引线框架的制作方法

专利名称：引线框架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种引线框架，具体的讲，涉及一种可被小型化的，具有优 良的结构稳定性和热稳定性的引线框架，背景技术引线框架，与半导体芯片一道，是构成半导体封装的重要元件，引线框 架不仅具有作为链接半导体封装的内部和外部的引线的功能，还具有作为支 承半导体芯片的支承件的功能。图1示出了一种传统的引线框架的结构。参照图l，该传统引线框架包括用以在其上安装芯片，例如存储器装置，以保持芯片处于静态的芯片焊垫2，用以将芯片与外部线路相连的内部引线1 和外部引线6，形成于芯片焊垫2和内部引线1之间的区域的导电条4用以 将芯片接地并保持芯片电稳定，以及由粘合剂形成的复合膜状的引线锁5 deadlock)用以固定内部引线l。由于传统的引线框架为了将半导体芯片接地，必须为导电条4保留一块 区域，这就限制了引线框架尺寸的减小。另外，传统的引线框架的另一个问 题在于，例如内部引线1等元件在下料时会由于导电条4区域的存在而发生 形变。下面对这些问题作详细说明。为了在将安装于芯片焊垫2的半导体芯 片线键合于内部引线1的过程中保持恒定的高度，芯片焊垫2形成于低于内 部引线l所在区域的区域。在这时，为了保证引线框架的芯片焊垫2与导电 条4间的高度差，需要在芯片焊垫2的区域形成两个或多个台阶。这造成半 导体芯片与内部引线1间的高度差不一致，并因该高度差异导致了在半导体 芯片与内部引线1的键合过程中，内部引线1经常发生形变。另一方面，将引线框架方便的粘合于半导体芯片需要高温环境。此时， 粘合于引线框架之上的引线锁的热膨胀系数与引线框架的膨胀系数不等。因 此，当将引线锁，即合成膜粘合于引线框架之上以固定引线框架，并继而将 其恢复至初始态时，引线框架的尺寸会由于合成膜而变得不准确。也就是说， 由于引线框架的热膨胀系数一般比构成引线锁的合成膜的热膨胀系数大，其
在高温时膨胀的较多。此后，合成膜及粘合剂就粘合在了引线框架之上。完 成此工序后，当将合成膜在室温下恢复至其初始态时，因引线相框与合成膜 的热收縮差异，在合成膜与引线框架之间会产生变形。该变形会导致引线框 架与芯片分离或引线框架的间隔发生变化，从而会造成半导体芯片中形成缺陷。第5545850号美国专利公开了一种引线锁与成型树脂的粘合的改进，其 中引线锁包括金属层。该金属层仅用来改善与成型树脂的粘合，以降低在引 线锁与成型树脂间的界面处发生分层的危险，并防止在线键合过程中引线锁 与引线框架间发生变形。然而，并无法预期将该金属层用作地、电源或总线 的功能。技术问题因此，有鉴于上述问题作出了本发明，本发明的一个目的在于提供一种 引线框架，由于引线锁具有地、电源和总线的功能且不会在引线锁和引线框 架间产生变形，从而排除了对导电条的需求，并因此使引线框架尺寸得到了 减小。技术方案为实现上述目的，本发明提供了一种引线框架，包括多条引线，电连 接于一个半导体芯片；引线锁，包括设置于多条引线上的并由一种具有与内部引线相近的热膨胀系数的材料制成的基层，和设置于基层与多条引线之间的以固定多条引线并将基层粘合于引线的粘合层；以及至少一条配线，将半 导体芯片与引线锁的基层电连接。在本发明的一种具体实施方式
中，基层的热膨胀系数与内部引线的热膨 胀系数的差异在+_1(^ 111的范围内。在本发明的另一种具体实施方式
中，引线所还可以包括形成于粘合层和 基层之间的绝缘层。在本发明的另一种具体实施方式
中，可以通过固化粘合层的一部分形成 绝缘层。在本发明的另一种具体实施方式
中，引线锁还可以进一步包括电镀层，
该电镀层形成于基层至少一侧以加强配线与基层间的电连接。在本发明另一种具体实施方式
中，该电镀层可由银(Ag)制成。在本发明的一种优选的实施方式中，引线框架还可以进一步包括外部连 接终端和用于将引线锁与外部连接端链接的配线。有益效果按照根据本发明的具体实施方式
，由于导电条的区域由引线锁代替而被 取消了，因此可将引线框架小型化并且引线框架将具有出众的热稳定性和结 构稳定性。另外，由于引线框架是在下放芯片焊垫时以单层的形式形成的， 因此，可以更稳定的方式将内部引线和半导体芯片线健合。进一步的，由于 是在引线框架上直接安装半导体芯片，因此可实现半导体芯片的分布。因此， 由于芯片的分布，可实现芯片的热释放效应，并可将内部引线的排列形式由 集中式变为分布式。


通过以下详细说明并结合附图，可更加清晰的理解本发明的目的，特点 和优点。在附图中图1是表示一种传统的引线框架的结构图。图2是表示根据本发明的一种具体实施方式
的引线框架的结构图。图3是图2沿n-n'线的剖视图。图4是根据本发明的一种具体实施方式
的引线框架的剖视图。图5a是表示在因缺少绝缘层时而出现凹陷时的状态图。图5b是表示根据本发明的一种具体实施方式
的因提供了绝缘层而没有 出现凹陷的状态图。图6是表示根据本发明的另一种具体实施方式
的引线框架的剖视图。图7是表示根据本发明的另一种具体实施方式
的引线框架的结构图。
具体实施方式
下面结合附图队本发明作详细说明。图2、 3是表示根据本发明的第一种具体实施方式
的引线框架的结构图。参照图2和3，根据本发明的第一种具体实施方式
的引线框架单元11 包括芯片焊垫12，该芯片焊垫用于支承安装于其上的半导体芯片(未示出)， 分流条13，该分流条用以支承芯片焊垫12，内部引线15，该内部引线通过 线键合与半导体芯片电极相链接，外部引线16，在合成半导体封装后通过焊 接与印刷电路板相链接，框架堤坝(dam bars) 17，形成于内部引线15和外 部引线16间交界处，轨道18，用以支承引线框架单元ll且在合成半导体封 装时作为引导，并在此后被切除，引线锁20，形成于内部引线15之上并可 通过线键合与半导体芯片相链接以支承引线相框单元11并固定内部引线15， 以及至少一条配线30，该配线用于将半导体芯片与引线锁20电连接，其中， 引线锁20包括由与多条内部引线15的材料的热膨胀系数相近的材料形成的 基层22和设置于基层22与多条内部引线15之间用以固定多条内部引线15 并将基层粘合于引线的粘合层26。在本发明的引线框架11中，由于半导体 芯片电连接于引线锁20，可以方便的将引线锁作为接地，电源及总线。另外， 基层22具有与内部引线15相近似的热膨胀系数，这样可以防止因加工中， 例如线键合过程中，所产生的热量而造成的变形的出现。图3是图2沿II-II'线的剖视图。参照图3，引线锁20包括由与内部引线15的材料的热膨胀系数相近似 的材料形成的基层22和形成于基层22下方用以将基层22固定于内部引线 15的粘合层26。基层22由与内部引线15的材料的热膨胀系数相近似的材料形成。如果 内部引线15是由高导电性材料，如，铜、铝或银形成的，则基层22也由如， 铜、铝或银，这样具有与内部引线15的材料的热膨胀系数相同或相近似的材 料形成并设置于内部引线15之上。基层22为带状，覆盖内部引线15的一部 分。例如，当内部引线15是由热膨胀系数为16ppm的铜形成的，基层22则 可以由与内部引线15的材料的热膨胀系数的差异在士10ppm之间的材料形 成。同样，当内部引线15由钛(22ppm)、银(19.7ppm)、不锈钢(17ppm) 或铝(23ppm)形成，基层22则可以由与内部引线15的材料的热膨胀系数 的差异在士10ppm之间的材料形成。如果基层22的材料与内部引线15的材 料在热膨胀系数上的差异超出了士10ppm的范围，则当在将引线锁20粘合
至内部引线15后，引线锁和内部引线在室温下恢复至其初始态时，会存在产 生形变的风险。粘合层26形成于内部引线15之上，距芯片焊垫12等间距设置以具有预 设的厚度和宽度从而到固定内部引线15的作用。粘合层26即使是在250-400 "C的温度下也不会发生形变和开裂。除了不能在溶化时不流动外，粘合层26 可由本领域内的所有常用材料形成，无其他特别限制。例如，粘合层26可以 由一种合成橡胶树脂形成，例如，聚丙烯腈，聚丙烯酸酯或变体的树脂，聚 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，双酚A型环氧树脂，或线型酚醛环氧树脂。粘合层 26可以由液态环氧树脂形成。作为粘合层26的材料的具体例子包括环氧树 脂，双酚F型树脂，线型酚醛环氧树脂，四羟基苯基甲烷型环氧树脂，酚醛 环氧树脂，间苯二酚环氧树脂，多元醇-聚乙二醇型环氧树脂，聚烯烃型环氧 树脂，以及脂环双酚和卤代双酚。除这些环氧树脂外，粘合层26还可由从烯 类中选择的材料形成，例如，天然橡胶，聚异戊二烯，聚-l-丁二烯，聚-2-丁二烯，聚异丁烯和聚丁烯，聚氧乙烯和聚氧丙烯。为了使粘合层26对应用 户的需求，可以使用各种添加剂。添加剂的例子包括合成橡胶树脂，硬化 剂，软化剂，抗氧化剂，有机溶剂以及充填剂。此时，粘合层26均布于基层 22下方，这使得基层22与内部引线15间没有电接触发生。考虑到当将基层 22和粘合层26粘合至内部引线15时有压力产生，粘合层最好具有足够的厚 度以使基层22不与内部引线15相接触。粘合层26的厚度可以由经验确定并 且其可以根据符合半导体芯片的封装的尺寸的内部引线尺寸，基层22的尺 寸，当粘合粘合层26时产生的压力大小，粘合的环境条件，例如，环境温度 和粘合层26的硬化率，以及其他因素而变化。因此，如果需要，可以在加工 时不加任何具体限制地选定粘合层26的厚度。图4表示了引线框架进一步包括设置于粘合层26和基层22之间的绝缘 层25。当在将配线30线键合于基层22上的过程中，外部施加的力下压基层 22的表面时，如图5所示，该绝缘层起防止内部引线15和基层22发生短路 的作用。另外，由于绝缘层25的强度高于某一预定级别，其可以起到支承基 层22以减小凹陷的产生并且改善配线30的线键合特性的作用。根据本发明的另一种具体实施方式
，可以通过对粘合层25的一部分进行 固化形成绝缘层25。 即，绝缘层25和粘合层26由相同的材料形成并且可以 通过热固化形成交联结构。在此例中，通过在基层22下方形成粘合层26后 进行热固化来形成绝缘层25。热固化的温度和时间可以根据绝缘层25所需 的强度而变化。 一般而言，热固化可以在10(TC左右进行6-48个小时。继而， 可再在绝缘层25下方形成粘合层26以形成引线锁20。可以经过热硫化而形成粘合层26的材料的例子包括，但不限于环氧树 脂，如双酚A环氧树脂，双酚F树脂，苯酚酚醛环氧树脂，四羟苯基甲烷环 氧树脂，酚醛环氧树脂，间苯二酚环氧树脂，多元醇-聚乙二醇环氧树脂，聚 烯烃环氧树脂，脂环卤化双酚。另一方面，下面具体介绍几种上面所提到的添加剂。可以加入合成橡胶 树脂，如，聚丙烯腈，以提高粘合层25的弹性并且改善粘合层25的胶粘度。可以加入固化剂以促进形成于基层22下方的粘合层26快速固化，以防 止基层22和内部引线15电接触。粘合层26和内部引线接触后，加入固化剂 可以使内部引线25快速地固定在粘合层26上。可以加入软化剂以防止粘合层26变性并降低表面张力。软化剂可以是氨 基硅树脂，氨基化合物硅树脂和环氧硅树脂。加入有机溶剂可以提高粘合层26的粘性和可加工性。只要是常用的有机 溶剂即可，没有特别的限制，这样的例子包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、 丁苯、异丙苯、1,3,5三甲苯、对异丙基甲苯、二乙苯、戊苯、二戊苯、十二 垸基苯、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、1,4二氧六环、氯苯、二氯苯、四氯 化碳、硝基苯、异丙醇、Y-丁内酯、甲基乙基酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙 酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙 酸异戊酯、乙酸苯甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丙酸异戊酯、三 氯乙烯和嘧啶。这些有机溶剂可以单独使用，也可以混合使用。可以加入填料以增加粘合层26的隔热和绝缘性。这样的填料的例子包 括硅石、石英粉、氧化铝、碳酸钙、氧化镁、钻石粉、云母、高岭石、氟 树脂粉、硅粉、聚酰亚胺粉和锆粉。这些填料可以单独使用或者混合使用。 填料的用量的上限为，基于总固体含量，70%的重量百分比，最佳含量为5-40 %重量百分比。当填料的用量高于70%重量百分比，会降低加工过程中粘合 层26的粘性，固化后粘合层26的胶粘度和强度也会降低。
通常所使用的抗氧化剂为高分子量的受阻酚，其一个分子中含有基于总 固体重量的20%重量百分比的三个或者更多叔丁苯酚基。例如1，3，5-三(3,5-二叔丁基-4-羟苯甲基)-S-三嗪画2,4,6- (1H， 3H， 5H)三酮、1,1,3-三(2-甲 基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、四[亚甲基-(3， 5- 二叔丁基-4 -羟基苯基) 丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟苯甲基)苯。可以加入反应促进剂以促进粘合层26的形成。反应促进剂的用量等于或 低于该合成物总重量的5%重量百分比。反应促进剂是本领域常用的即可， 没有特别的限制。例子包括过氧化物，如过氧化甲乙酮、过氧化环己烷和过 氧化乙酰乙酸甲酯。基层与半导体芯片电连接。g卩，基层22与半导体芯片的特定电极或导电 区域电连接，这样，起到半导体芯片和内部引线15间的线键合所需的接地 的作用。可以使用高导电性的金属，例如铜，铝，银，钛或不锈钢，作为基 层22的材料。根据图6中所示的本发明的一种优选的实施方式，为了作特定用途，例 如，提高线键合至半导体芯片的效率和键合的刚度，可以在基层22的上方形 成作为第二金属层的电镀层22。电镀层23起到了方便对用以将半导体芯片 链接于基层22的配线30进行线键合并且稳固电连接的作用。除了需要具有 低熔点和高电导性外，对电镀层23的材料没有特殊限定。例如，用银(Ag) 形成电镀层23。链接于基层22的配线30链接于半导体芯片的导电区或特定 电极。此后，基层22链接于外部地连接端以使接地连接稳固或允许各种工序， 包括测试半导体芯片的特定电极。下面将具体阐述链接于基层22的配线30。配线30用于将基层22电连接于半导体芯片以及将基层22电连接于外部 的连接端。首先说明通过配线30电连接基层22和半导体芯片。半导体芯片 首先安装于芯片焊垫12之上，再通过配线30链接于基层22。此时，半导体 芯片与基层22的链接可以与内部引线15与半导体芯片电极相同的方式完成。 可以朝向支承芯片焊垫12的分流条13的区域形成配线30。进一歩，可在半 导体芯片和基层22间形成一条或多条配线。这样做以后，可保护接地结构免 受在后续工序中，例如密封、对引线配线的切削、以及将引线配线安装于印 刷电路板上，所产生的振动所造成的配线损伤而导致的电短路的影响。另一
条配线(未示出)，能够以与将内部引线15线键合于半导体芯片的方式相同 的方式，将基层22链接于外部连接端。另一方面，如图7所示，当根据本发明的引线框架的基层22形成于一个足够大的区域内，且在其上安装半导体芯片时，半导体芯片的电极通过线键合链接于沿基层22外围布置得各内部引线，因此增加了可以安装于同一平面 的半导体芯片的数量。传统的引线框架中已经采用了垂直安装半导体芯片的 方法。半导体芯片的垂直安装造成了可靠性差，例如线键合变形，的问题。 相反，由于多个半导体芯片可以安装于本发明的引线框架中的同一平面上， 因此实现了半导体芯片的分布。由于芯片的分布，可以实现芯片的热释放效 应并且可以将内部引线的排列方式从集中式改变为分布式。由于本发明中的引线框架使用引线锁20对安装于芯片焊垫12上的半导 体芯片接地，因此可以防止因为经由接地配线将内部引线15链接至半导体芯 片而产生的内部引线15数量的损失。在传统引线框架中，内部引线15的端 部充分延伸形成导电条以强化半导体芯片的接地。本发明中，可以移除芯片 焊垫12与内部引线15间的用于导电条的区域，这样可以使引线框架小型化。 对导电条的移除方便了芯片焊垫12与内部引线15间的台阶的形成。具体的 讲，如果安装在芯片焊垫12上的半导体芯片的电极的间距比内部引线15在 线键合过程中所需要的要高，那么键合的线上就会形成缺陷。为了防止缺陷 的形成，通过形成高度低于内部引线15的芯片焊垫12来控制半导体芯片电 极的电极厚度以及内部引线15的厚度。由于传统的引线框架具有用于导电条 的区±或，其在内部引线15和导电条之间必须具有台阶。相反，由于根据本发 明的实施方式的引线框架中导电条被移除了，且其被引线锁20取代，这样， 就不需要形成用于导电条的台阶区域了。根据本发明的引线框架，因为可以 通过使用引线锁移除接地，与使用附加导电条不同，其可以避免由于+/-引线 的交互而形成的枝状。另外，根据本发明的一种实施方式，配线30通过线键合，即月形键合， 将基层22链接于半导体芯片。也就是说，配线30是通过以下程序形成的 将半导体芯片安装于芯片焊垫12上，再将内部引线15通过线键合链接于形 成于芯片中的电极。具体的讲，配线30的形成方法包括以下步骤准备引线框架，该引线框
架包括内部引线15，通过下装工艺安装的半导体芯片，允许将内部引线15 形成于预定高度的芯片焊垫12，以及其它元件；形成引线锁20，该引线锁包括用于固定内部引线15的粘合层26和形成于粘合层之上的，用导电材料形 成的，不与内部引线15发生电接触的基层22;将半导体芯片安装于芯片焊垫12;并通过线键合过程将半导体芯片的电极连接于内部引线15。在线键合过程中，形成配线30以将引线锁20的基层22电连接于半导体芯片的导电区。 引线锁20电连接于一条或多条内部引线15并将内部引线连接于外部链接端， 以允许附加接地。发明的模式根据本发明的一种具体实施方式
的引线框架仅描述了安装一个半导体芯 片的情况。当层叠并封装多个半导体芯片时，配线也可按上述方式形成。具 体地讲，如果在根据本发明的实施方式的引线框架上层叠并安装多个半导体 芯片，则以这样的方式形成多条配线，即他们将引线锁的基层分别连接至各 半导体芯片的导电区。这样，可保证半导体芯片的电稳定性。另外，当层叠 半导体芯片时，可使用环氧塑封料(EMC)密封配线和部分引线框架。环氧 塑封料可以是现有技术中所常用的，并无特殊限定。工业实用性与半导体芯片一样，引线框架是构成半导体封装的重要元件，即起到链 接半导体封装内部和外部的作用，又作为支承半导体芯片的支承件。因此，本发明中的引线框架可以用于合成半导体存储元件，例如D-RAM， S-RAM，和闪速半导体存储元件，以及非用于存储的半导体元件，例如，微 组件，逻辑、模拟、分立器件以及光学半导体元件。
权利要求
1.一种引线框架，包括多条引线，电连接于一个半导体芯片；引线锁，包括设置于多条引线上的并由一种具有与内部引线相近的热膨胀系数的材料制成的基层，和设置于基层与多条引线之间的以固定多条引线并将基层粘合于引线的粘合层；以及至少一条配线，将半导体芯片与引线锁的基层电连接。
2. 根据权利要求1所述的引线框架，其中，基层的热膨胀系数与内部引 线的热膨胀系数的差异在士10ppm的范围内。
3. 根据权利要求1所述的引线框架，其中，引线锁还包括形成于粘合层 和基层之间的绝缘层。
4. 根据权利要求3所述的引线框架，其中，通过固化粘合层的一部分形 成绝缘层。
5. 根据权利要求1所述的引线框架，其中，引线锁进一歩包括电镀层， 该电镀层形成于基层至少一侧以加强配线与基层间的电连接。
6. 根据权利要求5所述的引线框架，其中，该电镀层由银(Ag)制成。
7. 根据权利要求1所述的引线框架，其中，引线框架进一歩包括外部连 接端和用于将引线锁与外部连接端相链接的配线。
全文摘要
本发明公开了一种引线框架，该引线框架包括多条引线，电连接于一个半导体芯片；引线锁，包括设置于多条引线上的并由一种具有与内部引线相近的热膨胀系数的材料制成的基层，和设置于基层与多条引线之间的以固定多条引线并将基层粘合于引线的粘合层；以及至少一条配线，将半导体芯片与引线锁的基层电连接。由于导电条的区域由引线锁代替而被取消了，因此可将引线框架小型化并且使引线框架具有出众的热稳定性和结构稳定性。
文档编号H01L23/48GK101133492SQ200680005704
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者姜圣洙, 安宰贤, 成基范, 金乘根 申请人:Lg麦可龙有限公司