管芯引线框组合和将引线框安装到半导体管芯上的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于和半导体管芯（３０６）形成电连接的引线框（３０２，３０４），它包括多个和管芯边缘对应的缺口。从而防止了引线框和管芯边缘附近的电元件之间的短路，即使在引线框在管芯方向上被弯向以形成表面安装封装（３００）。可选地或额外地，引线框的导线可以包括沟槽（６３２），该沟槽防止了用来将引线框粘接到管芯上的环氧树脂或焊料向外铺展，而与其它导线形成电短路。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
呈集成电路芯片(IC)形态的半导体器件在其被结合进诸如计算机或蜂窝电话的产品中时一般必需安装在诸如印刷电路板的平坦表面上。现在，没有一种表面安装半导体封装技术能满足下一代分立功率半导体器件和IC的需要。这种表面安装功率封装应当包括至少以下特征1.低电阻；2.分流并减小器件金属互连内横向电阻(lateral resistance)的能力；3.低热阻；4.垂直(通过背面)或横向(顶侧)地实现大电流的能力；5.高的可制造性；6.低的固有材料成本(intrinsic material cost)；7.低制造成本；8.功率应用中的可靠运行；9.便于半导体的至少三个(且优选地更多)隔离连接的能力；10.低剖面(高度)和小覆盖面积。功率半导体器件和IC有两种，一种因其具有低的导通态电压降(因此具有低功耗)而传导大电流，一种因其耗费大量功率而传导“大”电流。因为这些功率器件的用途、结构和运行不同，所以所列的开头两个特征(即低电阻)可以代替第三特征(低热阻)而实现，但理想地，一个封装应当既提供低电阻又提供低热阻。第四个特征，即横向或垂直大电流流动，说明功率封装理想地应当是对横向或垂直功率器件两者均可应用，但是，两个方向中的至少一个应当能传导大电流。当然，封装必须是高度可制造的，因为功率晶体管在世界范围内得以每年几十亿个地大量使用。对于这种器件的供给者和可能的用户，任何内在的制造可重复性或产率问题都将有可怕的后果。另一个特征是低成本，包括封装材料成本及其制造成本。当然，材料成本是基本的，因为诸如金引线、塑料模塑、铜引线框等特定材料是基于世界原材料市场的，不能通过半导体产量的简单增加而大幅改变。使用更少量材料的封装设计生产起来本质上更便宜。功率应用中封装的可靠性意味着，它必须经受得住功率器件中通常碰到的运行条件，诸如电流尖脉冲、比正常遇到的更高的环境温度、明显的自加热、重复热瞬变导致的热震等。电流或加热的重复脉冲可以引起与疲劳相关的损伤，尤其在金相接合和界面处。更少的界面是优选的。二极管、瞬变抑制器和熔断器需要二引出端封装，而支持至少三个连接线的封装对分立晶体管是有用的。对于各种智能功率半导体元件，四个连接线直至八个连接线是极为有用的。在八个不同的连接线以上，这种功率封装技术的使用集中在功率集成电路上。低剖面表面安装封装，虽然不是普遍要求，但却使之便于PC板的制造，因为封装在低剖面封装中的功率器件具有与同一板上的其它IC相同的特性，并且因而避免了对特殊处理的需要。在如电池组、PCMCIA卡和蜂窝电话的一些情形下，低剖面封装在满足最终产品的苛刻厚度方面可能是至关重要的。小覆盖区域通常是整个产品尺寸的根源，尤其在便携式电子设备中，在该电子设备中，尺寸是重要的消费者购买标准-越小越好。在相关考虑中，板上封装覆盖区越小，且它所包含的半导体管芯越大，则给定尺寸的性能越大。虽然这些目的可能看起来明显，但事实是，现在的功率半导体封装技术未充分地、节约成本地满足这些需要，并且在一些情况下根本不满足该需要。当前的表面安装封装方法图1说明用于制造传统现有技术的表面安装封装的流程，例如最初为IC开发的8个引脚的小外形(SO-8)封装，或普遍存在的3引脚小外形晶体管(SOT23)封装。该流程以一个或多个半导体方片(dice)、金属引线框、以及将该方片粘结到引线框上被称为管芯焊垫的区域中的导电环氧树脂或焊料开始。然后引线键合该套封装，用金(有时为铝)引线将封装的金属“接线柱”连接到器件或IC上的铝键合焊点上。键合用热压或超声波技术来得到良好的电连接和足够的机械强度以承受后续的加工步骤和运行条件。引线键合以后，将仍由一系列金属跨接线或连接条保持在一起的引线框放到塑模中，接着灌注也被称作模塑化合物的热液态塑料。塑料冷却后，它为键合引线、管芯焊垫和封装导线提供了机械刚度，因此外部导线可以从任何连接条上剪下，从而将该单元与可能已经制造在同样连接条上的任何其它单元分开。最后将导线弯成其最终形状。该弯曲工艺需要“修剪”该导线，使得塑料封装上不存在可能导致塑料开裂的过度机械应力。图2示出了现有技术的引线框10，它包括一重复单元11(具有管芯焊垫12以及导线总成13A和13B)，该重复单元在一根条带中重复5至25次。该条带包括三根连接条，它们在该条带中将重复单元固定在一起，直到后来的塑料注入模塑发生后才被分离。该连接条包括两根将封装导线15A和15B固定在适当位置的外部连接条14A和14B，以及一根在装配过程中保持管芯焊垫12固定的内部连接条14C。引脚的实际数量可以根据封装变化，通常采用3、6、8、14和16个引脚的封装。一端部片(位于每一端)在制造过程中通过稳固连接条14A、14B和14C将整个条带固定在一起。图3A至3G示出了图1所示的流程步骤的横截面图。图3A所示的引线框10包括中心管芯焊垫和两根导线15A和15B。在图3B中，半导体管芯17粘接到管芯焊垫12上(用一薄层焊料或环氧树脂，未示出)。管芯粘接操作后进行图3C所示的引线键合。对于每根键合引线18，球形键合19(进行的第一道键合)出现在管芯上，楔形键合20(最后一道键合)出现在导线(也被称为接线柱)上。楔形键合出现在引线被切断的地方。球形键合和楔形键合形状之间的不同是引线键合机器操作的特征。楔形键合优选地位于引线框15A和15B上，以避免由于引线切割而引发的应力损害半导体的危险。在图3D中，塑料21被注入(用虚线表示)，以覆盖每个管芯17和与其相连的键合引线18和导线15A、15B，如图13E的俯视图所示。连接条14A和14B故意留着不被覆盖。连接条14C的一部分被塑料覆盖，而连接条14C的大部分保持未被覆盖。修剪后，单个封装的管芯及其分离的导线通过塑料固定在一起。连接条14A和14B以及导线15A和15B的一小部分通过机械切割机而切掉，从而将最终的封装产品11和同一条带上的其它产品分开。和管芯焊垫12连接的连接条14C被修剪得与塑料封装外形一样平。最终，导线15A和15B被弯曲，以用于图3G所示的表面安装。图4A示出了安装到印刷电路板(PCB)22上的传统现有技术的SO-8封装中的尺寸限制。选择设计标准以获得高的可制造性和可靠性这两者。例如，设计标准X1，在键合引线顶上的所允许的最少量的塑料必须保证在制造过程中的任何情况下，不暴露任何键合引线18，即从塑料突出。在设定封装的最小的可能高度时，要特别限制引线键合高度X2，以防止从键合引线18到硅管芯17或管芯焊垫12的边缘的意外短路。以下的表1为每个尺寸确定了一些典型值。表1 封装所需要的实际板尺寸由下式确定YT＝YC+2(Y6+Y5+Y4+Y3+Y2+Y1)XT＝X6+X5+X4+X3+X2+X1其中YT是封装的窄向。设计标准Y7由管芯边缘结构确定，该管芯边缘结构用以避免由于弯曲而产生的管芯开裂，并允许管芯边缘封闭或合缝密封(防止离子污染进入管芯中)，如图4B所示。在所示的例子中，具有P型衬底31的硅管芯被管芯粘接到封装管芯焊垫30上。管芯焊垫和引线框可以是铜制的，但一般是由低成本的合金-42制造，合金-42对封装工业来说是非常普通的一个专门用语。衬底包括一高P型浓度区32(称作P+)和另一高度搀杂的N型材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管芯引线框组合，包括： 具有第一和第二主表面的管芯； 第一引线框，此引线框具有与所述第一引线框的一部分相连的第一连接条，此第一引线框在第一方向上在管芯第一主表面上作用一压力； 第二引线框，此引线框具有与所述第二引线框的一部分相连的第二连接条，此第二引线框在与第一方向相反的第二方向上在管芯第二主表面上作用一压力； 其中，第一和第二连接条彼此偏移，使得第一和第二引线框分别在第一和第二方向上作用在管芯上的压力在管芯上产生一扭矩。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：理查德K威廉斯，艾伦K拉姆，亚历山大K乔伊，
申请(专利权)人：理查德K威廉斯，艾伦K拉姆，亚历山大K乔伊，
类型：发明
国别省市：US[美国]