专利名称：集成电路芯片封装和方法
技术领域：
本发明大体上涉及集成电路芯片封装技术，且更特定来说涉及有利地组合引线框技 术与MAP (模具阵列封装)技术的封装。
背景技术：
集成电路小片常规上封闭在塑料封装中，塑料封装提供针对不利环境的保护并实现 集成电路小片与下伏衬底(例如，印刷电路板)之间的电互连。此类封装的元件包含金 属引线框、集成电路小片、用以将集成电路小片附接到引线框的接合材料、将集成电路 小片上的垫电连接到引线框的各个引线的接合线，以及覆盖组件并形成封装外部的硬塑 料密封剂材料。引线框是封装的中心支撑结构，且引线框的一部分在封装的内部。也就是说，引线 框的若干部分由塑料密封剂完全包围。引线框的引线的若千部分在塑料密封剂外部，或 部分暴露于密封剂材料内以用于将芯片封装电连通到另一组件或印刷电路板。为了大量、低成本制造的目的，当前技术是蚀刻或压印薄的金属材料片以形成界定 多个引线框的面板或条带。单一面板或条带可形成为包含多个阵列，其中每一阵列包含 根据特定图案的多个引线框。在典型的半导体封装制造工艺中，安装多个集成电路小片 并将其线接合到条带上引线框中的相应引线框，接着将密封剂材料涂覆到条带以便密封 集成电路小片、接合线以及上述引线框中每一者的若干部分。所属领域的技术人员将了 解，层压带可用于在模制过程期间保护引线框的底部。或者，可在工具的底部上使用软 模具以在引线框的指状物周围形成密封。在密封剂材料硬化之后，接着将条带上和密封剂内的引线框切开或单体化以用于制 造各个半导体封装。通常经由锯切过程完成此种单体化，其中使用锯条在各个引线框之 间形成通道(锯缝)，使得锯缝便于使引线框彼此分离。然而，集成电路组合件的定价压力促进了替代的阵列封装解决方案的发展。举例来 说，球栅格阵列(BGA)封装提供优于基于引线框封装的优点，例如总输入/输出计数和 封装体大小。因此，在有机BGA型封装解决方案中封装越来越多的新IC。然而将了解， 几乎每个新解决方案都有其自身的问题和缺点。举例来说，与基于引线框的封装相比， BGA封装的缺点包含较高的输入/输出电导、较弱的热性能以及通常较高的成本。 因此，可综合模具阵列封装和引线框封装两者的优点的封装解决方案将是有利的。 发明内容因此，本发明提供方法和包括导电栅格框的结构，所述导电栅格框具有选定大小且 包括具有顶面的上部、中部和底部。所述栅格框类似于形成于条带上的引线框，且还类 似于MAP条带设计。然而，所述栅格框将由引线框合金制成且在引线框设计中并入栅格 图案以用于电路小片定位和附接线接合。此外，由于所述引线框条带为固体，因此不需 要底部带层压或软模具电路小片来保护栅格框的底部接触。所述栅格框的上部界定在栅 格框的中部从顶面向通道底部延伸的通道以便形成多个端接焊盘。因此，所界定的通道 在顶面处比在通道的底部处窄。当将模制化合物沉积于封装上且允许其固化或硬化时， 固化材料与引线框互锁，因为通道宽度在框的顶面处较窄。集成电路芯片包含多个连接 点，且可为线接合芯片或倒装芯片。在线接合芯片的情况下，芯片上的连接点通过接合 在端接焊盘与连接点之间的线导体连接到端接焊盘中的选定端接焊盘。对于倒装芯片， 将倒装芯片底侧上的焊接球布置成对应于端接焊盘中的选定端接焊盘。在集成电路芯片 的焊球接合到适当位置以便在集成电路芯片电路与端接焊盘之间形成电连接之后，将模 制材料沉积于集成电路芯片和栅格框上，以便填充界定于引线框中的通道。接着在栅格 框的底部中界定多个单体化通道，且所述单体化通道从底部向中部延伸以完成端接焊盘 之间的电隔离。单体化通道可通过锯切、碾磨或通过蚀刻而形成于栅格框的底部中。当 然将了解单体化通道将对应于栅格框的上部中界定端接焊盘的通道或与其对齐。还应了解， 一个以上集成电路芯片可定位于栅格框上，使得封装中包含两个集成电 路芯片。此外， 一个或一个以上表面安装的离散装置也可连接于端接焊盘中的选定端接 焊盘之间。还将了解，矩形(包含正方形)集成电路芯片可经定位以使得两行或两行以上端接 焊盘可存在于矩形形状的集成电路芯片的四侧中的一个或一个以上侧上。此外，当集成 电路芯片为倒装芯片且连接点为焊料块时，端接焊盘中的选定端接焊盘可界定凹痕以用 于在栅格框上精确定位集成电路小片。另外，为了帮助封装去除热量，倒装芯片也可在 其顶面上包含导热层，其包含从所述导热层延伸到端接焊盘中的选定周边端接焊盘的导 热支腿以便于从所述阵列封装中去除热量。
图1是根据本发明的栅格框条带设计的顶视图；图2A和2B表示图1的栅格框条带的放大部分，且说明可如何与相同的栅格框条带
设计一起使用具有不同尺寸且具有不同数目输出连接器的各个芯片；图3A展示用于将16个引线框放置在88 x 27栅格框条带上的布局，且图3B说明用于放置电路小片的定位符tic标记；图4A和4B展示根据本发明的栅格框的透视图和部分横截面图图5A到5E说明本发明的栅格框的实例以及离散装置附接到线接合芯片上；图6A和6B说明通过锯切栅格框底侧来使芯片单体化；图7是根据本发明的栅格框封装的横截面图，其中通过碾磨来完成单体化；图8A、 8B和8C说明根据本发明的栅格框封装的各个实例，其包含两个芯片、两个离散装置和一升高的离散装置以消除由于锯切过程带来的损坏；图9说明与根据本发明的栅格框一起使用的倒装芯片的横截面图；图IOA、 IOB和IOC说明根据本发明的芯片封装的制造过程，其中集成电路芯片为倒装芯片；图11说明根据本发明另一实施例的焊球连接和单体化通道的细节；以及 图12说明具有导热支腿的倒装芯片散热片。
具体实施方式
图1展示根据本发明教示的示范性栅格框条带设计。如图所示，栅格框可为压印或 蚀刻的导电材料(例如铜或铜合金)片，且还可经过预先电镀以便于有效的线接合。可 在栅格框衬底中蚀刻栅格，或者用薄锯锯切若干次可产生可用于形成栅格的锯痕宽度 ("锯缝")的组合。在任何情况下，均在栅格中形成通道，且形成各个栅格的通道在栅 格框的顶面处比在通道底部处窄。此外，通过具有在从栅格框的顶面延伸到通道底部时 宽度增加的通道，固化的模制化合物和栅格框将互锁。栅格框的大小以及栅格的间距可取决于不同要求而变化。通常，栅格间距将选择为 0.5、 0.65、 0.8或l.Omm的尺寸。举例来说，图1的栅格框条带设计说明88个单位长且 27个单位宽的栅格框，其包含具有0.5 mm间距的栅格。然而，应了解，图1的栅格框 仅是实例，且栅格框长度和宽度二者均可经选择或设计以具有较多数目或较少数目的单 位。图2A的实例说明可以何种方式定位具有约1.6乘1.5 mm的电路小片的线接合芯片 20a以覆盖包括16个端接焊盘(4x4)的区域，从而使得芯片20a的每一侧上有三行22a、 22b和22c以及22h、 22i和22j端接焊盘可用的方式。同样，芯片20a的另外两侧上有水 平行24a、 24b和24c以及24h、 24i和24j可用。因此，对于具有10个单位乘10个单位 大小的栅格的部分来说，84个端接焊盘连接可用于与图2A的芯片20a—起使用。因此
将了解，如果栅格框阵列由图l所示的栅格框条带形成(即，27个单位宽且88个单位 长)，那么栅格框条带可用于提供用于图2A说明类型的16个各个集成电路芯片的栅格框。 如上提到，栅格框条带可经选择以具有大于88个单位(或小于)的长度和大于(或小于) 27个单位的宽度。类似地，如图2B所示的1.965 mm正方形集成电路芯片20b可安装在图1的栅格框 条带的包括8个栅格单位乘8个栅格单位的区域中。在此实施例中，集成电路芯片20b 的四个侧中的每一侧上将有两行端接焊盘可用，使得总共有48个端接焊盘将可用于连接 每一芯片。因此，可从图1说明的27乘88栅格框条带设计实例中获得27个图2B说明 的类型的栅格框封装。现参看图3A，其中有图1的27 x 88栅格框条带实例的说明本发明灵活性的另一视 图。图3A的此视图说明用于提供16个各个芯片(例如芯片26a、 26b、 26c和26d)的 布局。图3B是包含引线框26A的图3A的左上角部分的放大视图。Tic标记(例如Tic 标记28和30)用于定位栅格框条带的区域以用于电路小片放置的适当对准和将条带分 离为各个引线框。现参看图4A，展示例如关于图2A讨论的具有10乘10栅格图案的栅格框衬底32 的透视图。图4A的10 x 10栅格图案可表示27 x 88单位栅格框条带的一部分或任意选 定大小的栅格框条带的一部分。图4B是放大视图，其说明界定各个端接焊盘的通道(例 如通道34)的宽度如何在底面38处比顶面36处小或窄。通道34的底面大约位于栅格 框衬底32的中间或中部。栅格框衬底32将论述为具有顶部、中部和底部。尽管可使用提供通道34以使得通道宽度在顶部处比在通道底部38处小的任何合适 技术，但一种有效的技术是通过各向同性蚀刻。或者，可使用薄锯条以不同角度进行的 若干次锯切。现参看图5A到5D，其中展示说明本发明方法的图式序列。图5A类似于上述图4， 不同之处在于具有100个界定的端接焊盘42 (即，10 x 10)的栅格框32进一步包含表 面安装的离散装置44，例如电容器或电阻器，其具有直接焊接在两个端接焊盘42a与42b 之间的导电末端44a和44b。或者，可在端接焊盘与导电末端之间添加连接线。当然将了 解表面安装的离散装置44的安装是可选的。因此，现参看图5B，其中展示位于栅格框 32上的线接合芯片46，使得线接合芯片46的每一侧上存在三行端接焊盘。图5B中还说 明从线接合芯片46到端接焊盘42的线接合连接48的实例。尽管仅展示5个线接合连接， 但将了解，未由芯片46覆盖的全部84个端接悍盘32均可用于连接。
图5C说明接着如何在线接合芯片46、连接线接合芯片的导体48、包含未由芯片46 使用的端接焊盘的端接焊盘42以及衬底32上形成模制化合物50。重要的是注意模制化 合物还流入形成于衬底32中的鸡尾形通道34且当模制化合物固化和硬化时锁定在适当 位置。图5C还展示可如何在栅格框32的底面中切割或蚀刻通道，例如四个通道52。通 道52与形成于栅格框顶部中的通道34对准，使得其完全分离且电隔离封装的100个端 接焊盘。图5D说明全部通道52已切割穿过引线框32的已完成封装，且图5E是图5D 的底视图，其展示己完成封装的全部单体化各个端接焊盘。更具体来说，参看图6A和6B，其中有图2B的芯片和8x8栅格框组合件的更详细 横截面图。如图所示，导体48在个别端接焊盘42之间连接到线接合芯片46顶面上的连 接点56。在所说明的视图中可见，引线框的底部32a是整体的固体导电材料(例如铜或 铜合金)片。因此应了解，不同的各个端接焊盘42仍全部一起电连通。因此，参看图 6B，其说明借助于形成底部通道52来单体化或分割各个端接焊盘42的过程，所述底部 通道52对应于栅格框32顶面上界定各个端接焊盘42的通道34或与其对齐。因此可见， 锯条58完全切割穿过栅格框的底部32a以分离各个端接焊盘42。尽管可使用各种形状的 锯条以形成用于分离端接焊盘的通道的底部栅格，但所属领域的技术人员将了解，考虑 锯条的形状以便减少完成封装中的应力可能是重要的。举例来说，锯条58a具有圆形切 割边缘。参看图7，展示用于划分或分离各个端接焊盘34的另一实施例。根据图7的实施例， 底面32a可由轮60碾磨或摩擦以移除材料，直到达到形成于栅格框32的顶部中的通道 为止。为限制必须移除的材料量，形成于顶部中的栅格通道可优选更深地延伸进入引线 框。在移除充足的材料以使栅格框的各个端接焊盘单体化之后，可能需要在底面上提供 合金电镀59。图8A、 8B和8C类似于图6A的装置，不同之处在于图8A包含两个不同的芯片46a 和46b,且图8B和8C除了上述芯片46之外还包含两个离散的表面安装装置44a和44b。 图8C说明可能需要升高离散装置44c使其高于栅格框衬底的顶面62，以便防止由锯痕 52进入模制材料过深带来的可能损坏。所属领域的技术人员将了解，先前的论述是关于连接和形成电子封装，其中集成电 路芯片是线接合芯片。将了解，还可有利地相对于倒装芯片使用本发明。因此，参看图 9，其中展示根据本发明的封装的横截面图，其包括倒装芯片64的简化实例，其具有安 装到形成于栅格框32上的端接焊盘42的焊球连接66。模制材料50与栅格框32中切割
的通道34互锁，并密封倒装芯片64。图10A到10C说明根据本发明如何将倒装芯片64安装到端接焊盘42的栅格框阵列 32的顶面。以加热倒装芯片结构直到焊球66软化并将芯片64接合到引线框32的典型 方式来实现将焊球连接66连接到端接焊盘42。然而，在定位并接合倒装芯片64且形成 电连接之后，根据本惯例的过程类似于上文关于线接合芯片论述的过程。因此，以与上 文论述相同的方式在倒装芯片64和栅格框32周围包含模制化合物层50。而且，与上文 关于线接合芯片论述的情况一样，界定用作通至焊球连接的连接的各个端接焊盘的通道 在顶部处比其在通道底部处窄。因此，液体化合物将填充通道，且当固化时将相对于栅 格框32锁定在适当位置，借此提供强健且稳固的封装。接着如同上文关于线接合封装所 论述，通过提供穿过栅格框底部32a的对应于形成于顶部中的通道34且与其对齐的锯缝 52来使端接焊盘单体化。当然还将了解，如上文论述，可使用蚀刻技术而不是使用锯来 实现单体化。接着在图IOC中说明最终产品的仰视图。根据图11说明的本发明的另一实施例，经定位以接纳倒装芯片64的焊球连接66的 各个端接焊盘42的表面可在一个或一个以上端接焊盘中界定凹痕或类似压痕68，以便 捕捉倒装芯片64并帮助将倒装芯片64对准在栅格框32上的适当位置。再次参看图9到图12，其中展示尤其适用于倒装芯片64封装的本发明的又一实施 例。如上文论述，球栅格阵列型封装的缺点是不佳的热性能和从倒装芯片中移除热量的 问题。本发明提供独特的机会用于实现从倒装芯片中有效地移除热量。参看图12，其中 展示用于倒装芯片的散热片70 (通常由铝、铜或其它导热金属制成)，其包含导热支腿 70a、 70b、 70c、 70d和70e。散热片70接合到倒装芯片64的顶面，且各个导热支腿每 一者均接合到周边端接焊盘42中的一者，使得存在从倒装芯片的顶面穿过接合到倒装芯 片顶面的传导层或散热片70接着穿过各个传导支腿70a-70e到达栅格框结构32上的选定 端接焊盘42的优良传热路径。连接到散热片的传导支腿的各个端接焊盘又可连接到印刷 电路板的传导部分，封装安装在所述传导部分上以进一步改进从封装中移除热量。尽管已详细描述本发明及其优点，但应了解，在不脱离如本文界定的本发明范围的 情况下可在其中做出各种改变、替代和更改。
权利要求
1.一种集成电路芯片封装设备，其包括栅格框，其具有选定大小且包括具有顶面的上部、中部和底部，所述上部界定从所述顶面延伸到所述中部的通道以用于形成多个端接焊盘，所述通道在所述顶面处具有选定的宽度且在所述顶面以下具有大于所述选定宽度的宽度；集成电路芯片，其具有电连通到所述端接焊盘中的选定端接焊盘的多个连接点；模制材料，其覆盖所述集成电路芯片和所述栅格框，以便填充界定于所述栅格框中的所述通道；以及多个单体化栅格通道，其界定所述栅格框的所述底部中的栅格，所述栅格通道从所述底部朝向所述栅格框的所述中部延伸且所述栅格通道与界定于所述顶面中的所述通道对齐以用于提供所述端接焊盘之间的电隔离。
2. 根据权利要求l所述的设备，其中所述集成电路芯片连接点是所述芯片顶侧上的连 接垫，其进一步包括电连通于所述连接垫与所述端接焊盘中的选定端接焊盘之间的 多个导体，且其中所述模制材料覆盖所述多个导体。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中所述集成电路芯片定位于所述栅格框的顶面上， 使得所述端接焊盘中的所述选定端接焊盘不由所述集成电路芯片覆盖。
4. 根据权利要求1、 2或3所述的设备，其中所述集成电路芯片为倒装芯片；所述连 接点为焊料块；且所述倒装芯片安装在所述端接焊盘中的所述选定端接悍盘上，使 得所述焊料块与所述选定端接焊盘电连通。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述选定端接焊盘中的至少一者的所述顶面界定 压痕以接纳相应的焊料块，以便于在所述栅格框上精确定位所述电子倒装芯片。
6. 根据权利要求4所述的设备，其中所述倒装芯片进一步包括导热层，所述导热层覆 盖所述倒装芯片的顶侧的至少一部分。
7. 根据权利要求6所述的设备，其进一步包括从所述导热层延伸到所述端接焊盘中的 周边端接焊盘的导热支腿以便于从所述设备中移除热量。
8. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包括接合到所述集成电路芯片的底面和所述 基底栅格框的顶面的插入引线框。
9. 根据权利要求l所述的设备，其中第二集成电路芯片安装在所述端接焊盘中的其它 选定端接焊盘上并与其电连通。
10. —种制造集成电路芯片封装的方法，其包括以下步骤提供栅格框，所述栅格框具有选定大小且包含具有顶面的上部、中部和底部；在所述栅格框的所述上部中形成通道，所述通道从所述顶面延伸到所述中部并界 定多个端接焊盘，所述通道在所述顶面处具有选定的宽度且在所述顶面以下具有大 于所述选定宽度的宽度；在所述栅格框上定位具有多个连接点的集成电路芯片；将所述连接点电连通到所述端接焊盘中的选定端接焊盘；用模制材料密封所述集成电路芯片和所述栅格框，以便填充形成于所述栅格框中 的所述通道；以及形成多个单体化通道，其在所述栅格框的所述底部中界定栅格，所述栅格通道从 所述栅格框的所述底部朝向所述中部延伸，且与形成于所述顶部中的所述通道对齐 以电隔离所述端接焊盘。
11. 根据权利要求10所述的方法，其进一步包括以下步骤在所述覆盖步骤之前在所 述集成电路芯片的顶侧上形成连接垫作为所述连接点并在所述连接垫与所述端接 焊盘中的所述选定端接焊盘之间电连通多个导体，使得所述多个导体被密封。
12. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤形成焊料块作为所述集成电 路芯片上的所述连接点；且其中所述定位所述集成电路芯片的步骤包括以下步骤 将所述焊料块定位于所述端接焊盘中的所述选定端接焊盘上，使得所述焊料块与所 述选定端接焊盘电连通。
13. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤在所述端接焊盘中的所述选定端接焊盘中的至少一者的顶面中形成凹痕以接纳相应的焊料块，以便于在所述栅 格框上准确定位所述集成电路芯片。
14. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤用导热层覆盖所述集成电路芯片的顶面的至少一部分，和提供从所述导热层延伸到所述端接焊盘中的周边端接 焊盘的导热支腿以便于从所述栅格框阵列封装中移除热量。
15. 根据权利要求10-14中任一权利要求所述的方法，其中通过使所述栅格框与栅格框阵列衬底条带分离来形成所述栅格框。
全文摘要
一种半导体封装组合了模制阵列封装(MAP)和引线框封装的特征。所述封装包含导电衬底(32)，其界定替代常规引线的导电垫栅格。集成电路芯片附接到引线框的顶面，且所述芯片的输出端子个别地电连通到引线框栅格阵列的选定连接垫(42)。倒装芯片(64)和/或线接合芯片可连接到所述栅格阵列。所述栅格垫由延伸中途穿过所述导电衬底的通道界定。所述通道的宽度从所述引线框的顶面到所述通道(34)的底部增加，使得模制化合物(50)在其固化和硬化时锁定在适当位置。通过从所述引线框衬底的底面中锯切或蚀刻出与界定所述顶面上的所述连接垫的通道对应的通道来使所述栅格垫单体化。
文档编号H01L23/495GK101151727SQ200680010768
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月3日 优先权日2005年2月3日
发明者亚历杭德罗·埃尔南德斯-卢纳, 工藤孝彦, 正本睦, 马克·艾伦·格伯 申请人:德州仪器公司