用于集成电路管芯的封装制造技术

一种用于容纳半导体或其它集成电路器件（“管芯”）的电路封装，包括高铜凸缘、一个或多个高铜引线以及模塑到凸缘和引线的液晶聚合物框架。凸缘包括楔形榫形沟槽或其它框架保持部件，该保持部件与模塑的框架机械互锁。在模塑期间，框架的一部分形成冻结在框架保持部分中或其周围的键。引线包括一个或多个引线保持部件以与框架机械互锁。在模塑期间，框架的一部分冻结在这些引线保持部件中或其相邻处。框架包括阻止湿气渗透并使其热膨胀系数（ＣＴＥ）与引线和凸缘的热膨胀系数相匹配的化合物。将框架设计为能承受管芯附着温度。在将管芯附着到凸缘之后，将盖子超声焊接到框架。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考该申请要求2003年1月29日申请的U.S临时申请No.60/443,470的优先权，将其内容并入这里以作参考。关于联邦资助研究和开发的声明不适用专利技术背景该申请涉及用于集成电路的电路封装，更具体地讲，涉及包括金属凸缘和高温热塑性框架的电路封装。半导体和其他集成电路器件(有时称之为“芯片”或“管芯”)通常被安装在电路封装的内部以保护管芯并有助于管芯与印刷电路板、热沉等的电、机械以及热连接。一般的电路封装包括基部(一般称之为“金属小块”或“凸缘(flange)”)、保护性绝缘外壳和穿过外壳延伸的引线。在外壳内侧，引线被直接或更为一般地通过布线电键合到管芯上的接触部分(contact)。保护性外壳由诸如塑料或陶瓷的电介质材料制成并且附着到凸缘上以密封管芯和布线并保护它们不受水蒸气和其它大气气体的侵扰。尽管一些外壳被模塑成一体组件，但是大部分保护性外壳包括两部分，即一组侧壁(一个“框架”)和一个盖子。框架和管芯附着到凸缘的顺序根据框架的材料而变化，更具体地讲，根据材料在不变形或不以其它方式损伤的情况下能够承受的最高温度来变化。用于高功率管芯的电路封装一般包括通常通过共熔焊接(eutectic soldering)将管芯附着到其上的金属凸缘。凸缘一般设置安装部件，例如螺丝孔或狭槽，通过安装部件可以将电路封装安装到例如热沉上。在使用中，凸缘从管芯向热沉导热。用于将管芯附着到凸缘的高温可以损坏塑料或使塑料变形，然而陶瓷材料能够承受该高温。因此，采用陶瓷框架的电路封装可以在附着管芯之前进行组装。然后例如通过环氧树脂将盖子附着到框架上。为了与陶瓷框架的热膨胀系数相匹配，用于这些框架的凸缘一般由铜钨合金通过粉末冶金学渗透工艺制成。该工艺非常昂贵，并且最后所得到的合金的导热率受到限制。通过使用通过在叠层工艺之后的渗透工艺制造的铜-钼-铜叠层凸缘可以获得提高的导热率，然而这些工艺非常昂贵。或者，可以在附着框架和盖子之前将管芯附着到凸缘上。该方法使得低温塑料能够用于框架，然而，用于将框架粘接到凸缘和盖子上的粘合剂表现得并不令人满意。这些粘合剂通常产生有缺陷的密封或允许在使用电路封装期间出现缝隙。此外，电路封装的用户不喜欢在将管芯附着到凸缘之后清点凸缘、框架和盖子并组装这些组件。
技术实现思路
本专利技术提供一种件数(piece-count)少、成本低的电路封装，该电路封装可以承受高管芯附着温度并且可以在不使用粘合剂的情况下为管芯提供密封的气腔。该电路封装设计采用大量机械部件和成分以获得该密封性和耐热性。该组合还提供了一种与常规电路封装相比展现出更好的导电性和导热性以及机械完整性的电路封装。该电路封装包括两部分凸缘/框架/引线组合以及盖子。引线延伸穿过敞口框架的侧壁。凸缘包括由框架包围的管芯附着区。沿着凸缘与框架之间的边界以及引线与框架之间的边界在框架内侧施加封条(seal)。制定用于框架(热塑性，优选液晶聚合物)和封条(优选环氧树脂)的材料使其承受管芯粘接温度。一旦将管芯附着到凸缘并且将管芯电键合到引线，则将盖子焊接到框架以密封管芯周围的气腔。电路封装的凸缘、框架和引线包括一个或多个不使用粘合剂而保持电路封装的机械完整性的结构部件。这些部件在它们各自的连接处将凸缘和引线机械地锁定到框架上。在一个实施例中，凸缘限定包围管芯附着区的框架保持部件。例如，该保持部件可以是包括楔形榫或其它底切横截面形状的沟槽或脊。例如通过注模法将热塑性框架模塑到凸缘上。在模塑期间，框架的一部分形成冻结在保持部件内或周围的键(key)，从而将框架机械地固定到凸缘上。在另一实施例中，每一引线包括一个或多个引线保持部件以将引线固定到框架上。在模塑操作期间，还将框架模塑在引线周围，该引线从框架外部、穿过框架侧壁延伸到气腔区域中。一个引线保持部件限定至少一个贯穿引线的孔。在模塑期间，一些框架热塑性流经该孔，然后冻结在该孔内，从而将引线锁定在框架内。另一引线保持部件在位于气腔区内的引线端部上或在该端部附近设置钩边、脊或其它结构。该结构不与引线共面。在模塑期间，一些框架热塑性靠着该结构面朝外的部分冻结，由此产生防止引线从框架中拉出的机械挡板。凸缘、框架和引线的成分提供匹配的热膨胀系数(CTE)，由此减小这些部件之间的各连接处的应力。这些成分还通过凸缘提供良好的导热性并通过引线和凸缘提供良好的导电性。在一个实施例中，将凸缘制造成具有高的铜含量，而添加有少量的锆、银或其它材料。在另一实施例中，将引线制造成具有高的铜含量，而添加有少量的铁、磷、锌和/或其它材料。在又一实施例中，框架中的石墨薄片形成湿气阻挡层。这些石墨薄片和其它粘合剂使框架的CTE与凸缘的CTE相匹配。可以在框架和/或盖子的外部或内部涂敷任意的膜以进一步减小渗透到气腔中的湿气。附图的简要描述通过下面参考附图而对本专利技术实施例进行的详细说明，本专利技术的这些和其它特征、优点、方案和实施例对于本领域技术人员而言将变得显而易见，其中附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的没有盖子的电路封装的透视图；图2是图1的电路封装具有粘接到其上的盖子时的透视图；图3是诸如用于制造图1的电路封装的引线框架条的顶视图；图4A是在已经将框架和凸缘模塑到其上之后的图3的引线框架条的顶视图；图4B是图4A中示出的一条中的一个引线框架的透视图；图5A是图1的电路封装的一部分的剖面图；图5B是图1的电路封装的选择实施例的一部分的剖面图；图6A-C是示出其制造的三个阶段的图1的电路封装的凸缘的横截面图；图7A-D是粘接到图1的电路封装的凸缘的管芯的示意图；图8A是图1的电路封装的引线的详细透视图；图8B是图1的电路封装的几个选择实施例的横截面图；图9是图1的电路封装的一部分框架的示意性横截面图；图10是示出封条的图1的电路封装的一部分的放大图；图11A和11B是示出图10的封条的两个实施例的图1的电路封装的横截面图；图12是示出适合用作图10、11A和11B的封条的材料的一个实施例的粘度与剪切速率之间的关系的曲线图； 图13A是用于图1的电路封装的盖子的透视图；图13B是根据一个实施例的图13A的盖子的一部分的横截面图；以及图14是制造图1的电路封装的工艺流程图。本专利技术的详细说明本专利技术提供一种件数少的电路封装，其可以承受高管芯附着温度并且可以在不使用粘合剂的情况下为管芯提供密封的气腔。图1示出根据本专利技术一个实施例的示例性的电路封装100。为了清晰，示出没有盖子的电路封装100。电路封装100包括凸缘102、框架104以及两条引线106和108。框架104将引线106和108与凸缘102彼此电绝缘。例如通过低熔点焊料114，将管芯110附着到管芯附着区112。虽然通常可以将两个或多个管芯附着到管芯附着区112中，但是为了清晰，图1仅示出一个管芯。低熔点焊料114将管芯110电键合到凸缘102。低熔点焊料114还从管芯110向凸缘102导热。在使用中，一般通过穿过狭槽116和118延伸的螺栓(未示出)将凸缘102安装到热沉(未示出)。例如通过布线120和122将管芯110电键合到引线106和108。优选将这些布线120和122超声键合到引线106和108。虽然示出一个管芯和两条引线106和108，但是可以使用更多的管芯和/或引线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路封装，包括：凸缘；至少一条引线；以及塑模到所述凸缘和所述至少一条引线上的框架；其中：所述至少一条引线延伸穿过所述框架；并且所述框架包括熔化温度大于大约３４０℃的热塑性材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-1-29 60/443,4701.一种电路封装，包括凸缘；至少一条引线；以及塑模到所述凸缘和所述至少一条引线上的框架；其中所述至少一条引线延伸穿过所述框架；并且所述框架包括熔化温度大于大约340℃的热塑性材料。2.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述框架包括具有键轮廓的键；所述凸缘限定具有与所述键轮廓互补的互锁轮廓的互锁部件；以及其中，所述键与所述互锁部件紧密接触。3.根据权利要求2所述的电路封装，其中，所述互锁轮廓为楔形榫形状。4.根据权利要求2所述的电路封装，其中，所述互锁轮廓为T形。5.根据权利要求2所述的电路封装，其中，所述互锁轮廓为L形。6.根据权利要求2所述的电路封装，其中，所述互锁部件为所述凸缘中的沟槽。7.根据权利要求2所述的电路封装，其中，所述互锁部件高于所述凸缘表面。8.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线限定至少一个从该引线穿过的孔；以及所述热塑性框架材料的一部分延伸穿过该孔。9.根据权利要求8所述的电路封装，其中所述至少一个孔为矩形。10.根据权利要求8所述的电路封装，其中所述至少一个孔包括多个孔。11.根据权利要求8所述的电路封装，其中，在穿过所述至少一个孔的所述至少一条引线的横向横截面中，所述至少一个孔的横截面面积小于或等于所述至少一条引线的横截面面积的大约25％。12.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括接近其一个端部的保持部件，该保持部件具有面朝外的部分；其中所述热塑性框架材料的一部分与该保持部件的所述面朝外的部分邻接。13.根据权利要求12所述的电路封装，其中所述保持部件包括钩状边缘。14.根据权利要求12所述的电路封装，其中所述保持部件包括脊。15.根据权利要求12所述的电路封装，其中所述保持部件包括沟槽。16.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括接近于其一端部的保持部件；其中所述热塑性框架材料的一部分与该保持部件邻接。17.根据权利要求16所述的电路封装，其中所述保持部件为钩状边缘。18.根据权利要求16所述的电路封装，其中所述保持部件为脊。19.根据权利要求16所述的电路封装，其中所述保持部件为沟槽。20.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括凸起的底表面。21.根据权利要求20所述的电路封装，其中所述底表面的凸度为至少大约0.0001英寸。22.根据权利要求20所述的电路封装，其中所述底表面的凸度在大约0.0005与大约0.0010英寸之间。23.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括至少50％的铜。24.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括至少90％的铜。25.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括至少大约98％的铜。26.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括铜和选自包括锆和银的组中的至少一种材料的合金。27.根据权利要求26所述的电路封装，其中所述合金包含至少大约98％的铜。28.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括在大约0.05％与大约1.5％之间的锆；以及至少大约98.5％的铜。29.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括在大约0.05％与大约1.5％之间的锆；以及余量铜。30.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述凸缘包括大约0.085％的银；以及至少大约99.9％的铜。31.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括至少50％的铜。32.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括至少97％的铜。33.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括铜和选自包括铁、磷、锌、锆、钴、锡、镁、镍、铬、钛和硅的组中的至少一种材料的合金。34.根据权利要求33所述的电路封装，其中该合金包含至少97％的铜。35.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述至少一条引线包括在大约2.1％与大约2.6％之间的铁；在大约0.015％与大约0.15％之间的磷；在大约0.05％与0.2％之间的锌；以及余量铜。36.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括液晶聚合物。37.根据权利要求2所述的电路封装，其中所述液晶聚合物包括对羟基苯甲酸；双酚；以及邻苯二甲酸。38.根据权利要求2所述的电路封装，其中所述液晶聚合物包括p-羟基苯甲酸；以及6-羟基-2-萘甲酸的共聚物。39.根据权利要求2所述的电路封装，其中所述液晶聚合物包括包括成分为羟基苯甲酸、4-4-双酚和对苯二酸的三元聚合物。40.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料具有在所述至少一条引线的膨胀系数的60％内的热膨胀系数。41.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料具有大约7ppm/℃与22ppm/℃之间的热膨胀系数。42.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约30％与大约45％之间的直径在大约2微米与3微米之间的云母球。43.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约30％与大约50％之间的玻璃纤维。44.根据权利要求1所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括多个石墨薄片。45.根据权利要求44所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约10％与大约70％之间的石墨薄片。46.根据权利要求44所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约40％与大约50％之间的石墨薄片。47.根据权利要求44所述的电路封装，其中所述石墨薄片形成多层。48.根据权利要求47所述的电路封装，其中所述石墨薄片被定向为与所述框架的所选择的表面平行。49.根据权利要求1所述的电路封装，进一步包括附着到所述框架的热塑性材料盖子。50.根据权利要求49所述的电路封装，其中所述凸缘、所述框架和所述盖子限定一个气腔。51.根据权利要求49所述的电路封装，其中将所述盖子焊接到所述框架。52.根据权利要求49所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括液晶聚合物。53.根据权利要求52所述的电路封装，还包括附着到所述凸缘并电键合到所述至少一条引线的半导体管芯。54.根据权利要求52所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括多个石墨薄片。55.根据权利要求54所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约10％与大约70％之间的石墨薄片。56.根据权利要求54所述的电路封装，其中所述热塑性材料包括大约40％与大约50％之间的石墨薄片。57.根据权利要求1所述的电路封装，还包括附着到所述凸缘并电键合到所述至少一条引线的半导体管芯。58.根据权利要求1所述的电路封装其中所述框架包括与所述凸缘表面相邻的边缘；以及还包括沿着所述边缘的至少一部分附着到所述框架和所述凸缘的封条。59.根据权利要求58所述的电路封装，其中所述封条包括环氧树脂。60.根据权利要求58所述的电路封装，其中所述封条包括硅树脂。61.根据权利要求1所述的电路封装其中所述框架包括与所述至少一条引线的第一表面相邻的第一边缘；以及还包括沿着所述第一边缘的至少一部分附着到所述框架和所述至少一条引线的第一封条。62.根据权利要求61所述的电路封装其中所述框架包括与所述至少一条引线的第二表面相邻的第二边缘；以及还包括沿着所述第二边缘的至少一部分附着到所述框架和所述至少一条引线的第二封条。63.根据权利要求62所述的电路封装其中所述框架包括与所述凸缘的表面相邻的第三边缘；以及还包括沿着所述第三边缘的至少一部分附着到所述框架和所述凸缘的第三封条。64.根据权利要求63所述的电路封装，其中所述封条包括环氧树脂。65.根据权利要求63所述的电路封装，其中所述封条包括硅树脂。66.根据权利要求63所述的电路封装，其中所述封条包括具有以下参数的材料3.5与4.6之间的触变系数；7.4与3Pa.s之间的卡森粘度；在0.95每秒的剪切速率下的在58与125Pa.s之间的粘度；以及在9.5每秒的剪切速率下的在12与30Pa.s之间的粘度。67.根据权利要求1所述的电路封装，还包括所述框架表面上的湿气阻挡膜。68.一种用于安装半导体管芯的凸缘，包括固态金属主体，具有其第一侧面上的中央平面管芯附着区，所述管芯附着区平坦至每英寸在大约0.005英寸内，并且具有小于大约64微英寸的表面粗糙度；以及第二侧面，与所述第一侧面相对，具有小于大约64微英寸的表面粗糙度；其中所述金属主体包括至少50％的铜。69.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体限定多个开口，通过所述开口可以将所述凸缘安装到基体上。70.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括至少90％的铜。71.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括至少大约98％的铜。72.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括铜和选自包括锆和银的组中的至少一种材料的合金。73.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括含有至少大约98％的铜的合金。74.根据权利要求73所述的凸缘，其中所述合金含有大约0.05％与大约1.5％之间的锆和至少大约98.5％的铜。75.根据权利要求73所述的凸缘，其中所述合金含有大约0.085％的银和至少大约99.9％的铜。76.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括限定至少一个底切部分的凹陷。77.根据权利要求76所述的凸缘，其中所述凹陷包括具有楔形榫形横截面的部分。78.根据权利要求76所述的凸缘，其中所述凹陷包括具有T形横截面的部分。79.根据权利要求76所述的凸缘，其中所述凹陷包括具有L形横截面的部分。80.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述金属主体包括限定至少一个底切部分的脊。81.根据权利要求80所述的凸缘，其中所述脊包括具有楔形榫形横截面的部分。82.根据权利要求80所述的凸缘，其中所述脊包括具有T形横截面的部分。83.根据权利要求80所述的凸缘，其中所述脊包括具有L形横截面的部分。84.根据权利要求68所述的凸缘，其中所述主体的第二侧是凸起的。85.根据权利要求84所述的凸缘，其中所述第二侧面的凸度为至少大约0.0001英寸。86.根据权利要求84所述的凸缘，其中所述第二侧面的凸度在大约0.0005与大约0.0010英寸之间。87.一种用于安装半导体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔齐默尔曼，
申请(专利权)人：跃进封装公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]