二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構及工藝方法
【專利摘要】本發明涉及一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構及工藝方法，所述結構包括金屬基板框（1），所述金屬基板框（1）內部設置有基島（2）和引腳（3），所述引腳（3）呈臺階狀，所述基島（2）背面與引腳（3）的臺階面齊平，所述引腳（3）的臺階面上設置有金屬層（4），所述基島（2）背面正裝有芯片（6），所述芯片（6）表面與金屬層（4）表面之間通過金屬線（7）相連接，所述金屬基板框（1）內部區域填充有塑封料（8），所述塑封料（8）正面與引腳（3）臺階面齊平，所述塑封料（8）背面與金屬基板框（1）背面齊平,所述基島（2）正面、引腳（3）的正面和背面以及金屬基板框（1）的正面和背面設置有抗氧化層（9）。本發明的有益效果是：它能夠解決傳統金屬引線框無法埋入物件而限制金屬引線框的功能性和應用性能。
【專利說明】二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構及工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構及工藝方法，屬于半導體封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統的四面扁平無引腳金屬引線框結構主要有兩種:
一種是四面扁平無引腳封裝(QFN)引線框，這種結構的引線框由銅材金屬框架與耐高溫膠膜組成(如圖22所示)；
一種是預包封四面扁平無引腳封裝(PQFN)引線框，這種結構的引線框結構包括引腳與基島，引腳與基島之間的蝕刻區域填充有塑封料(如圖23所示)。
[0003]上述傳統金屬引線框存在以下缺點:
1、傳統金屬引線框作為裝載芯片的封裝載體，本身不具備系統功能，從而限制了傳統金屬引線框封裝后的集成功能性與應用性能；
2、由于傳統金屬引線框本身不具備系統功能，只能在引線框正面進行芯片及組件的平鋪或者堆疊封裝，而功率器件與控制芯片封裝在同一封裝體內，功率器件的散熱會影響控制芯片信號的傳輸；
3、由于傳統金屬引線框本身不具備系統功能，所以多功能系統集成模塊只能在傳統金屬引線框正面通過多芯片及組件的平鋪或堆疊而實現，相應地也就增大元器件模塊在PCB上所占用的空間。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述不足，提供一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構及工藝方法，它能夠解決傳統金屬引線框缺乏系統功能的問題。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構，它包括金屬基板框，所述金屬基板框內部設置有基島和引腳，所述引腳呈臺階狀，所述基島和引腳的正面與金屬基板框正面齊平，所述引腳的背面與金屬基板框的背面齊平，所述基島背面與引腳的臺階面齊平，所述引腳的臺階面上設置有金屬層，所述基島背面通過導電或不導電粘結物質正裝有芯片，所述芯片表面與金屬層表面之間通過金屬線相連接，所述金屬基板框內部區域填充有塑封料，所述塑封料正面與引腳臺階面齊平，所述塑封料背面與金屬基板框背面齊平，所述基島正面、引腳的正面和背面以及金屬基板框的正面和背面設置有金屬抗氧化層或是披覆抗氧化劑(OSP)。
[0006]所述芯片與基島背面之間設置有金屬層。
[0007]—種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構的工藝方法，所述方法包括以下步驟:
步驟一、取金屬基板 步驟二、貼光阻膜作業 在金屬基板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟三、金屬基板正面及背面去除部分光阻膜
利用曝光顯影設備將步驟二完成貼光阻膜作業的金屬基板正面及背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面及背面后續需要進行電鍍的區域；步驟四、電鍍抗氧化金屬層或披覆抗氧化劑(OSP)
在步驟三中金屬基板正面及背面去除部分光阻膜的區域電鍍上抗氧化金屬層或披覆抗氧化劑(OSP)；
步驟五、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜；
步驟六、貼光阻膜作業
在步驟四完成電鍍抗氧化金屬層后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟七、金屬基板背面去除部分光阻膜
利用曝光顯影設備將步驟六完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面后續需要進行蝕刻的區域；
步驟八、蝕刻
在步驟七中金屬基板背面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻；
步驟九、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜；
步驟十、貼光阻膜作業
在步驟八完成蝕刻后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟十一、金屬基板背面去除部分光阻膜
利用曝光顯影設備將步驟十完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面蝕刻區域后續需要進行電鍍的區域；
步驟十二、電鍍金屬線路層
在步驟十一中金屬基板背面蝕刻區域去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層，金屬線路層電鍍完成后即在金屬基板背面形成相應的基島和引腳；
步驟十三、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜；
步驟十四、裝片
在步驟十二形成的基島背面通過導電或不導電粘結物質植入芯片；
步驟十五、金屬線鍵合
在芯片正面與步驟十二形成的引腳之間進行鍵合金屬線作業；
步驟十六、環氧樹脂塑封
在完成裝片打線后的金屬基板背面蝕刻區域進行環氧樹脂塑封保護；
步驟十七、貼光阻膜作業
在步驟十六完成環氧樹脂塑封后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻
膜； 步驟十八、金屬基板正面去除部分光阻膜
利用曝光顯影設備將步驟十七完成貼光阻膜作業的金屬基板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面后續需要進行蝕刻的區域；
步驟十九、蝕刻
在步驟十八中金屬基板正面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻；
步驟二十、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜。
[0008]當步驟四電鍍的抗氧化金屬層為鎳金或鎳鈀金時，步驟六和步驟七可省略。
[0009]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
1、金屬減法技術引線框架的夾層可以因為系統與功能的需要而在需要的位置或是區域內埋入主動元件或是組件或是被動的組件，成為一個單層線路系統級的金屬引線框架；
2、從金屬減法技術引線框架成品的外觀完全看不出來內部夾層已埋入了因系統或是功能需要的對象，尤其是硅材的芯片的埋入連X光都無法檢視，充分達到系統與功能的隱密性及保護性；
3、金屬減法技術引線框架的夾層在制作過程中可以埋入高功率器件，二次封裝再進行控制芯片的裝片，從而高功率器件與控制芯片分別裝在金屬減法技術引線框兩側，可以避免高功率器件因熱輻射而干擾控制芯片的信號傳輸；
4、金屬減法技術引線框架本身內含埋入對象的功能，二次封裝后可以充分實現系統功能的集成與整合，從而同樣功能的元器件模塊的體積尺寸要比傳統引線框封裝的模塊來的小，相應在PCB上所占用的空間也就比較少，從而也就降低了成本；
5、金屬減法技術引線框架的夾層在制作過程中可以因為導熱或是散熱需要而在需要的位置或是區域內埋入導熱或是散熱對象，從而改善整個封裝結構的散熱效果；
6、金屬減法技術引線框架成品本身就富含了各種的組件，如果不再進行后續第二次封裝的情況下，將金屬減法技術引線框架依照每一格單元切開，本身就可成為一個超薄的封裝體；
7、金屬減法技術引線框架除了本身內含對象的埋入功能之外還可以在封裝體外圍再疊加不同的單元封裝或是系統級封裝，充分達到單層線路金屬引線框架的雙系統或是多系統級的封裝技術能力；
8、金屬減法技術引線框架內所埋入的物件或對象均與金屬厚度齊平，充分的體現出超薄與高密度的填充在金屬減法技術引線框內的厚度空間之中。
[0010]9、二次先蝕后鍍金屬框減法技術引線框會在金屬引線框表面塑封料正面呈現一定的高低斷差，其優點是在第二次塑封料塑封后可以牢牢的抓扣住金屬凸點，從而降低了塑封體與金屬引線框因為CTE (膨脹系數或是收縮率)的差距而產生分層的可靠性的不良。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖廣圖20為本發明一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構工藝方法的各工序不意圖。
[0012]圖21為本發明一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構的示意圖。[0013]圖22為傳統四面扁平無引腳封裝(QFN)引線框結構的示意圖。
[0014]圖23為預包封四面扁平無引腳封裝(PQFN)引線框結構的示意圖。
[0015]其中:
金屬基板框I 基島2
引腳3 金屬層4
導電或不導電粘結物質5 芯片6 金屬線7 塑封料8 抗氧化層9。
【具體實施方式】
[0016]參見圖21，本發明一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構，它包括金屬基板框1，所述金屬基板框I內部設置有基島2和引腳3，所述引腳3呈臺階狀，所述基島2和引腳3的正面與金屬基板框I正面齊平，所述引腳3的背面與金屬基板框I的背面齊平，所述基島2背面與引腳3的臺階面齊平，所述引腳3的臺階面上設置有金屬層4，所述基島2背面通過導電或不導電粘結物質5正裝有芯片6，所述芯片6表面與金屬層4表面之間通過金屬線7相連接，所述金屬基板框I內部區域填充有塑封料8，所述塑封料8正面與引腳3臺階面齊平，所述塑封料8背面與金屬基板框I背面齊平，所述基島2正面、引腳3的正面和背面以及金屬基板框I的正面和背面設置有抗氧化層9。
[0017]所述芯片6與基島2背面之間設置有金屬層4。
[0018]其工藝方法如下:
步驟一、取金屬基板
參見圖1，取一片厚度合適的金屬基板，金屬基板的材質可以是銅材、鐵材、鍍鋅材、不銹鋼材、鋁材或可以達到導電功能的金屬物質或非金屬物質，厚度的選擇可依據產品特性進行選擇；
步驟二、貼光阻膜作業
參見圖2，在金屬基板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜，光阻膜可以是干式光阻膜也可以是濕式光阻膜；
步驟三、金屬基板正面及背面去除部分光阻膜
參見圖3，利用曝光顯影設備將步驟二完成貼光阻膜作業的金屬基板正面及背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面及背面后續需要進行電鍍的區域；
步驟四、電鍍抗氧化金屬層或披覆抗氧化劑(OSP)
參見圖4，在步驟三中金屬基板正面及背面去除部分光阻膜的區域電鍍上抗氧化金屬層或披覆抗氧化劑(OSP)；
步驟五、去除光阻膜 參見圖5，去除金屬基板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法采用化學藥水軟化并采用高壓水沖洗即可；
步驟六、貼光阻膜作業
參見圖6，在步驟四完成電鍍抗氧化金屬層后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜，光阻膜可以是干式光阻膜也可以是濕式光阻膜；
步驟七、金屬基板背面去除部分光阻膜
參見圖7，利用曝光顯影設備將步驟六完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面后續需要進行蝕刻的區域；
步驟八、蝕刻
參見圖8，在步驟七中金屬基板背面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻，化學蝕刻的技術可以采用氯化銅、氯化鐵或是可以進行腐蝕金屬材料的化學藥劑；
步驟九、去除光阻膜
參見圖9，去除金屬基板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法采用化學藥水軟化并采用高壓水沖洗即可；
步驟十、貼光阻膜作業
參見圖10，在步驟八完成蝕刻后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜，光阻膜可以是干式光阻膜也可以是濕式光阻膜；
步驟十一、金屬基板背面去除部分光阻膜
參見圖11，利用曝光顯影設備將步驟十完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面蝕刻區域后續需要進行電鍍的區域；
步驟十二、電鍍金屬線路層
參見圖12，在步驟十一中金屬基板背面蝕刻區域去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層，金屬線路層電鍍完成后即在金屬基板背面形成相應的基島和引腳，金屬線路層的材質可以是銀、鎳金或鎳鈀金等，可以根據不同特性變換電鍍的厚度或是可導電的金屬材料，電鍍方式可以是電解電鍍也可以采用化學沉積的方式；
步驟十三、去除光阻膜
參見圖13，去除金屬基板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法采用化學藥水軟化并采用高壓水沖洗即可；
步驟十四、裝片
參見圖14，在步驟十二形成的基島背面通過導電或不導電粘結物質植入芯片，植入芯片的方式可以根據產品特性靈活選擇，可以采用基島正面點膠裝片、芯片背面覆蓋膠層或DAF(Die Attach Film)膜的方式進行裝片；
步驟十五、金屬線鍵合
參見圖15，在芯片正面與步驟十二形成的引腳之間進行鍵合金屬線作業；
步驟十六、環氧樹脂塑封
參見圖16，在完成裝片打線后的金屬基板背面蝕刻區域進行環氧樹脂塑封保護，環氧樹脂材料可以依據產品特性選擇有填料或是沒有填料的種類； 步驟十七、貼光阻膜作業
參見圖17，在步驟十六完成環氧樹脂塑封后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟十八、金屬基板正面去除部分光阻膜
參見圖18，利用曝光顯影設備將步驟十七完成貼光阻膜作業的金屬基板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面后續需要進行蝕刻的區域；
步驟十九、蝕刻
參見圖19，在步驟十八中金屬基板正面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻，化學蝕刻的技術可以采用氯化銅、氯化鐵或是可以進行腐蝕金屬材料的化學藥劑；
步驟二十、去除光阻膜
參見圖20，去除金屬基板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法采用化學藥水軟化并采用高壓水沖洗即可。
【權利要求】
1.一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構，其特征在于:它包括金屬基板框(1)，所述金屬基板框(I)內部設置有基島(2)和引腳(3)，所述引腳(3)呈臺階狀，所述基島(2)和引腳(3)的正面與金屬基板框(I)正面齊平，所述引腳(3)的背面與金屬基板框(I)的背面齊平，所述基島(2)背面與引腳(3)的臺階面齊平，所述引腳(3)的臺階面上設置有金屬層(4)，所述基島(2)背面通過導電或不導電粘結物質(5)正裝有芯片(6)，所述芯片(6)表面與金屬層(4)表面之間通過金屬線(7)相連接，所述金屬基板框(I)內部區域填充有塑封料(8)，所述塑封料(8)正面與引腳(3)臺階面齊平，所述塑封料(8)背面與金屬基板框(I)背面齊平，所述基島(2)正面、引腳(3)的正面和背面以及金屬基板框(I)的正面和背面設置有抗氧化層(9)。
2.根據權利要求1所述的一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構，其特征在于:所述芯片(6)與基島(2)背面之間設置有金屬層(4)。
3.一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構的工藝方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: 步驟一、取金屬基板 步驟二、貼光阻膜作業 在金屬基板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟三、金屬基板正面及背面去除部分光阻膜 利用曝光顯影設備將步驟二完成貼光阻膜作業的金屬基板正面及背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面及背面后續需要進行電鍍的區域；步驟四、電鍍抗氧化金屬層 在步驟三中金屬基板正面及背面去除部分光阻膜的區域電鍍上抗氧化金屬層； 步驟五、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜； 步驟六、貼光阻膜作業 在步驟四完成電鍍抗氧化金屬層后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟七、金屬基板背面去除部分光阻膜 利用曝光顯影設備將步驟六完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面后續需要進行蝕刻的區域； 步驟八、蝕刻 在步驟七中金屬基板背面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻； 步驟九、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜； 步驟十、貼光阻膜作業 在步驟八完成蝕刻后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟十一、金屬基板背面去除部分光阻膜 利用曝光顯影設備將步驟十完成貼光阻膜作業的金屬基板背面蝕刻區域進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板背面蝕刻區域后續需要進行電鍍的區域；步驟十二、電鍍金屬線路層 在步驟十一中金屬基板背面蝕刻區域去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層，金屬線路層電鍍完成后即在金屬基板背面形成相應的基島和引腳； 步驟十三、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜； 步驟十四、裝片 在步驟十二形成的基島背面通過導電或不導電粘結物質植入芯片； 步驟十五、金屬線鍵合 在芯片正面與步驟十二形成的引腳之間進行鍵合金屬線作業； 步驟十六、環氧樹脂塑封 在完成裝片打線后的金屬基板背面蝕刻區域進行環氧樹脂塑封保護； 步驟十七、貼光阻膜作業 在步驟十六完成環氧樹脂塑封后的金屬基板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟十八、金屬基板正面去除部分光阻膜 利用曝光顯影設備將步驟十七完成貼光阻膜作業的金屬基板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬基板正面后續需要進行蝕刻的區域； 步驟十九、蝕刻 在步驟十八中金屬基板正面去除部分光阻膜的區域進行化學蝕刻； 步驟二十、去除光阻膜 去除金屬基板表面的光阻膜。
4.根據權利要求3所述的一種二次先鍍后蝕金屬框減法埋芯片正裝平腳結構的工藝方法，其特征在于:當步驟四電鍍的抗氧化金屬層為鎳金或鎳鈀金時，步驟六和步驟七可省略。
【文檔編號】H01L23/495GK103646934SQ201310645302
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】梁志忠, 梁新夫, 王亞琴 申請人:江蘇長電科技股份有限公司