专利名称：增强型电子键合引线封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路(ic)封装。更特别地，本发明涉及引线键合 IC器件管芯，其中用绝缘材料覆盖半导体管芯和封装衬底之间选定的连
接导线。
背景技术：
电子工业持续依赖半导体技术上的进步来实现更紧密区域中的更 高性能器件。对很多应用来说，实现更高性能器件要求把大量电子器件 集成到单个硅晶片。因为硅晶片的每给定面积上的电子器件数目增加， 制造过程变得更加困难。
已经对具有数量众多规则的不同应用制造了多种半导体器件。这样
的硅基半导体器件常常包括金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)， 例如P沟道M0S (PM0S)、 n沟道M0S (翻S)以及互补M0S (CMOS)晶体 管、双极性晶体管、BiCM0S晶体管。这样的MOSFET器件包括在导电栅 极和类硅衬底之间的绝缘材料；因此，这些器件通常称为IGFET (栅极 绝缘FET)。
这些半导体器件通常每个都包括半导体衬底，其上形成多个有源器 件。给定有源器件的特定结构能在器件种类间变化。例如，在M0S晶体 管中，有源器件通常包括源极和漏极区域以及调制在源极/漏极区域之间 电流的栅极电极。
另夕卜，这样的器件可以是用例如COMS、 BiCM0S、双极性等等的很多 晶片制造工艺生产的数字的或模拟的器件。衬底可以是二氧化硅、砷化 镓(GaAs)或其它适合用于在上面构建微电子电路的衬底。
在进行制造工艺之后，硅晶片具有预定数目的器件。测试这些器件。 收集和封装好的器件。
复杂IC器件的封装在它们的最终性能中扮演着越来越重要的角色。很多封装包括衬底，在其上被焊盘着陆点围绕的预定管芯附加区域上安 装器件管芯。器件管芯自身具有把它和外界通过键合引线连接起来的键 合焊盘，所述键合引线从它们各自的围绕着管芯附加区域的焊盘着陆点 附加到各自的键合焊盘上。焊盘着陆点通过衬底中限定的电子迹线和外 部触点相连接。在一些封装类型中，通过在合适的成型化合物中的封装 保护装配好的器件不受到环境破坏。
随着器件复杂度增长，键合引线数目接近几百。设计想通过努力把 封装尺寸保持在持续小型化的尺度和电子产品的特性增强来减少键合引
线间距。这样的产品包括笔记本电脑、便携式数字助理(PDA)、无线电
话、汽车电子控制模块等等。
随着技术把更多性能填到更小封装中，在封装过程期间存在相邻键 合引线弯曲和互相接触的风险，接触的键合引线导致电短路。在防止键
合引线短路的努力中，美国专利6，046，075，其题目是"Oxide Wire Bond Insulation in Semiconductor Assemblies "，将其全部内容结合在此 作为参考。
发明内容
在例子中，提供具有绝缘键合引线的半导体集成电路封装。键合引 线具有氧等离子氧化物从而形成的来从而提供帮助防止相邻键合引线之 间短路的电绝缘键合引线。
然而，在键合引线上形成的氧化物有些脆弱。因此，在封装期间， 来自成型化合物流的键合引线挠曲可能引起绝缘氧化物剥落，以及相邻 键合引线和互相接触及短路的风险。
存在解决绝缘键合引线的挑战的需要，从而使采用的绝缘作为键合 引线和可替换连接导体的代替品充分地持久以经受住封装提供的严酷。
已经发现本发明在提供键合引线绝缘方面有帮助，所述键合引线在 封装期间可能导致键合引线和相邻互相之间短路。在一些器件管芯/封装 位置上的键合引线的情况下，可以使用绝缘材料围绕的导电带。在另一 些位置，可以用弹性绝缘材料涂敷一根或更多键合引线。特别地，当信 号管腿是涂敷了绝缘材料的键合引线时，导电带适用于器件的电压基准连接。
在示例性实施例中，有具有电绝缘连接的封装中的集成电路(ic) 器件。所述IC器件包括安装在管芯附加区域上的半导体器件；半导体器 件具有多个键合焊盘。具有多个键合指状物的引线框围绕着管芯附加区 域。把具有各自的第一末端的多个相互隔离的连接导体附加到半导体器 件上各自的键合焊盘上，并把具有各自的第二末端的多个相互隔离的连 接导体附加到引线框的各自的键合指状物上。多个相互隔离的连接导体 的至少一部分涂敷有绝缘材料。
在另一个示例性实施例中，在BGA封装衬底中存在集成电路(IC)，
所述BGA封装衬底具有电绝缘连接。IC包括安装在附加区域上的半导体 器件，所述半导体器件具有键合焊盘。键合指状物围绕着管芯附加区域。 存在具有各自的第一末端以及具有各自的第二末端的多个相互隔离的连
接导体，将所述第一末端附加到半导体器件上各自的键合焊盘上，并且 将所述第二末端附加到各自的引线框键合指状物上。至少多个相互隔离 的连接导体的一部分涂敷有绝缘材料。
在另一个示例性实施例中，存在封装衬底中的集成电路(IC)器件， 所述封装衬底具有电绝缘连接。所述IC器件包括安装在管芯附加区域上 的半导体器件，半导体器件具有键合焊盘。键合指状物围绕着管芯附加 区域。有具有各自的第一末端以及具有各自的第二末端的信号连接导体， 将所述第一末端附加到半导体器件上各自的键合焊盘上，并且将所述第 二末端附加到各自的键合指状物上。多个信号连接导体是涂敷有弹性绝 缘涂敷物的键合引线。有具有各自的第一末端以及具有各自的第二末端 的电压基准导体，将所述第一末端附加到半导体器件上各自的键合焊盘 上，并且将所述第二末端附加到各自的键合指状物上。多个电压基准导 体是由绝缘材料障碍围绕的导电带。钝化包层把衬底上的半导体器件、 信号连接导体、电压基准导体以及键合指状物封装起来。
在另一个示例性实施例中，存在一种用于提供包含半导体器件芯片 的封装衬底中的增强型导线的方法。所述方法包括选择合适的封装衬底 以及键合指状物组合。在所选的键合指状物上限定电压基准位置。决定 绝缘的信号管腿。在掩模上限定图案印刷条带沟槽。用掩模限定封装衬底上的条带沟槽。在条带沟槽中，在那里沉积导电材料填充条带沟槽。 把预先决定的信号管腿和绝缘或非绝缘引线相键合。在各自的键合焊盘 和键合指状物处密封它们的各自的末端的绝缘信号引线。在钝化包层中 封装半导体器件芯片。
本发明上面的总结不倾向于代表本发明的每个公开实施例或每个 方面。在下面的图和详细描述中将提供其它方面和示例性实施例。
根据以下结合附图对本发明不同实施例的详细描述，将更完全地理 解本发明，其中
图1A是根据本发明实施例的封装衬底顶视图，所述封装衬底说明 限定电压基准条带的沟槽，所述沟槽在封装衬底中各自的键合焊盘和键 合指状物之间形成；
图1B是具有绝缘沟槽的图1B的试图，所述绝缘沟槽填充有把电压 基准从IC器件管芯连接到封装衬底的导电材料；
图1C是封装在钝化包层中的图1B的视图1D是图1C所示封装的侧视图，表示绝缘材料围绕的电源带； 图1E是是图1C所示封装的侧视图，表示根据本发明实施例的绝缘 键合引线；
图2是使用用于导电带的多层的封装以及封装绝缘键合引线的导电 带的侧视图；以及
图3是根据本发明实施例的电气上增强封装的工艺流程图。
具体实施例方式
虽然本发明应服从不同修正和替换形式，通过附图中例子的方法已 经表示了其特例，并将详细描述。然而，应当理解，本发明不应限制于 描述的特定实施例。相反，倾向于覆盖所有属于申请的权利要求定义的 本发明范畴和精神中的修正、等价物以及替代物。
已经发现本发明在减少引线键合封装中电导线短路可能性方面有 帮助。通过具有弹性绝缘材料的绝缘键合引线避免短路。另外，通过使用导电带连接在它们各自的键合焊盘之间的电源和地以及封装引线框的 引线指状物，提高引线键合封装的电气性能。导电带减少绝缘键合引线 的阻抗。在进一步增强中，也可以在导电带之间插入绝缘材料。在用成 型化合物封装期间，插入的绝缘材料最小化键合引线和导电带的任何移 动。在用绝缘材料保护它们的情况下，任何确实导致导线接触的移动并 不使它们短路。
在示例性实施例中，使用本发明修改了球栅阵列(BGA)封装。导 电带连接IC器件的电源和地键盘以及在封装衬底上它们各自的键合指 状物。用弹性材料绝缘在相邻导电带中的键合引线。不绝缘其它不靠近
导电带的键合引线，因为该键合引线不和其它键合引线短路。
参考图1A。在BGA衬底5中封装了IC器件。把半导体器件100附加到
附加区域10上。半导体器件100具有多个键合焊盘20a、 25a、 30a以及35a。
具有多个键合指状物20b、 25b、 30b以及35b的引线框围绕着管芯附加区
域IO。把这些各自的键合焊盘(20a、 25a、 30a以及35a)以及键合指状
物(20b、 25b、 30b以及35b)每个都互相连接。在示例中.，键合指状物
25b是电压(VDD)连接，而键合指状物30b地(GND)连接，以及键合指
状物20b是一个信号(SIG)连接。根据本发明实施例提供这些三个示例
连接附加环绕绝缘。另一个信号连接(SIG2)键合指状物35b和到键合焊
盘35a的键合引线相连接。
向衬底5涂敷绝缘材料15的层。导电带区域25c限定在VDD键合 指状物25b和键合焊盘25a之间。另一个导电带区域30c限定在GND键 合指状物30b和键合焊盘30a之间。开口 20c限定在SIG键合指状物20b 和键合指状物20a之间。另一个开口 35c限定在键合指状物35b和键合 焊盘35a之间。可以用光刻限定导电带区域。可以集成到焊接掩模中。 成型塑料区域可以限定包含导电带的沟槽。在特殊工艺中，通过涂抹或 旋涂可以选择性地施加聚对二甲苯。
参考图1B。在限定为信号(SIG)的键合焊盘20a上，键合引线20 连接键合焊盘20a和键合指状物20b，所述键合指状物20b和信号管腿 55相连接。键合引线40覆盖有弹性绝缘45。在非绝缘引线的情况下， 自动键合器件分配绝缘键合引线。键合引线可以是金、铜或者铝，取决于特定应用。可以用聚对二甲苯、环氧材料或者聚碳酸酯来绝缘键合引
线。在另一个限定为地(GND)的键合焊盘30a上，在导电带区域25c 中限定了导电带25d。键合焊盘25a和键合指状物25b相连接，所述键 合指状物25b和封装地管腿相连接。键合焊盘35a和具有非绝缘键合引 线50的键合指状物35b相连接。在这个区域，在钝化包层封装期间，很 少有相邻键合引线弯曲和互相接触的机会。导电材料可以是用作固化工 艺或等离子沉积金属等等的浆料的溅射金属、电镀金属、导电塑料。一 些导电材料包括但不限于铜、金、银、铝、镍、导电聚合物等等。附加 导电材料也可以包括具有铝、铜、银、镍和碳纳米管等等导电填充物的 塑料。
参考图1C。在封装衬底5中，把已经与封装电连接的半导体器件 IOO封装在钝化包层50中。
图1D和1E以图1C中封装的半导体器件100的区域的侧视图进行 描述。图lD表示在15a的绝缘材料15围绕的电源带25d。图1E描述绝 缘键合引线40和非绝缘键合引线50。钝化包层50封装这些键合引线40、 50。绝缘材料15防止导电带25d和30d由于在封装期间受到的力移动。
在根据本发明的另一个实施例中，绝缘键合引线40具有施加在键 合指状物和键合焊盘45a上的附加绝缘，以便密封绝缘45的末端。参考 图1F。键合引线40完全绝缘。导电材料能包住完全绝缘的键合引线。 导电材料和参考电压相连接，例如电源和地。具有更接近完全绝缘键合 引线的参考电压减少键合引线关于该电压基准的阻抗。
迄今为止描述的实施例适用于用在衬底的绝缘材料单层，并且导电 带位于一个平面(onelevle)上。然而，本发明可以用于其中使用导电 带和绝缘层多平面(multiple levels)的衬底上。
参考图2。根据本发明实施例装配半导体器件200。衬底205具有 用于电源(PWR)、地(GND)、信号(SIG)以及第二信号(SIG2)的各自 的键合指状物210b、 215b、 220b以及225b。在安装在管芯附加区域310 上的半导体器件管芯300上，有分别定义为PWR、 GND、 SIG以及SIG2 的键合焊盘210a、 215a、 220a以及225a。这些键合焊盘在电气上和对 应的可能附加焊接球的键合指状物210b、 215b、 220b以及225b相连接。
10SIG具有键合引线250，连接其键合指状物220b和半导体器件200上的 键合焊盘220a。绝缘材料255围绕着键合引线250。在键合指状物220b (SIG)，可以在另一个绝缘材料260中封装具有绝缘材料255的键合引 线250;在键合焊盘222a，可以在另一个绝缘材料265中封装具有绝缘 材料255的键合引线250。这些附加封装步骤服务于保护不和附近形成 的其它导线短路。在导电带215上可以使用绝缘材料270。紧邻导电层 210c连接键合指状物210b (PWR)。绝缘材料270防止导电带210c和导 电带215短路。在导电带210c上可以使用附加绝缘层275。在其中不需 要对短路特别预防的区域，键合引线230在SIG2连接键合焊盘225a和 键合指状物225b。在如前所述安装器件管芯300和制作电气连接之后， 用绝缘材料280封装这个组合。
在另一个示例性实施例中，可以使用图l所示封装，然而在导电带 之间限定附加绝缘障碍。这些障碍减少封装期间导电带移动和可能地互 相短路的可能性。
在器件上可能存在多个电源供电轨迹和参考地。在复杂IC器件中， 可以存在几个供电源。例如，可以为内核定义分立电源总线和地总线， 并为输入/输出管腿的外环定义电源/地总线。常常地，这些分立电源/ 地总线通过隔离输入/输出开关瞬态和IC器件核心来帮助提高器件性 能。
本发明可以用于使用引线键合连接IC器件管芯的不同封装。封装 可以包括但不限于无引线芯片载体(LCC)、球栅阵列(BGA)等等。参考 图3。在根据本发明的封装IC器件的示例工艺100中，用户首先选择合 适的封装类型110。在围绕半导体管芯的选择的键合指状物上限定电压 基准管腿(即VDD和GND)的位置120。决定信号管腿(即输入和输出) 的位置130。可以把这些其中必须控制阻抗的管腿放置得更靠近电压基 准管腿。另外，在成型化合物中相继封装期间对移动敏感的这些管腿必 然使用绝缘键合引线。另外，必须考虑在这些绝缘键合引线的键合引线 末端的绝缘。由特定IC器件、封装设计约束、可制造性、成本等等指定 电压基准和信号管腿的位置。
己经决定信号管腿130和电压基准管腿的位置之后，限定连接IC键合焊盘和它们各自的封装键合指状物的导电带的位置140。生成条带 掩模，以便可以把绝缘沟槽和障碍印刷到封装衬底上。这些沟槽可以用 弹性绝缘材料形成。这些绝缘材料可以包括但不限于环氧材料、热塑性 塑料或硅树脂等等。在示例工艺中，通过标准光刻技术施加条带掩模图 案。创建围绕IC键合悍盘的沟槽以及其对应的键合指状物。用户使用导 电材料来填充沟槽150。电压基准具有比键合引线提供的更鲁棒的电气 连接，电流经过其中。在制作用于电压基准的电气连接之后，键合这些 使用引线键合的管腿160。为了保护键合引线不互相短路，使用覆盖有 弹性绝缘材料的键合引线。在绝缘键合引线的末端(在键合焊盘和引线 框键合指状物，可以添加附加绝缘170。为了密封IC器件管芯和连接不 受到破坏，封装经历在合适的成型化合物中的封装180。
虽然参考几个特殊示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员应 该了解在不脱离所附权利要求所阐述的本发明精神和范畴下可以进行多 种修改。
权利要求
1.一种在具有电绝缘连接的封装中的集成电路(IC)器件，包括安装在附加区域上的半导体器件，所述半导体器件具有多个键合焊盘；围绕着所述管芯附加区域的引线框，所述引线框具有多个键合指状物；多个相互隔离的连接导体，具有各自的第一末端以及各自的第二末端，将所述第一末端附加到所述半导体器件上的各自的键合焊盘上，并且将所述第二末端附加到所述引线框的各自的键合指状物上；以及绝缘材料，涂敷在所述多个相互隔离的连接导体的至少一部分上。
2. 如权利要求1的IC器件，还包括钝化包层，把所述半导体器件、 相互隔离的连接导体以及所述引线框的键合指状物封装起来。
3. 如权利要求2的IC器件，其中所述多个相互隔离的连接导体是 两种类型信号连接以及电压基准连接。
4. 如权利要求2的IC器件，其中所述信号连接是涂敷有绝缘涂敷 物的键合引线。
5. 如权利要求2的IC器件，其中所述电压基准连接是由绝缘材料 障碍物围绕的导电带。
6. 如权利要求5的IC器件，其中所述导电带是下列的至少之一 铜、铝、金、银、镍、焊料、具有导电填充物的塑料。
7. —种BGA封装衬底中的集成电路(IC)器件，所述BGA封装衬 底具有电绝缘连接，包括安装在附加区域上的半导体器件，所述半导体器件具有键合焊盘； 围绕着所述管芯附加区域的键合指状物；多个相互隔离的连接导体，具有各自的第一末端以及各自的第二末 端，将所述第一末端附加到半导体器件上的各自的键合焊盘上，并且将 所述第二末端附加到各自的键合指状物上；以及绝缘材料，涂敷在所述多个相互隔离的连接导体的至少一部分上。
8. 如权利要求7的IC器件，其中所述多个相互隔离的连接导体是两种类型信号连接以及电压基准连接。
9. 如权利要求8的IC器件，其中所述电压基准连接是在封装衬底中限定的导电带，所述导电带由绝缘材料围绕；以及其中所述信号连接是涂敷有绝缘材料的键合引线。
10. —种封装衬底中的集成电路(IC)器件，所述封装衬底具有电 绝缘连接，包括安装在附加区域上的半导体器件，所述半导体器件具有键合焊盘； 围绕着所述管芯附加区域的键合指状物；信号连接导体，具有各自的第一末端以及各自的第二末端，将所述 第一末端附加到半导体器件上的各自的键合焊盘上，并且将所述第二末 端附加到各自的键合指状物上，其中多个所述信号连接导体是涂敷有弹性绝缘涂敷物的键合引线； 电压基准导体，具有各自的第一末端以及各自的第二末端，将所述 第一末端附加到所述半导体器件上的各自的键合焊盘上，并且将所述第 二末端附加到各自的键合指状物上，其中多个所述电压基准导体是由绝缘材料障碍物围绕的导电带；以及钝化包层把衬底上的半导体器件、信号连接导体、电压基准导体以 及键合指状物封装起来。
11. 如权利要求10的IC器件，其中所述涂敷有弹性绝缘涂敷物的 键合引线，在它们各自的第一末端和第二末端处所附加的位置由额外的 弹性绝缘涂敷物密封。
12. 如权利要求11的IC器件，其中所述封装衬底是球栅阵列(BGA)。
13. 如权利要求11的IC器件，其中所述键合引线的弹性涂敷物从 至少下列之一中选出聚对二甲苯、环氧材料或者聚碳酸酯。
14. 如权利要求11的IC器件，其中所述障碍物的绝缘材料从至少 下列之一中选出衬底材料、焊接掩模。
15. 如权利要求11的IC器件，其中导电带是从至少下列之一中选 出的导电材料铜、金、银、铝、镍、导电聚合物、具有铝、铜、银、镍和碳纳米管导电填充物的塑料。
16. —种用于在包含半导体器件芯片的封装中提供增强型导体的方法，所述方法包括选择合适的封装衬底以及键合指状物组合； 在选定的键合指状物上限定电压基准位置； 确定哪个信号管腿具有绝缘；在掩模上限定用于印刷条带沟槽的图案，并且在所述封装衬底上限 定所述条带沟槽；沉积导电材料以填充所述条带沟槽；如同预先确定的那样，把信号管腿和绝缘/非绝缘引线相键合； 在各自的键合焊盘和键合指状物处，采用绝缘材料在所述绝缘信号 引线的各自末端密封所述绝缘信号引线；以及 在钝化包层中封装所述半导体器件芯片。
全文摘要
根据示例实施例，有具有电绝缘连接的封装中的集成电路(IC)器件。IC器件包括安装在管芯附加区域(10)上的半导体器件(100)；半导体器件具有多个键合焊盘(20a、25a、30a、35a)。具有多个键合指状物(20b、25b、30b、35b)的引线框围绕着管芯附加区域。把具有各自的第一末端的多个相互隔离的连接导体(25d、30d、40、50)附加到半导体器件上各自的键合焊盘上，并把具有各自的第二末端的多个相互隔离的连接导体附加到各自的引线框键合指状物上。至少多个相互隔离的连接导体的一部分涂敷有绝缘材料(45)。相互隔离的连接导体可以包括用于信号连接的键合导线(40、50)以及用于电压基准连接的导电带(25d、30d)。涂敷键合导线的绝缘材料(45)减少封装期间短路的可能性。
文档编号H01L21/60GK101410974SQ200780010424
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者克里斯·怀兰德 申请人:Nxp股份有限公司