[发明专利]片上引线式半导体芯片封装及其制作方法

说明书

本发明涉及LOC(片上引线)式半导体芯片封装及其制作方法。

在LOC式半导体芯片封装中，半导体芯片连接到引线框的引线端而不是引线框的压焊块(也称为“管芯压焊块”)。因为引线框的引线必须电连接到半导体芯片，所以引线框的内部引线连接到芯片的有源表面，芯片上形成有所需电路元件和许多电极压焊块。因此如图1A所示引线位于芯片上方。参照图1A，铜合金或铁合金引线框10具有内部引线12，外部引线14和总线条16(bus bars)，它们通过粘合剂30连接到半导体芯片20的上表面。粘合剂30用于将内部引线12和总线条16连接到形成有压焊块22的有源表面24，并且在芯片装配工艺过程中通过引线框提供对芯片的支撑。

如图1B所示，通过金或铝线40使内部引线12和电极压焊块22电连接。总线条16为芯片提供稳定的电源。当保护性封装体50形成并且外部引线14伸出封装体形成适当的形状，如J形，就获得了LOC式半导体片封装。在LOC技术中，可以提高半导体芯片尺寸与封装尺寸的比例，并因此实现更小封装器件。例如，在标准封装器件中，芯片尺寸占封装的比例最高达60％，而在COL(芯片在引线上)器件中，最高达70％，在LOC式封装中比例能高达90％。而且在LOC封装中能够防止因为不同材料之间物理性质的不同(例如封装体和引线框之间膨胀系数的差异)造成的器件可靠性变差，这是因为没有使用引线框压焊块。由于这些优点，LOC封装技术已被现今的半导体生产者广泛采用。

通常粘合剂30是基于聚酰亚胺的双面粘性胶带，例如双面覆盖有可热固的环氧树脂粘合剂的聚酰亚胺膜，下面所述是它的生产工艺。首先，将液态粘性材料均匀地淀积到聚酰亚胺膜的一个表面。淀积的液态粘合剂固化至B级(B-stage)(例如半固态)粘合剂。在聚酰亚胺的另一个表面也进行淀积和固化步骤。这种粘合剂淀积的聚酰亚胺胶带制成所需的宽度，然后用于将半导体芯片封接到引线框的管芯封接工艺。

图2A至2C示出了使用聚酰亚胺胶带将半导体芯片连接到引线框的工艺。具有内部引线12和总线条16的引线框10以及粘合剂胶带30通过加热器60加热到大约200至400℃，并且通过冲孔机70将它们挤压以使得胶带能够结合到引线框上。同时，依据所用引线框的形状，冲孔机70切掉不需要的胶带部分。然后，将半导体芯片20放到加热块80上，聚酰亚胺胶带连接到芯片的有源表面。

常规的LOC式封装有以下缺点：第一，通过复杂生产工艺生产的三层聚酰亚胺粘合剂胶带导致生产成本上升，并且具有减小粘合剂胶带厚度的临界极限。

第二，由于胶带是通过使用诸如冲孔机之类的机械工具连接到引线框，粘合剂胶带的最小尺寸由机器的工作极限决定，而且在胶带冲孔边缘可能形成毛刺，在后续装配工艺中将导致一些问题的产生。

第三，因为聚酰亚胺胶带接触几种不同材料，诸如引线框，半导体芯片和塑料封装体，在例如热、潮湿环境下进行的可靠性测试中，不同材料的TEC的失配导致的热应力是器件失效的潜在原因。另外，当常规LOC封装通过焊接装配到外部系统板上时，由于粘合剂材料和聚酰亚胺膜具有高的吸水特性，封装体会破裂。

因此，需要开发降低LOC式封装的生产成本和为提高LOC式封装的可靠性而减小粘合剂的尺寸和厚度的方法。

本发明的一个目的是提供一种生产低成本LOC式半导体芯片封装的方法。

本发明的另一个目的是提高LOC式半导体芯片封装的可靠性。

根据本发明的LOC式封装的制造方法，当引线框引线与芯片封接时，不使用粘合剂胶带。而是在半导体芯片完全从晶片分离之前，在晶片状态将粘合剂淀积到半导体芯片的有源表面。

在粘合剂淀积步骤中，诸如聚酰亚胺，环氧树脂，聚酰亚胺硅氧烷(polyimide siloxane)和聚醚酰胺(polyether amide)的电绝缘液态粘合剂淀积到在将来管芯封接工艺中将放置引线框引线的芯片有源表面的引线连接区域，然后部分固化为B级粘合剂层。为了防止淀积的液态粘合剂的外溢，引线连接区域制成具有凹槽的形状。凹槽引线连接区域可通过使用光刻掩模板获得，光刻掩模板原来是用于在形成于整个晶片表面的保护层上开口制作电极压焊块。

晶片级粘合剂淀积可以通过网板印刷技术完成，将具有与引线连接区域相一致的所需图形的金属网板压在晶片表面，然后使用橡皮刮板将液态粘合剂压入图形中，也可以通过配料技术完成液态粘合剂从配料头的针孔分配，配料头在晶片表面上移动并与晶片对准。

在配料方法中，配料可以一步步对许多芯片进行，或者通过使用多针孔配料头合在一起进行。