無引腳的半導體器件與其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路(Integrated Circuit，IC)封裝。特別地，本發明涉及無引腳封裝的半導體器件以及其制造方法。
【背景技術】
[0002]電子工業持續依賴于半導體技術的進步以實現在更緊湊的面積上的更強功能的器件。對于許多應用而言，實現更強功能的器件要求將許多電子器件集成進單一硅片中。由于在硅片的每一給定面積上的器件的數目上升，制造過程變得更加困難。
[0003]各類半導體器件被制造出來，其在多種領域內具有不同的應用。這種基于硅的半導體器件通常包括金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)，例如P溝道MOS (PMOS)、N溝道MOS (NMOS)以及互補型MOS (CMOS)晶體管、雙極晶體管、BiCMOS晶體管。這類MOSFET器件在導電柵與類似于硅的襯底之間包括絕緣材料，從而這些器件通常稱為IGFET (絕緣柵FET)。
[0004]在一個圓片襯底上制造出數個電子器件之后，特別的挑戰在于為了它們自身的目的而將這些器件封裝起來。隨著便攜系統的復雜度提升，由于器件經常鋪設在印刷電路基板上，也存在著相應的減小組成系統的單個元件的尺寸、增強電氣性能以及增強熱性能的需求。封裝需要解決這些挑戰。
【發明內容】
[0005]與一種示例的實施方式相一致地，提供一種無引腳封裝的半導體器件，其包括頂部和底部的相反主面以及在其間延伸的側面。該無引腳封裝的半導體器件包括引線框架子部件，引線框架子部件包括兩個或多個引線框架部件的陣列，每個引線框架部分在其上置有半導體管芯。至少五個I/o端，所述端的每一個包括相應的金屬側墊；以及各個金屬側墊具有階梯形狀。該實施方式的一個特點是，這些具有階梯形狀的金屬側墊被電鍍，以增強其可焊接性。
[0006]根據另外一種示例的實施方式，提供一種在無引腳芯片載帶(Leadless ChipCarrier, LCC)上形成半導體器件的方法，所述無引腳芯片載帶包括引線框架部件，所述引線框架部件包括子部件的陣列，每個子部件包括置于其上的器件管芯，所述子部件包括電連接到器件管芯的I/O端，所述I/O端通過連接筋互相連接；該方法包括:將引線框架部件與I/O端包封在模制材料中。沿第一方向進行一系列平行切割。激光切割覆蓋I/O端的模制材料，至連接筋的深度，暴露I/O端的垂直表面和水平表面。電鍍I/O端，以形成電鍍的垂直與水平表面。進行另外的系列切割，在第一方向上切割穿過連接筋及模制材料，從而在I/O端形成電鍍的階梯形狀。在第二方向上進行系列平行切割，第二方向相對于第一方向成角度，第二系列切割穿過引線框架部件和模制材料，以從引線框架部件中分離出單獨的器件。
[0007]本發明的以上摘要并不意圖代表所描述的每個實施方式或本發明的每個方面。其他方面和示例的實施方式由以下的附圖及詳細說明所提供。
【附圖說明】
[0008]本發明可通過與附圖有關的以下各實施方式的詳細說明得以完整理解；其中:
[0009]圖1A-1E為根據一種實施方式的制作器件的簡化剖面圖；
[0010]圖2A-2B為根據一種實施方式的在裝配器件時可能使用的示例的引線框架的底部視圖；
[0011]圖3A-3B為根據一種實施方式的示例的引線框架的立體視圖，其中器件已經裝配；
[0012]圖4A-4B為根據本發明而裝配的器件的掃描電子顯微照相圖(Scanning ElectronMicrograph, SEM);以及
[0013]圖5為根據一種實施方式的裝配過程的流程圖；以及
[0014]圖6A-6B所示的是根據本發明而裝配的器件管芯以及未根據本發明裝配的器件管芯。
[0015]本發明可以具有各種改款與替代形式，其中的一些通過附圖的示例來展現，并將進行詳細說明。然而，應當理解的是，其并不意圖將本發明限制為所描述的特定實施方式。相反地，其意欲覆蓋如附后的權利要求所述的，落入本發明的精神與范圍之內的所有改款、等同與替代。
【具體實施方式】
[0016]本發明被發現在解決用在可移動系統中半導體器件的封裝的挑戰時是有效的。無弓丨腳封裝的半導體器件已知地相較于有引腳封裝具有優勢。該優勢包括:由于減少引腳感應帶來的更佳的電氣性能、使用暴露的熱襯墊以改善向PCB(印刷電路板)的熱傳導而帶來的優良的熱耗散、減小的封裝厚度及更小的印跡，這將減小在PCB上所占用的面積。無引腳封裝的半導體器件的示例包括QFN(quad-flat no-lead devices，方形扁平無引腳器件)及DFN(discrete-flat no-lead devices，分立扁平無引腳器件)。然而，無引腳封裝的半導體器件的不利在于，當貼裝到PCB上時，焊接接頭的檢查可能較為困難。現有的檢查技術使用所謂自動光學檢測(Automated Optical Inspect1n，AOI)系統，在其中一個攝像頭掃描貼裝在PCB上的無引腳封裝的半導體器件，以檢查各種缺陷，例如電路連接的開路、短路，焊接連接的變薄以及不正確對位的器件。由于半導體器件的1/0端安置在器件的底部，當器件貼裝到PCB上時被遮住而不能看見，通常地對于無引腳半導體器件不可能使用AOI系統。自動X光檢測(Automatic X-Ray Inspect1n,AXI)系統可能可以檢測焊接接頭，但AXI系統較為昂貴。
[0017]使用焊接接頭可以由AOI檢查的一種解決方法是使用金屬側墊，其由器件底部的器件1/0端至少部分地延伸出來，上到器件的外部側面。通常地，金屬側墊可以由錫、鉛或錫鉛合金形成。在焊接過程中，將器件貼附到PCB，焊料將潤濕器件底部的1/0端以及金屬側墊。從而，焊接接頭的一部分將是可見的，以使AOI技術可以檢查。當金屬側墊正確焊接時，即使1/0端未被正確焊接到PCB，焊接接頭也可以被認為是良好的。
[0018]除了利于檢查之外，金屬側墊還可以減小器件在貼裝到PCB上時的傾斜。由于焊接面積增大了，金屬側墊可以提升切變和彎曲性能。
[0019]在一種不例的實施方式中，一種封裝結構包括器件管芯陣列，其嵌入包封層中。器件管芯通過任意合適的技術，例如共晶接合，連接到引線框架。形成這種無引腳器件的工藝涉及到使用一系列平行的行切和平行的列切來將包封的集成電路的二維陣列分開為單個的半導體器件封裝。第一系列的平行切割沿著定義該陣列的行，完全穿過引腳框架及包封層。
[0020]在對金屬側墊進行電鍍之后，進行第二系列的平行切割，其完全穿過引線框架及包封層。這將陣列的各列分離開來，從而提供單一的封裝。在該過程中，I/o端將被暴露，由于I/o端互相電連接，暴露的I/O端將被電鍍，以形成金屬側墊。電氣連接對于維持電連接性來說是必要的，以實現電鍍過程。
[0021]然而，對于具有兩個單獨功能管芯、在器件一側面上具有至少三個I/O端、在相反側面上具有至少兩個I/o端的無引腳半導體器件來說，由于切割順序要求在器件一側面上的引線框架結構上的中間I/o端在引線框架上是電隔離的，從而可能不能通過電鍍來形成側墊。在第一切割之后的一些I/o端會被隔離，而不能被電鍍。
[0022]進一步地，對一些無引腳封裝，在小于1.1毫米*1.1毫米的封裝尺寸上，I/O端的數目限制為3。對于其他無引腳封裝，對于尺寸大于2毫米*2毫米的封裝，I/O端的數目限制為6。
[0023]與一種示例的實施方式相一致地，提供一種方法，適用于無引腳封裝，其具有側面可焊接I/O端，其數目不限。引線框架部件具有子部件的陣列。每個子部件具有管芯附著區域，由I/O端圍繞。每個子部件的I/O端和管芯附著區域通過連接筋而電學地及機械地耦合在一起。在電子器件制造過程中，半導體器件管芯被片接到引線框架部件中的子部件陣列的一面上。器件管芯隨后被線接合到相應的I/O端。在一種示例的引線框架中，I/O端的一個被電連接到管芯接合區域，以提供到器件管芯下部面的連接。在器件管芯陣列被貼附和線接合之后，引線框架部件被包封在模制材料中。
[0024]為使個體器件可以可靠地貼裝到印刷電路板(PCB)子系統上，暴露的I/O端需要由可焊接材料進行鍍層，例如錫(Sn)。對該表面進行電鍍，已經發現對于在I/O端的暴露的下表面上實現可焊接表面是有用的。然而，在已經貼裝的產品上，該焊接的質量并不可見。提出的挑戰是提供一種檢查焊接質量的迅速的方法。一個挑戰是，對I/O端的相應的暴露的垂直表面進行電鍍。具有鍍過的垂直表面，便可以看到垂直表面上的焊接彎月面，可見的垂直表面上的充分的彎月面意味著下部的焊接是充分的。
[0025]包封的引線框架部件被暴露于激光，以去除連接筋中的模制材料，連接筋將每個子部件的I/O端互相連接。暴露連接筋便將垂直表面打開，以在引線框架部件浸入電鍍液時用于電鍍。激光提供了一種平滑的垂直側面，利用鋸切不能得到這樣的側面。
[0026]在電鍍之后，裝配和電鍍的器件管芯被通過鋸切分割。該鋸切將通過連接筋的X和Y方向進行。由于X方向的連接筋附于垂直表面的一部分，將會暴露未鍍的部分。電鍍部分具有階梯形狀。該階梯形狀在子系統裝配時提供焊接彎月面的收容。對于所使用的一種示例的引線框架，可見的半焊接/半銅的輪廓將指示出形成了充分的焊接連接。
[0027]請參考圖1A至圖1E。在示例的實施方式中，器件管芯25被附在引線框架部件100的第一面，該引線框架部件100已被設于載帶35上。在示例的實施方式中，引線框架部件100可以由銅或涂有鈀金的銅合金通過光蝕刻工藝制成。線接合27將器件25的I/O墊120a、120b連接到引線框架部件100的相對應的管芯附接墊125a、125b。模制材料130封住線接合的器件管芯25，并在I/O墊120a、120b以及管芯附接墊125a、125b之間的空間內流動。連接筋135維持管芯附接墊125a、125b以及I/O墊120a、120b之間的機械性關系。模制材料130也封住連接筋135。
[0028]請參考圖1B。利用為刻蝕模制材料而調節的激光，激光束50刻蝕穿過模制材料130，直至連接筋135露出。移除載帶35后，