[发明专利]用于半导体QFN/SON器件的铝引线框架

说明书

技术领域

【0001】本发明一般地涉及半导体器件和工艺领域，更具体地涉及用于小集成电路器件和半导体元件的引线框架的材料和加工。

背景技术

【0002】自从引入用于半导体器件的方形扁平无引脚(QFN)和小外形无引脚(SON)封装的概念，这些封装已处于小型化的陡学习曲线(steep learning curve)上。今天，由于小的封装尺寸(面积和厚度)，这些类别的一些类别在半导体应用中是受欢迎的。然而另一方面，随着封装尺度的降低，在保持封装可靠性以及优化电阻以抵抗分层、腐蚀、扭曲以及热机械应力方面增加了技术上的挑战。这些可靠性努力中的决定性因素是封装的引线框架。

【0003】半导体器件的引线框架在封装体内提供用于稳固地放置半导体芯片(通常是集成电路(IC)芯片)的稳定支撑垫。普遍实行的是从金属薄片(大约120μm到250μm)制造单块引线框架。为了便于制造，通常选择的起始金属是铜、铜合金或铁镍合金(如所谓“合金42”)；在需要外部引线弯曲的器件中铝是难以起作用的。所需的引线框架形状从原始片中压印或刻蚀出来。

【0004】除芯片垫外，引线框架提供多个导电段，从而把多个电导体带到接近芯片的周边。段的内端点和IC表面上接触垫之间的剩余空间被连接器桥接，这些连接器通常是例如金的细金属线，该细金属线被单独键合到IC接触垫和引线框架段。由此，内段端点的表面在冶金学上应适合于针脚附着(stitch-attaching)到连接器上。

【0005】远离IC芯片的引线段的端点(外端)需要电连接和机械连接到如印刷电路板的外电路。这种附着通常在高于200℃的回流温度下用锡合金焊料焊接完成。由此，外段端点的表面需要具有冶金学上的配置以适应回流附着到外部部分。

【0006】最终，引线框架提供用于封装敏感芯片和脆弱连接线的硬件。使用塑料材料而不是金属壳或陶瓷进行封装是优选的方法。在175℃下用于环氧基热固化合物的转换成型工艺已经实践了很多年；175℃的成型与模型固化(聚合)温度与大于200℃的焊料回流温度是兼容的。

【0007】在潮湿环境下的器件应用需要在封装引线框架部分和成型化合物之间(molding compound)具有良好的粘附性。良好粘附的两个主要贡献者是成型化合物和引线框架的金属表面(metal finish)之间的化学亲和性，以及引线框架的表面粗糙度。

【0008】近年来，很多技术趋势使得找到保持良好粘附性的满意方案变得越来越复杂。因此，使用无引脚焊料的需求将回流温度范围推到大约260℃附近。

发明内容

【0009】申请人发现依照本发明使用铝作为引线框架提供了优于现有引线框架的许多优势，这是因为未镀层的铝提供了对金线的强键合以及对成型化合物极好的附着力。此外，在封装后和器件单粒化(singulation)后仍然暴露的所有引线框架部分可以被镀上可软焊金属层，这些可软焊金属层同时保护引线框架免受腐蚀。这种引线框架及其加工方法足够灵活，从而应用于不同的半导体产品系列和宽范围的设计与装配变化，特别是对于QFN和SON器件。这一方法也可以实现朝向更高的加工成品率和更高器件稳定性这两个目标的改进。

【0010】本发明的一个实施例是带有铝引线框架的后成型镀层(plated)半导体器件。该引线框架结构包括芯片安放垫和不带有悬臂引线的多个引线段。半导体芯片被附着在芯片安放垫上，并且导电连接从芯片跨越到引线段的铝表面。聚合封装材料如成型化合物覆盖芯片、连接以及铝引线段的部分。镍层位于没有被封装材料覆盖的那些引线段部分，且在镍层上有优选为钯的贵金属层。

【0011】本发明涉及高密度集成电路，包括那些具有大量输入输出的集成电路，并涉及不带有悬臂引线的器件封装，特别是无引线器件封装。这些器件可以在多个半导体系列中找到，如标准的线性逻辑产品、处理器、数字与模拟器件、高频与高功率器件，以及大面积和小面积芯片类别。本发明也表现出与具有传统的铜(或铁镍合金)引线框架的半导体封装相比显著的半导体封装成本降低。

【0012】本发明的另一个实施例是加工半导体器件的方法。提供铝片并从这个铝片刻蚀出引线框架结构。这一结构包括芯片安放垫和不带有悬臂引线的多个引线段。带有焊盘的半导体芯片被安放在芯片安放垫上，并且芯片焊盘与各自引线段的铝表面互连。芯片、互连以及引线段的部分被封装在聚合物材料中。接下来，没有被聚合物材料覆盖的那些引线段部分被进行锌酸盐处理并(通过非电镀方法)镀上镍层，随后镀上优选为钯的贵金属层。