半导体装置制造方法及图纸

半导体装置（１００）包括具有晶片焊垫（１１）和多根引线（１２）的暴露的引线框架（１０）。晶片焊垫（１１）具有基本上平坦的底部表面（１４）和顶部表面（１５）。半导体晶片（２）附于顶部表面（１５）的晶片附着部分（３１）。向下键合线（５）将晶片（２）连接到向下键合线附着部分（３２）。标准键合线（４）将晶片（２）连接到引线（１２）。塑料封装（６）将晶片（２）、标准键合线（４）和向下键合线（５）密封。所述晶片焊垫的顶部表面具有位于不同水平面的多个部分，和位于这些部分中的相邻部分之间的多个梯形过渡。至少一个这种梯形过渡（３６）位于所述晶片（２）和所述向下键合线（５）之间。已经知道的是，这种梯形过渡为防止向下键合失效提供了很好的保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及一种将半导体芯片安装在塑料封装中的半 导体装置。
技术介绍
这种半导体装置是为大家所共知的。以下是对这种装置的总体 设计的简单描述。图1示出了半导体装置1的示意截面。该装置包括半导体芯片2，也被称为晶片，其中包括一个集成电路(未示出)。所述装置还包括导电引线框架10，其通常由诸如铜之类的金属制成；引线框架IO包括位于中心的晶片焊垫(die pad) ll和多根内部引 线12 (图1的截面图中仅仅示出了其中的两根)。晶片2通过粘合 剂3附于晶片焊垫11上，其典型地是一种电和/或热导粘合剂。典型 地，晶片焊垫11具有四边形形状，通常甚至是正方形。不同的实施 例可具有不同的尺寸；在一种典型的例子中，所述半导体装置1的尺 寸为7mmX7mm，其中晶片焊垫11的尺寸为5mmX5mm。晶片11的集成电路具有在其表面并背离所述晶片焊垫11的多 个接触端，其中多个接触端(未示出)通过引线键合线4连接到各根 引线12,即诸如金丝的细线一端附于引线12上而另一端附于晶片12 上。引线12为装置1提供输入和/或输出端，从而接收或者提供输入 信号或输出信号。由于这种键合线的使用本身是已知的，而且用于将 这种键合线附于引线和晶片上的方法本身也是已知的，因此在此没有 必要再更进一步详细描述这些方法。集成电路的某些点需要连接到公共电势上，典型地为接地电平。 因此，晶片11的集成电路还具有通过各根引线键合线5连接到晶片 焊垫11的接触端；这些连接晶片2和晶片焊垫11的引线键合线被称 为向下键合线(downbond)。引线框架10、晶片2和键合线4和5的组装被密封在一个塑料模制包6内。对于某些类型的装置，引线框架IO被塑料完全包围。 图1中装置1的引线框架10是暴露的，即引线框架10的表面14可 以与外界进行电和热接触；下文中，背离晶片2的这个表面将被称为 底部表面14，而与其相对的表面则被称为顶部表面15。典型地，如 16所示，晶片焊垫11的底部表面14具有一个侧凹16A,其也被称为半刻蚀，它沿着晶片焊垫11的边沿延伸，这样塑料6和晶片焊 垫11之间可以更好地啮合。类似地，引线12典型地在其底部表面 14具有侧凹16B。本专利技术特别地涉及但并不限于暴露式引线框架封装(exposed leadframe package)。己经发现的是，向下键合线很脆弱，并且经常会发现向下键合 的失效，而一次失效足以造成整个装置不合格。根据本专利技术，向下键 合的失效很可能是由两种机制导致，后面将会对此予以说明。制造这种装置1的过程包括这些步骤将晶片2组装到引线框架10上，应用标准引线键合线4和5，以及随后涂上塑料化合物6。 塑料化合物6是在熔化状态即高温状态下涂上去的并且需要冷却，于 是塑料的热膨胀系数导致了机械应力的产生。此外，在其生命周期内， 装置1可能会经受其它的温度循环，这同样导致机械应力的产生。图2以更大的尺寸示出了被认为很可能需要为向下键合线5的 失效负大部分责任的两种机制。如箭头21所示，该塑料可直接施力 在向下键合引线5上。如22所示，在晶片2和晶片焊垫11的接口处 会发生剥离，而这个可被视为蠕变裂纹的剥离会沿着晶片焊垫11的 顶部表面15增大。最终，向下键合线5会破裂(金属疲劳和/或撕裂)， 如24所示。本专利技术的一个重要目的就是增加向下键合的可靠性。更具体地， 本专利技术在于改进半导体装置的设计从而大大降低向下键合失效的几 率。
技术实现思路
所述半导体装置的现有技术设计中，晶片焊垫11的顶部表面15完全是平坦的，即在其整个范围内它都在一个平面内延伸。根据本发 明的一个重要方面，晶片焊垫11的顶部表面15有些部分位于不同的 水平面，并且相邻的这种部分之间的过渡主要是阶梯状，至少一个这 种阶梯状过渡被布置在晶片2和向下键合线5之间。已知的是这种阶 梯状过渡为防止向下键合的失效提供了良好的保护。优选地，晶片焊垫具有位于所述晶片和所述向下键合线之间的 一个或者多个凹槽，更优选地是凹槽形如平行于晶片焊垫边缘的纵向 槽，所述凹槽完全由封装的塑料材料填充。美国专利6,569,755公开了一种半导体装置，其中晶片焊垫具 有位于向下键合线和晶片焯垫边缘之间的一个凹槽，该凹槽由硅填 充。这种设计并没有保护向下键合线使之不发生由晶片向外的剥离蠕 变，并且它削弱了晶片焊垫和塑料之间的啮合。此外，用硅来填充需 要额外的工艺步骤。美国专利6,545,347公开了一种半导体装置，其中向下键合线 并没有连接到晶片焊垫而是连接到布置在晶片焊垫周围的独立环 (s印arate ring)上，并且该环在其角落处机械地并电子地连接到 晶片焊垫上。这种设计有这样的缺点在涂敷熔化塑料的制造步骤中， 塑料经过晶片与环之间的空间并且覆盖引线框架的底侧的危险会增 加(瞬间问题)，并且这可能导致产品不合格或者需要额外的步骤来 移除多余的塑料。附图说明本专利技术的这些或者其他的方面、特征和优势将由下面参考附图 进行的描述给予进一步的解释，其中相同的标号指示了相同或者近似 的部分，其中图1示意性地示出了现有技术半导体装置的截面图； 图2示意性地示出了图1中的现有技术半导体的细节从而说明 向下键合失效；图3至图8是与图2相对照的示意图，其详细地示出了本专利技术 实施例的细节；图3A和3B是晶片焊垫实施例的示意性顶视图。具体实施方式图3是与图2相比较的视图，其说明了根据本专利技术的半导体装 置100的优选实施例的细节(不是按规定比例)。在该图中，出于简 化的目的侧凹16并未示出，但是该侧凹优选地是存在的。由于本身 是已知的，因此不予说明，引线框架10的制造是从一个典型地为大 约0.2 mm的标准固体平带开始的。在这个带上，通过刻蚀形成了一 列引线框架；在后面的步骤中，各个引线框架通过锯切工艺而彼此分 开。晶片焊垫11的顶部表面15具有安装了晶片2的第一顶部表面 部分31和附有向下键合线5的第二顶部表面部分32。第一顶部表面 部分31，也被称为晶片附着表面部分，是顶部表面15的中心部分； 而第二顶部表面部分32，也被称为向下键合线附着表面部分，沿着 晶片焊垫11的侧部边缘33延伸。在第一顶部表面部分31和第二顶 部表面部分32之间，顶部表面15上形成了槽34，槽34的底部35 所在的水平面低于顶部表面15。槽34沿着纵向延伸，优选地完全平 行于晶片焊垫11的侧部边缘33延伸，即垂直于附图平面。槽34完 全由塑料6填充。槽34优选地由刻蚀工艺形成，刻蚀至对应于仅有晶片焊垫厚度 的一部分的深度。这个刻蚀步骤可以与上面提到的用固体带状材 料形成引线键合的刻蚀工艺相结合，这样制造所述槽的成本是最小 的。应该注意到，刻蚀工艺并不影响引线框架10的底部表面14的平 坦性，这点上它是与诸如冲孔工艺的工艺不同的。该槽的宽度并不是特别重要，但是在实践上它都被晶片2和键 合线5之间的可用空间所限制。在一个合适的实验性实施例中，槽 34具有大约0. 15 mra的宽度。类似地，该槽的深度也不是特别重要。然而，该槽不能太浅， 因为如果太浅它的作用就不足够了，而同时它也不能太深因为那样的 话存在该槽会穿透晶片焊垫11的风险。在晶片焊垫11厚度大约为0.2 mm的合适的实验性实施例中，槽34的深度大约为0. 12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体装置的引线框架（１０），其包括用于安装半导体晶片（２）的晶片焊垫（１１）和用于连接所述半导体晶片（２）的多根引线（１２），所述引线被布置在距离晶片焊垫（１１）一段距离处；　　　　其中，晶片焊垫（１１）具有一个基本上平坦的底部表面（１４）和一个顶部表面（１５），顶部表面（１５）具有晶片附着部分（３１）和用于连接多根向下键合线（５）的向下键合线附着部分（３２）；　　　　其中，在晶片附着表面部分（３１）和向下键合线附着表面部分（３２）之间的至少一个位置处，晶片焊垫（１１）的顶部表面（１５）具有至少一个处于晶片附着表面部分（３１）平面外的第三表面部分，以及处于晶片附着表面部分（３１）和所述第三表面部分之间的至少一个基本上为梯形的表面过渡（３６；４３；５３；６３；７１；８１）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-7-8 05106260.21.一种用于半导体装置的引线框架(10)，其包括用于安装半导体晶片(2)的晶片焊垫(11)和用于连接所述半导体晶片(2)的多根引线(12)，所述引线被布置在距离晶片焊垫(11)一段距离处；其中，晶片焊垫(11)具有一个基本上平坦的底部表面(14)和一个顶部表面(15)，顶部表面(15)具有晶片附着部分(31)和用于连接多根向下键合线(5)的向下键合线附着部分(32)；其中，在晶片附着表面部分(31)和向下键合线附着表面部分(32)之间的至少一个位置处，晶片焊垫(11)的顶部表面(15)具有至少一个处于晶片附着表面部分(31)平面外的第三表面部分，以及处于晶片附着表面部分(31)和所述第三表面部分之间的至少一个基本上为梯形的表面过渡(36；43；53；63；71；81)。2. 如权利要求1所述的引线框架，其中通过刻蚀所述顶部表面 的一部分来形成所述过渡。3. 如权利要求1所述的引线框架，其中在晶片附着表面部分 (31)和向下键合线附着表面部分(32)之间的某个位置，晶片焊垫 (11)在其顶部表面(15)处具有至少一个凹槽(34; 41; 42; 51)，其中所述第三表面部分(35; 47, 48; 57; 72; 82)由所述凹槽的底 部限定，并且其中所述梯形过渡(36; 43， 53; 63; 71; 81)由所述凹槽的壁限定。4. 如权利要求3所述的引线框架，其中所述凹槽(34; 41; 42; 51)被形成为基本平行于晶片焊垫(11)的侧部边缘(33)的槽。5. 如权利要求4所述的引线框架，其中所述槽(34)是一个具 有对应于晶片焊垫(11)的基本上为矩形形状的环形、封闭的槽。6. 如权利要求3所述的引线框架，其中所述凹槽(34; 41; 42;51)具有基本上为矩形的截面轮廓。7. 如权利要求3所述的引线框架，其中向下键合线附着表面部 分(32)与晶片附着表面部分(31)彼此对齐。8. 如权利要求3所述的引线框架，其中晶片焊垫(11)在其顶 部表面(15)处具有至少一个额外凹槽(52)，并且所述凹槽(52) 位于向下键合线附着表面部分(32)和晶片焊垫(11)的侧部边缘(33) 之间的位置。9. 如权利要求1所述的引线框架，其中在晶片附着表面部分 (31)和向下键合线附着表面部分(32)之间的某个位置，晶片焊垫 (11)在其顶部表面(15)处具有至少一个背脊(61)，其中所述第三表面部分(62)由所述背脊的顶部限定，并且其中所述梯形过渡(63; 64)由所述背脊的壁限定。10. 如权利要求9所述的引线框架，其中通过刻蚀掉引线框架 基本材料的一部分以分别形成晶片附着表面部分(31)和向下键合线 附着表面部分(32)来形成所述背脊(61)。11. 如权利要求l所述的引线框架，其中晶片附着表面部分(31) 和向下键合线附着表面部分(32)彼此不在同一个水平面上，其中所 述梯形过渡(71; 81)由晶片附着表面部分(31)和向下键合线附着 表面部分(32)之间的过渡限定。12. 如权利要求11所述的引线框架，其中所述第三表面部分 (72; 82...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯J迪马塞卡，杰里丹，威廉D范德里，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]