因此，就可以增加粘附到導線上的焊料的總的區域；這樣，就可以進一步地增加導線和焊料之間的結合強度。
在上述中，就可以擴大所述通孔，所述通孔在用於對齊導線的方向上被形成在導線互連部件中。由於在導線互連部件中的這樣的相對較大的通孔的形成，就可以增加在完成切割導線互連部件之後保留在導線的側表面上的總的電鍍區域；因此，就可以增加粘附到導線上的焊料的總的區域。
在本發明的第二實施例中，封閉在模製樹脂主體中並包圍部分暴露給模製樹脂主體的厚度方向上安置的端子表面的多個導線的半導體封裝的特徵在於，至少一個凹部被形成在暴露給模製樹脂主體的端子表面的導線的指定的位置上。由於凹部的形成，就可以增加粘附到導線上的焊料的總的面積；因此，就可以增加導線和焊料之間的結合強度。
在上述中，導線被暴露給與模製樹脂主體的端子表面相鄰的側表面，以及其中凹部從模製樹脂主體的側表面向外打開。這使得其可以讓檢查員很容易從半導體封裝的外部檢查導線和焊料之間的結合情況。
凹部可以形成為圓形形狀或者非圓形形狀。當多個凹部被形成並在導線的縱向方向上對齊時，它們的至少一個被安置以允許導線通過其中，導線通過所述切割線進行切割。
當使用前述到導線框架的前述半導體封裝被安裝到具有連接盤的板上，就可以顯著地改良導線和連接盤之間的電連接的可靠性。
本發明的這些和其它目的、方面以及實施例將參照附圖進行詳細的說明，其中圖1是根據本發明的第一實施例的導線框架的平面圖；圖2A是沿著圖1中的線E-E所取的橫截面視圖；圖2B是安置在包括在圖1中所示的導線框架中的導線的背側上的指定部分的放大平面圖；圖3A是封閉到如圖1所示的導線框架的半導體封裝的指定部分的橫截面視圖；圖3B是圖3A中的沿著線F-F所取的橫截面視圖；圖4A是顯示了安裝到板上的半導體封裝的橫截面視圖；
圖4B是顯示在如圖4A中所示的半導體封裝的指定部分的放大平面圖；圖5是安裝到板上的半導體封裝的修改的橫截面視圖；圖6是在導線被切除之前半導體封裝的橫截面視圖；圖7是在其導線互連部件被切除之前半導體封裝的另外的修改的橫截面視圖；圖8顯示了圖7的半導體封裝的橫截面視圖，其中導線通過切割彼此分離；圖9A是半導體封裝的另外的修改的橫截面視圖，其中凹形凹部(concave recess)被另外地形成到導線的背側上；圖9B是沿著圖9A中的線G-G所取的放大橫截面視圖；圖10A是半導體封裝的另外的修改的橫截面視圖，其中細長的凹部被形成在導線的背側上；圖10B是圖10A中沿著線H-H所取的放大橫截面視圖；圖11A是半導體封裝的另外的修改的橫截面視圖，其中細長的凹部在模製樹脂主體的側表面上打開；圖11B是沿著圖11A中的線I-I所取的放大橫截面視圖；圖12A顯示了半導體封裝的另外的修改的放大橫截面視圖，其中三個凹部相對導線所形成；圖12B顯示了半導體封裝的另外的修改的放大橫截面視圖，其中單個凹部相對導線所形成；圖12C顯示了半導體封裝的另外的修改的放大橫截面視圖，其中二個細長凹部相對導線所形成；圖13A顯示了半導體封裝的另外的修改的橫截面視圖，其中除了凹部之外還形成有凸起；圖13B是沿著圖13A中的線J-J所取的放大橫截面視圖；圖14顯示了導線框架的傳統示例的平面圖；圖15是在其導線被切割之前使用如圖14中所示的導線框架的傳統公知半導體封裝的指定部分的放大橫截面視圖；以及圖16是顯示安裝在板上的圖15的半導體封裝的橫截面視圖。
具體實施例方式
本發明將通過示例參照附圖進行詳細的說明。
圖1、2A、2B、3A、3B、4A和4B顯示了根據本發明的優選實施例的半導體封裝的主要部分。第一實施例的半導體封裝使用通過在由銅所構成的薄金屬板上執行壓力加工或者蝕刻或者二者所形成的導線框架所製造。
特別地，如圖1所示的導線框架1包括用於在其上安置半導體晶片3的臺階5、形成在臺階5的周圍中的多個導線7，以及用於將導線7互連在一起的堵住杆(即，導線互連部件)9。
導線7具有在厚度方向上通過導線框架1的通孔11。通孔11被形成以安置在導線7的對齊方向上。通孔11通過壓力加工或者蝕刻所形成。
導線7每個具有端子表面7a(此後，稱為背側7a)，每個具有如圖2A、2B所示的兩個凹部(recess)13。與通孔11的位置相比，所述凹部13被形成在靠近臺階5的指定的位置上。凹部13在平面圖中每個通過蝕刻形成為圓形，其方式是它們在安置於導線7的厚度方向上的側表面8中沒有打開。
接著，將詳細說明使用前述的導線框架1的半導體封裝的製造方法。
首先，半導體晶片3被粘結到臺階5的表面5a上，並且導線7通過金屬連接線(bonding wiring)13電學連接到半導體晶片3的墊(pad)。如圖3A、3B所示，各連接線13在與通孔11的位置相比靠近臺階5的指定位置上粘結到各導線7的表面7b上。
然後，導線框架1被安置在金屬模中(未示出)，熔融的樹脂被注射到其中，以形成其中一體地固定半導體晶片3、臺階5、連接線13和導線7的被粘結部分的模製樹脂主體15。
模製樹脂主體15的下表面(或者端子表面)15a被形成在與導線7的背側7a相同的平面中。此外，安置在模製樹脂主體15的厚度方向上的側表面15b被安置以適於切割線A，導線7在所述切割線A上進行切割。即，模製樹脂主體15的側表面15b在基本對應安置在導線7的縱向方向(即方向C-D)上的通孔11的中心的指定位置上。此外，模製樹脂主體15被形成以防止樹脂被引入到通孔11中。
在形成模製樹脂主體15之後，所述表面7b的被暴露部分和被暴露給模製樹脂主體15的外部的導線7的背側7a以及通孔11的內壁11a和凹部13的內壁進行電鍍，這樣形成用於焊接的電鍍層17，如圖3B所示。
最後，在從模製樹脂主體15的側表面在方向D上向外凸起的導線7的凸起部分7c以及堵住杆9沿著切割線A被切割，這樣，完成了其中導線7電學彼此獨立的半導體封裝的製造。
如上所述，就可以製造QFN類型的半導體封裝30，如圖4A、4B所示，導線7沒有從模製樹脂主體15的側表面凸起。在半導體封裝30中，暴露給外部並安置在厚度方向上的導線7的側表面7d通過沿著前述的切割線A切割所述導線7所形成。導線7的側表面7d包括切割表面7e，所述切割表面7e共享模製樹脂主體15的側表面15b的平面，以及形成通孔11的內表面11a的一部分的凹形表面(或者電鍍表面)7f。電鍍層17被形成在凹形表面7f上。
為了將半導體封裝30安裝到板21(例如，襯底或者印刷電路板)上，模製樹脂主體15的下表面15a相對板21的表面安置；導線7通過焊料25電學連接到板21的連接盤23。在此狀態中，焊料25結合導線7的背側、凹形表面7f以及凹部13的內壁13a。
由於其中電鍍層17相對導線7的背側7a以及側表面7d的凹形表面7f以及凹部13的內壁13a形成的半導體封裝30的前述結構，就可以提高抗潤溼能力並增加對於連接到導線7的焊料25可獲得的總的區域；因此，就可以提高導線7和焊料25之間的結合強度。
在其中半導體封裝30被安置在板21上的情形中，形成在凹形表面7f上的電鍍層17被暴露給外部。這使得其可以讓檢查員視覺檢查在導線7和焊料25之間建立的結合條件。
本實施例被設計這樣導線7的外表面7e共享模製樹脂主體15的側表面15b的平面。此特徵在本發明中不是一種限制。即，如圖5中所示，例如，其可以從側表面15b向外凸起安置。在此情況下，導線7的表面7b部分暴露給外部；因此，電鍍層17保留在導線7的被暴露表面7b上。當半導體封裝30被安置到所述板21上時，這允許焊料25結合導線7的表面7b，除了導線7的背側7a、凹形表面7f和凹部13的內壁13a之外。這樣，就可以進一步改良導線7和連接盤23之間的電連接的可靠性。
在上述中，就可以如圖6所示的那樣的方式部分修改半導體封裝30，通孔11在從模製樹脂主體15的側表面15b的外部的位置中被移動；可選地，通孔11可以從側表面15b的外部在向外的方向上張開。
在本實施例中，導線7的切割位置基本匹配安置在導線7的縱向方向上的通孔11的長度的一半。這不是一種限制。即，需要切割位置被安置以通過通孔11。
在本實施例中，通孔11相對各導線7形成。這不是一種限制。即，通孔可以形成在與多個導線7互連的堵住杆9中。
特別地，例如如圖7所示，細長的通孔12在導線框架的形成中的導線7的對齊的方向上被形成在多個導線7之上。此外，導線7、堵住杆9和通孔12的內壁12a進行電鍍；然後，堵住杆9沿著切割線B進行切割。這樣，就可以產生其中如圖8所示的半導體封裝31，導線7彼此電學獨立。
在前述的半導體封裝31中，安置在各導線7的厚度方向上的側表面7g包括電鍍表面7h以及與電鍍層7h相鄰的切割表面7i，電鍍層17被形成在所述電鍍表面7h上。此處，與導線7的側表面7g相鄰的表面7b也進行電鍍。
在上述中，就可以很容易增加導線7的電鍍表面7f的總的區域，因為通孔12大於通孔11，所述通孔11相對各導線7所形成。即，就可以進一步地增加對於附著到導線7的焊料可獲得的總的區域；因此，就可以可靠地增加導線7和焊料之間的結合強度。
通孔12不必然被形成以沿著堵住杆9覆蓋多個導線7。即，需要通孔被形成在匹配切割線的所需位置上，所述切割線被用於將導線7彼此電學隔離。例如，通孔可以分別被形成以匹配切割線B，相鄰的導線7之間劃出每個所述切割線B。
當對於在導線7和焊料之間建立的結合情形不需要執行視覺檢測時，就不需要相對導線7形成通孔11，並相對覆蓋多個導線7的堵住杆9形成通孔12。本實施例需要至少凹部13被形成在暴露給模製樹脂主體15的下表面15a的導線7的背側7a上。
這就可以修改本實施例這樣如圖9A、9B所示，凹形凹部41在基本匹配用於將導線7彼此電學隔離的切割線A的預定的位置上被另外形成在導線7的背側7a上。凹形凹部41在沿著切割線A切割導線7時在模製樹脂主體15的側表面15b的外部上開口。
本實施例不必然被設計這樣兩個凹部13被形成在導線7的背側7a上。即，本實施例需要至少一個凹部被形成在導線7的背側7a上。如圖10A、10B所示，例如，細長凹部42可以只形成在導線7的背側7a上。就模製樹脂主體15的下表面15a，需要細長凹部42的尺寸小於導線7的背側7a的總的面積。
就可以進一步修改半導體封裝，這樣如圖11A、11B所示，細長凹部42被形成在模製樹脂主體15的側表面15b的外部上。此修改允許檢查員相對導線7和焊料之間的結合情形視覺檢測外部，因為細長凹部42的內壁42a可以從外部視覺檢查，即使當導線7的背側7a與板上的連接盤的表面相接觸。這樣，就可以改良導線7和板上的連接盤之間的電連接的可靠性。
本實施例被設計這樣凹部13在安置在其寬度方向上的導線7的兩個側表面8上沒有開口。這不是一種限制；因此就可以提供如圖12A-12C所示的多種修改。即，如圖12A所示，單個凹部43可以被形成並在導線7的兩個側表面8上開口。可選地，如圖12B所示，另外的凹部44被形成，除了兩個凹部43之外並在導線7的兩個側表面8以及模製樹脂主體15的側表面上開口。可選地，如圖12C所示，就可以形成一對細長的凹部45，每個在一個側表面8和模製樹脂主體15的側表面上開口。此處，模製樹脂主體15可以如上所述通過諸如以樹脂不能引入前述的凹部43、44和45的方式的適當地改變金屬模來修改。
這就可以進一步修改具有前述凹部13、41、42、43、44或者45的半導體封裝，這樣如圖13A、13B所示，多個凸起47被額外地形成以從凹部46的底部46a凸起。這進一步增加了粘附到導線7的電鍍的總的區域。即，就可以進一步地增加導線7和焊料之間的結合強度；因此，就可以進一步地改良導線7和連接盤23之間的電連接的可靠性。
在上述中，需要凸起47的尖端不從導線7的背側7a向外凸起。此外，就需要一個或者多個凸起47被形成在凹部46的底部46a上。
最後，儘管對本發明的優選實施例進行了說明，但是普通技術人員可以理解，在不背離本發明的精神和實質的情況下，可以對本發明進行修改，其範圍由權利要求書及其等同限定。
權利要求
1.一種導線框架，所述導線框架適於在模製樹脂主體中封閉的半導體封裝並且通過處理薄金屬板所形成，所述導線框架包括半導體晶片被安裝到其上的臺階；多個導線，所述多個導線被安置以包圍所述臺階並部分暴露給在模製樹脂主體的厚度方向上安置的端子表面；以及多個導線互連部件，用於將導線連接在一起，其中至少一個凹部相對模製樹脂主體的端子表面所形成。
2.根據權利要求1所述的導線框架，其特徵在於，至少一個通孔被形成以在其厚度方向上、在允許切割線通過其的指定的位置上通過導線，所述導線通過所述切割線彼此電學隔離。
3.根據權利要求1所述的導線框架，其特徵在於，至少一個通孔被形成以在其厚度方向上、在允許切割線通過其的預定的位置上通過導線互連部件，所述導線通過所述切割線彼此電學隔離。
4.根據權利要求3所述的導線框架，其特徵在於，通孔在用於對齊指定數目的導線的方向上被擴大。
5.一種半導體封裝，所述半導體封裝被封閉在模製樹脂主體中並包圍多個導線，所述導線部分暴露給模製樹脂主體的厚度方向上安置的端子表面，其中，至少一個凹部被形成在暴露給模製樹脂主體的端子表面的導線的預定位置上。
6.根據權利要求5所述的半導體封裝，其特徵在於，導線被暴露給與模製樹脂主體的端子表面相鄰的側表面，並且其中凹部從模製樹脂主體的側表面向外打開。
7.根據權利要求5所述的半導體封裝，其特徵在於，除了其縱向方向上的導線的背側上的至少一個凹部之外，形成允許導線被進行切割的切割線通過其中的輔助凹部。
8.根據權利要求5所述的半導體封裝，其特徵在於，至少一個凹部在導線的背側上被形成為非圓形形狀。
9.根據權利要求5所述的半導體封裝，其特徵在於，除了在其縱向方向上以非圓形形狀形成在導線的背側上的至少一個凹部之外，還形成有導線通過其被進行切割的切割線通過其中的輔助凹部，所述輔助凹部具有非圓形形狀。
全文摘要
一種適於半導體封裝的導線框架，所述導線框架封閉在模製樹脂主體中，並與板連接，其通過處理薄金屬板所形成以包括用於在其上安置半導體晶片的臺階，多個被安置以包圍臺階的導線，以及多個用於將導線互連在一起的互連部件(或者堵住杆)。圓形形狀或者非圓形形狀的至少一個凹部被形成在基本安置在與模製樹脂主體的端子表面相同的平面中的導線(或者導線互連部件)的背側上。由於進行電鍍的凹部的形成，就可以增加導線和焊料之間的結合強度；因此，就可以改良半導體封裝和板之間的電連接的可靠性。
文檔編號H01L23/50GK1812084SQ20051013384
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月24日
發明者佐藤隆志, 白坂健一 申請人:山葉株式會社