[发明专利]用于在导线键合的半导体器件中稳定引线的结构和方法

说明书

一种半导体器件具有引线框架，该引线框架包括由细长引线(110)包围的焊盘(101)，这些引线(110)通过间隙(113)与焊盘隔开并且延伸到框架，焊盘和引线具有第一厚度并且具有第一表面和与第一表面相对且平行的第二表面；引线具有接近间隙的第一厚度的第一部分(112)和接近框架的第一厚度的第二部分(111)，以及在第一部分与第二部分之间的减小的第二厚度的区域；第一引线部分的第二表面与第二部分的第二表面(111a)共面。具有端子的半导体芯片被附连到焊盘。从端子到相邻引线的金属导线连接包括附连到引线的第一表面的针脚式键合。

技术领域

本发明的实施例总体涉及半导体器件和工艺领域，并且更具体地涉及引线框架的结构以及通过自支撑引线和临时柔顺的接口进行键合和成型操作的方法。

背景技术

在半导体器件制造中频繁实践的技术中，半导体芯片被附连到引线框架的焊盘，然后通过使用由铜、金或铝制成的直径为大约25μm的导线的导线键合技术将芯片端子连接到相应的引线。在使用自动键合器的导线键合工艺中，导线被捆扎穿过具有适用于引导金属导线的细孔的陶瓷毛细管。在从毛细管尖端突出的导线末端处，通过使用火焰或火花技术融化导线末端来产生无空气球。该球具有大约1.5倍导线直径的典型直径。将毛细管朝向芯片端子移动，通过压力且通常结合发射超声能量时该球相对于焊盘的超声运动来抵靠焊盘的金属化层按压该柔性球。该键合工艺导致金属钉头或压扁的球通过金属间化合物(金属间键合)被附连到芯片焊盘。

在球附连之后，带有导线的毛细管被提起以跨过从球到引线框架的引线之间的拱形。引线框架已经通过从金属板冲压或蚀刻提前制造；长引线通常已经用半蚀刻技术生产。当导线接触引线表面时，抵靠导线按压毛细管尖端以便抵靠引线将其压平，因此形成至引线的针脚式(或楔形)键合。该附连工艺形成金属相互扩散或焊接点(扩散键合)。基于毛细管尖端的几何形状，毛细管在被附连的导线的压扁部分中留下印记。毛细管再次上升到足够的高度以显示导线的长度具有足够的金属以形成下一个球。然后，启用撕裂方法以便在接近针脚式键合的端头处折断导线并且留下裸露的导线长度悬挂于毛细管尖端以准备下一个球成形融化步骤。

近期应用需要半导体器件在顶部引线框架表面和底部引线框架表面上提供不同的导电迹线图案。产生这些不同的迹线图案的常用技术是所谓的引线框架的半蚀刻(部分蚀刻)工艺。作为半蚀刻的副作用，细长的引线可能对于其长度的一部分来说损失其大约一半的厚度，其后果是在针脚式键合工艺中，半蚀刻的引线可能不能够承受毛细管对导线施加的压力；引线变得弯曲或损坏。

为了创建机械支撑，整个引线框架可能经受预成型工艺，其中半蚀刻长引线周围的空间由聚合化合物填满并且因此被加强。然而，这些所谓的预成型引线框架是昂贵的。

发明内容

当申请人研究已封装的半导体器件中的电气故障时，他们发现根本原因在于使用具有半蚀刻的细长引线的引线框架的导线键合器件中较差的针脚式键合附着或甚至提升的针脚式键合。分析显示导线至引线的不稳定键合是由于细长引线和加热块之间的间隙引起的，其中在针脚式键合工艺期间引线已被放在该加热块上用于支撑。该间隙诱发引线的微跳动并导致针脚处的提升导线或较差的针脚附着。转而，该间隙源自于在半蚀刻引线的过程期间在蚀刻容差的下限处产生的引线，或者源自于由于引线起始于蚀刻容差的上限而引起的在加热块上倾斜的引线。在后一种故障模式中，即使封装工艺的成型操作也可能产生故障，因为倾斜的引线可能允许模压树脂蔓延到裸露的引线上并且导致封装期间的树脂闪燃。

当申请人发现在需要立即补救的情况下以及另外允许足够的时间来修改引线框架的引线配置的情况下提供解决方案的方法时，其解决了失效的针脚式键合的问题。

短语“补救”包含一种方法，其中柔顺的补偿物被放置在用于预热具有附连芯片的引线框架的加热块上，以便达到球键合工艺所需要的温度。补偿物(诸如基于聚酰亚胺的柔顺聚合物)被定制成形以便在键合工艺期间支撑多个半蚀刻的细长引线，使得将被键合的引线表面变得与其上已附连了芯片的焊盘表面共面。