专利名称：一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装及制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体元器件制造技术领域，尤其涉及到具有热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装(Flip Chip Quad Flat Non-lead Package，FCQFN)，本发明还包括该封装件的制造方法。
背景技术：
随着电子产品如手机、笔记本电脑等朝着小型化，便携式，超薄化，多媒体化以及满足大众化所需要的低成本方向发展，高密度、高性能、高可靠性和低成本的封装形式及其组装技术得到了快速的发展。与价格昂贵的BGA等封装形式相比，近年来快速发展的新型封装技术，即四边扁平无引脚QFN(Quad Flat Non-lead lockage)封装，由于具有良好的热性能和电性能、尺寸小、成本低以及高生产率等众多优点，引发了微电子封装技术领域的一场新的革命。图IA和图IB分别为传统QFN封装结构的背面示意图和沿Ι- 剖面的剖面示意
图，该QFN封装结构包括引线框架11，塑封材料12，粘片材料13，IC芯片14，金属导线15， 其中引线框架11包括芯片载体111和围绕芯片载体111四周排列的引脚112，IC芯片14 通过粘片材料13固定在芯片载体111上，IC芯片13与四周排列的引脚112通过金属导线 15实现电气连接，塑封材料12对IC芯片14、金属导线15和引线框架11进行包封以达到保护和支撑的作用，引脚112裸露在塑封材料12的底面，通过焊料焊接在PCB等电路板上以实现与外界的电气连接。底面裸露的芯片载体111通过焊料焊接在PCB等电路板上，具有直接散热通道，可以有效释放IC芯片14产生的热量。与传统的TSOP和SOIC封装相比， QFN封装不具有鸥翼状引线，导电路径短，自感系数及阻抗低，从而可提供良好的电性能，可满足高速或者微波的应用。裸露的芯片载体提供了卓越的散热性能。随着IC集成度的提高和功能的不断增强，IC的I/O数随之增加，相应的电子封装的I/O引脚数也相应增加，但是传统的四边扁平无引脚封装件，单圈的引脚围绕芯片载体呈周边排列，限制了 I/O数量的提高，满足不了高密度、具有更多I/O数的IC的需要，而且由于具有一定长度的金属导线的存在，会引起传输信号的延迟和串扰，还可能导致冲线、 塌丝等工艺缺陷，具有一定高度的线弧限制了封装体厚度的减小。随着封装体尺寸的减小， 同时芯片的功率却越来越大，导致封装体内的热流密度日益提高，因此需要选用低热阻材料、导热胶或者散热片等有效的导出封装体内部的热量，保持封装体温度在允许的范围内， 从而提高封装体的可靠性。传统的引线框架无台阶式结构设计，无法有效的锁住塑料材料， 导致引线框架与塑封材料结合强度低，易于引起引线框架与塑封材料的分层甚至引脚或芯片载体的脱落，而且无法有效的阻止湿气沿着引线框架与塑封材料结合界面扩散到电子封装内部，从而严重影响了封装体的可靠性。传统QFN产品在塑封工艺时需要预先在引线框架背面粘贴胶带以防止溢料现象，待塑封后还需进行去除胶带、塑封料飞边等清洗工艺，增加了封装成本增高。使用切割刀切割分离传统的四边扁平无引脚封装件，切割刀在切割塑封材料的同时也会切割到引线框架金属，不仅会造成切割效率的降低和切割刀片寿命的缩短，而且会产生金属毛刺，影响了封装体的可靠性。因此，为了突破传统QFN的低I/O数量的瓶颈，提高封装体的可靠性和降低封装成本，急需研发一种高可靠性、低成本、高I/O密度的QFN封装及其制造方法。发明内容
本发明提供了一种高密度、热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装 (Flip Chip Quad Flat Non-lead Package,FCQFN)及其制造方法，以达到突破传统 QFN 的低I/O数量的瓶颈和提高封装体的可靠性的目的。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案
本发明提出一种热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，包括引线框架、第一金属材料层、第二金属材料层、具有凸点的IC芯片、绝缘填充材料、粘贴材料、导热隔片、散热片和塑封材料。引线框架沿厚度方向具有台阶式结构，具有上表面、下表面和台阶表面。引线框架包括芯片载体和多个围绕芯片载体呈多圈排列的引脚。芯片载体配置于引线框架中央部位，芯片载体四边边缘部位沿厚度方向具有台阶式结构。围绕芯片载体呈多圈排列的引脚的横截面形状呈圆形或者矩形状，其中每个引脚包括配置于该上表面的内引脚和配置于该下表面的外引脚。第一金属材料层和第二金属材料层分别配置于引线框架的上表面位置和下表面位置。具有凸点的IC芯片倒装焊接配置于引线框架上表面的第一金属材料层位置。绝缘填充材料配置于引线框架的台阶式结构下，支撑、保护引线框架。导热隔片通过粘贴材料配置于IC芯片有缘面与芯片载体之间。IC芯片上的凸点通过回流焊或者热压焊与引线框架连接，以实现电气互联。散热片通过粘贴材料配置于IC芯片无缘面上，通过塑封材料包覆形成封装件。
根据本发明的实施例，引脚框架具有多个围绕芯片载体呈三圈排列的引脚。
根据本发明的实施例，包括芯片载体和围绕芯片载体呈三圈排列的引脚的引线框架具有台阶式结构。
根据本发明的实施例，围绕芯片载体呈三圈排列的引脚的横截面形状呈圆形形状。
根据本发明的实施例，围绕芯片载体呈三圈排列的引脚的横截面形状呈矩形形状。
根据本发明的实施例，芯片载体每边的引脚排列方式为平行排列。
根据本发明的实施例，芯片载体每边的引脚排列方式为交错排列。
根据本发明的实施例，引线框架上表面和下表面分别配置有第一金属材料层和第二金属材料层。
根据本发明的实施例，引线框架上表面和下表面分别配置的第一金属材料层和第二金属材料层包括镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)金属材料。
根据本发明的实施例，通过倒装上芯设备将具有凸点的IC芯片倒装焊接配置于引线框架上表面的第一金属材料层位置，IC芯片上的凸点通过回流焊或者热压焊与引线框架连接。
根据本发明的实施例，通过导热的粘贴材料将导热隔片配置于IC芯片有缘面与芯片载体之间。
根据本发明的实施例，IC芯片上凸点为三圈排列和面阵排列。根据本发明的实施例，IC芯片上凸点为无铅焊料凸点、含铅焊料凸点或者金属凸
点ο根据本发明的实施例，导热隔片材料种类是铜、铝等具有良好导热性能的金属材料。根据本发明的实施例，引线框架台阶式结构下配置绝缘填充材料。根据本发明的实施例，引线框架台阶式结构下配置绝缘填充材料种类是热固性塑封材料，或者塞孔树脂、油墨以及阻焊绿油等材料。根据本发明的实施例，散热片配置于IC芯片无缘面上。根据本发明的实施例，散热片材料种类是铜、铝等具有良好导热性能的金属材料。根据本发明的实施例，暴露出IC芯片无缘面。本发明提出一种热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件(FCQFN) 制造方法，包括以下步骤步骤1 配置掩膜材料层对薄板基材进行清洗和预处理，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料层图形。步骤2 配置第一金属材料层和第二金属材料层在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料层的窗口中分别配置第一金属材料层和第二金属材料层。步骤3 下表面选择性部分蚀刻移除薄板基材下表面的掩膜材料层，以第二金属材料层为抗蚀层，对薄板基材下表面进行选择性部分蚀刻，形成凹槽。步骤4:配置绝缘填充材料在薄板基材下部分经选择性半蚀刻形成的凹槽中填充绝缘材料。步骤5 上表面选择性部分蚀刻移除薄板基材上表面的掩膜材料层，以第一金属材料层为阻蚀层，对薄板基材上表面进行选择性部分蚀刻，形成具有台阶式结构的引线框架，包括分离的芯片载体和多圈引脚。步骤6A 配置导热隔片(可选)通过导热的粘贴材料将导热隔片配置于芯片载体的第一金属材料层上。步骤6B 配置具有凸点的IC芯片通过倒装上芯设备将具有凸点的IC芯片倒装焊接配置于引线框架上表面的第一金属材料层位置，IC芯片上的凸点与引线框架连接。步骤7 配置散热片(可选)通过导热的粘贴材料将散热片配置于IC芯片的无缘面上。步骤8:塑封通过塑封材料包覆形成封装件产品阵列。步骤9:打印对塑封后的产品阵列进行激光打印。步骤10 切割分离产品
切割分离产品，形成独立的单个封装件。
根据本发明的实施例，通过电镀或者化学镀方法配置第一金属材料层和第二金属材料层。
根据本发明的实施例，以第一金属材料层和第二金属材料层为抗蚀层，对薄板基材上表面和下表面选择性部分蚀刻。
根据本发明的实施例，绝缘填充材料通过丝网印刷或者涂布等方法配置在半蚀刻凹槽中。
根据本发明的实施例，IC芯片上的凸点通过回流焊或者热压焊与多圈引脚的内引脚、芯片载体连接。
根据本发明的实施例，选用刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法切割分离产品，且仅切割塑封材料和绝缘填充材料，不切割引线框架。
基于上述，根据本发明，多圈排列的引脚具有较高的I/O密度，引线框架的台阶式结构增加了与塑封材料和绝缘填充材料的结合面积，具有与塑封材料和绝缘填充材料相互锁定的效果，能够有效防止引线框架与塑封材料和绝缘填充材料的分层以及引脚或芯片载体的脱落，有效阻止湿气从封装件结构外部向内部扩散，小面积尺寸的外引脚能够有效防止表面贴装时桥连现象的发生，引线框架上表面和下表面分别配置的第一金属材料层和第二金属材料层能够有效提高倒装焊接质量和表面贴装质量，IC芯片上的凸点作为电气联接的通道，缩短了信号传输路径，减少了信号延迟和串扰，还且降低了封装体的高度，凸点和导热隔片作为热传导的通道，提升了封装体的热性能，IC芯片的无缘面上配置的散热片以及IC芯片背面外露出封装体，增加了封装体散热的能力，可将封装件的散热性能提升30% 以上，而且改善了封装体的可靠性，由于单个封装体之间仅由塑封材料和绝缘填充材料相连，因此当使用切割刀切割分离产品，不会切割到引线框架金属材料，从而提高了切割效率，延长了切割刀的寿命，防止了金属毛刺的产生，同时省去了传统QFN封装流程中的塑封前引线框架背面粘贴胶膜、塑封后去除胶膜和塑封料飞边等工艺，降低了封装成本。
下文特举实施例，并配合附图对本发明的上述特征和优点做详细说明。
图IA为传统QFN封装结构的背面示意图IB为沿图IA中的Ι- 剖面的剖面示意图2Α为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为圆形，且芯片载体每边的引脚排列方式为平行排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图2Β为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为矩形，且芯片载体每边的引脚排列方式为平行排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图3Α为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为圆形，且芯片载体每边的引脚排列方式为交错排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图IBB为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为矩形，且芯片载体每边的引脚排列方式为交错排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图4为根据本发明的实施例绘制的，沿图2Α-Β和图3Α-Β中的1_1剖面的剖面示意图5为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图；图6为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图；图7为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图；图8为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图；图9为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图；图IOA至图IOL为根据本发明的实施例绘制的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装件结构的制造流程剖面示意图，所有剖面示意图都为沿图4剖面所示的剖面示意图。
图IOM切割分离后的2个热增强型多圈引脚排列封装件。图中标号100.传统四边扁平无引脚封装结构，11.引脚框架，111.芯片载体112. 引脚，12.塑封材料，13.粘片材料，14. IC芯片，15.金属导线，200、200a、200b、200c、200d、 200A、200B、200C、200D、200E、200F.热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，201.引线框架，202.芯片载体，203.引脚，20.薄板基材，20a.薄板基材上表面、引线框架上表面，20b.薄板基材下表面、引线框架下表面，21a、21b.掩膜材料层，22.第一金属材料层，23.第二金属材料层，22a.第一金属材料层表面，23a.第二金属材料层表面，24. 凹槽，24a.台阶式结构表面，24b.台阶式结构，25.绝缘填充材料，25a.绝缘填充材料表面， 26. IC芯片，26a. IC芯片有缘面，26b. IC芯片无缘面，27.凸点，28.粘贴材料，29.散热片， 30.塑封材料，31.导热隔片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细说明图2A为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为圆形，且芯片载体每边的引脚排列方式为平行排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图。图2B为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为矩形，且芯片载体每边的引脚排列方式为平行排列的热增强型多圈弓I脚排列FCQFN封装结构的背面示意图。参照上述图2A-B可以看出，在本实施例中，热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构200a和200b的引线框架201包括芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚 203，且芯片载体202每边的引脚203的排列方式为平行排列，在引线框架201下表面配置有第二金属材料层23，在引线框架201中配置有绝缘填充材料25。不同之处在于图2A的热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构中的引脚横截面为圆形，图2B 的热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构中的引脚横截面为矩形。图3A为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为圆形，且芯片载体每边的引脚排列方式为交错排列的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构的背面示意图。图;3B为根据本发明的实施例绘制的引脚横截面为矩形，且芯片载体每边的引脚排列方式为交错排列的热增强型多圈弓I脚排列FCQFN封装结构的背面示意图。
参照上述图3A-B可以看出，在本实施例中，热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构200c和200d的引线框架201包括芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚 203，且芯片载体202每边的引脚203的排列方式为交错排列，在引线框架201下表面配置有第二金属材料层23，在引线框架201中配置有绝缘填充材料25。不同之处在于图3A的热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构中的引脚横截面为圆形，图3B 的热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构中的引脚横截面为矩形。
图4为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图。结合图2A-B、图3A-B，参照图4，在本实施例中，热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构200A包括引线框架201、第一金属材料层22、第二金属材料层23、绝缘填充材料25、IC 芯片26、凸点27、粘贴材料观、散热片29、塑封材料30。
图5为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图。结合图2A-B、图3A-B，参照图5，在本实施例中，热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构200B包括引线框架201、第一金属材料层22、第二金属材料层23、绝缘填充材料25、IC 芯片26、凸点27、粘贴材料观、散热片四、塑封材料30。
图6为根据本发明的实施例绘制的，沿图2A-B和图3A_B中的1_1剖面的剖面示意图。结合图2A-B、图3A-B，参照图6，在本实施例中，热增强型多圈引脚排列FCQFN封装结构200C包括引线框架201、第一金属材料层22、第二金属材料层23、绝缘填充材料25、IC 芯片26、凸点27、粘贴材料观、散热片29、塑封材料30、导热隔片31。
在图4、图5和图6的实施例中，引线框架201作为导电、散热、连接外部电路的通道，沿厚度方向具有台阶式结构Mb，具有上表面20a和相对于上表面20a的下表面20b，以及台阶式结构Mb的台阶表面Ma。引线框架201包括芯片载体202和围绕芯片载体202 呈多圈排列的引脚203，芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚203都具有台阶式结构Mb。芯片载体202配置于引线框架201中央部位，芯片载体202四边边缘部位沿厚度方向具有台阶式结构Mb。多个引脚203配置于芯片载体202四周，围绕芯片载体202 呈多圈排列，且沿厚度方向具有台阶结构Mb，其横截面形状呈圆形或者矩形状，其中每个引脚203包括配置于该上表面20a的内引脚和配置于该下表面20b的外引脚。
第一金属材料层22和第二金属材料层23分别配置于引线框架201的上表面20a 位置和引线框架201的下表面20b位置，第一金属材料层22与引脚203的内引脚具有相同尺寸大小，第二金属材料层23与引脚203的外引脚具有相同尺寸大小。第一金属材料层22 具有金属材料层表面22a，第二金属材料层23具有金属材料层表面23a。
绝缘填充材料25配置于引线框架201的台阶式结构M下，对引线框架201起到支撑和保护的作用，绝缘填充材料25具有绝缘填充材料表面25a，绝缘填充材料表面2 与金属材料层表面23a处于同一水平面上。
IC芯片沈具有有缘面26a和与有缘面26a相对应的无缘面^b，且多个凸点27 配置于IC芯片沈的有缘面26a上，具有凸点27的IC芯片沈通过倒装上芯设备倒装配置于引线框架201的上表面20a的第一金属材料层22位置，IC芯片沈上的多个凸点27通过回流焊或者热压焊工艺连接至配置有第一金属材料层22的引线框架201上，以实现电气互联。
散热片四通过导热粘贴材料28配置于IC芯片沈的无缘面26b上，作为散热的通道，且暴露出散热片四。图4、图5和图6所示的实施例不同之处在于，在图4的实施例中，IC芯片沈的呈三圈排列的多个凸点27倒装焊接分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚上，无凸点27倒装焊接配置于芯片载体202上，在图5的实施例中，IC芯片沈的呈面阵排列的多个凸点27倒装焊接分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚和芯片载体202上，在图6的实施例中，IC芯片沈的呈三圈排列的多个凸点27倒装焊接分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚上，且导热隔片31通过粘贴材料观配置于IC芯片沈与芯片载体202之间。塑封材料30包覆上述IC芯片26、凸点27、粘贴材料观、散热片29、导热隔片31、 引线框架201和第一金属材料层22，暴露出配置于引线框架下表面20b的第二金属材料层 23和配置于IC芯片沈的无缘面26b上的散热片四，或者包覆上述IC芯片26、凸点27、引线框架201和第一金属材料层22，暴露出配置于引线框架下表面20b的第二金属材料层23 和配置于IC芯片沈的无缘面26b上的散热片四。在图7、图8和图9的实施例中，引线框架201作为导电、散热、连接外部电路的通道，沿厚度方向具有台阶式结构Mb，具有上表面20a和相对于上表面20a的下表面20b，以及台阶式结构Mb的台阶表面Ma。引线框架201包括芯片载体202和围绕芯片载体202 呈多圈排列的引脚203，芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚203都具有台阶式结构Mb。芯片载体202配置于引线框架201中央部位，其横截面形状呈矩形状，芯片载体202四边边缘部位沿厚度方向具有台阶式结构Mb。多个引脚203配置于芯片载体 202四周，围绕芯片载体202呈多圈排列，且沿厚度方向具有台阶结构Mb，其横截面形状呈圆形或者矩形状，其中每个引脚203包括配置于该上表面20a的内引脚和配置于该下表面 20b的外引脚。第一金属材料层22和第二金属材料层23分别配置于引线框架201的上表面20a 位置和引线框架201的下表面20b位置，第一金属材料层22与引脚203的内引脚具有相同尺寸大小，第二金属材料层23与引脚203的外引脚具有相同尺寸大小。第一金属材料层22 具有金属材料层表面22a，第二金属材料层23具有金属材料层表面23a。绝缘填充材料25配置于引线框架201的台阶式结构M下，对引线框架201起到支撑和保护的作用，绝缘填充材料25具有绝缘填充材料表面25a，绝缘填充材料表面2 与金属材料层表面23a处于同一水平面上。IC芯片沈具有有缘面26a和与有缘面26a相对应的无缘面^b，且多个凸点27 配置于IC芯片沈的有缘面26a上，具有凸点的IC芯片沈通过倒装上芯设备倒装配置于引线框架201的上表面20a的第一金属材料层22位置，IC芯片沈上的多个凸点27通过回流焊或者热压焊工艺连接至配置有第一金属材料层22的引线框架201上，以实现电气互联。暴露出IC芯片沈的无缘面使IC芯片产生的热量直接、快速传输到外部环境中，以提升封装件的散热性能。图7、图8和图9所示的实施例不同之处在于，在图7的实施例中，IC芯片沈的呈三圈排列的多个凸点27倒装焊接分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚上，无凸点27倒装焊接配置于芯片载体202上，在图8的实施例中，IC芯片沈的呈面阵排列的多个凸点27倒装焊接分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚和芯片载体202上，在图9的实施例中，导热隔片31通过导热粘贴材料观配置于IC芯片沈与芯片载体202之间。
塑封材料30包覆上述IC芯片26、凸点27、粘贴材料观、导热隔片31、引线框架 201和第一金属材料层22，暴露出配置于引线框架下表面20b的第二金属材料层23和IC 芯片26的无缘面^b，或者包覆上述IC芯片26、凸点27、引线框架201和第一金属材料层 22，暴露出配置于引线框架下表面20b的第二金属材料层23和IC芯片沈的无缘面^b。 下面将以图IOA至图IOL来详细说明一种热增强型多圈引脚排列四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构的制造流程。
图IOA至图IOL为根据本发明的实施例绘制的热增强型多圈引脚排列FCQFN封装件结构的制造流程剖面示意图，所有剖面示意图都为沿图4剖面所示的剖面示意图。
请参照图10A，提供具有上表面20a和相对于上表面20a的下表面20b的薄板基材 20，薄板基材20的材料可以是铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金以及其他适用于制作引线框架的金属材料。薄板基材20的厚度范围为0. lmm-0. 25mm，例如为0. 127mm, 0. 152mm, 0. 203mm。对薄板基材20的上表面20a和下表面20b进行清洗和预处理，例如用等离子水去油污、灰尘等，以实现薄板基材20的上表面20a和下表面20b清洁的目的。
请参照图10B，在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分别配置具有窗口的掩膜材料层21a和掩膜材料层21b，这里所述的窗口是指没有被掩膜材料层21a和掩膜材料层21b覆盖的薄板基材20，掩膜材料层21a和掩膜材料层21b保护被其覆盖的薄板基材 20，在后面的工艺步骤中将对被掩膜材料层21a和掩膜材料层21b覆盖的薄板基材20进行蚀刻。
请参照图10C，在配置于薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料层21a的窗口中配置第一金属材料层22，第一金属材料层22具有第一金属材料层表面22a，在配置于薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料层21b的窗口中配置第二金属材料层23，第二金属材料层23具有第二金属材料层表面23a。第一金属材料层22和第二金属材料层23的配置方法为电镀、化学镀、蒸发、溅射等方法，并且允许由不同的金属材料组成，在本实施例中，优先选择电镀或者化学镀作为第一金属材料层22和第二金属材料层23的配置方法。第一金属材料层22和第二金属材料层23的材料是镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)等金属材料及其合金，在本实施例中，第一金属材料层22和第二金属材料层23例如是镍-钯-金镀层，对于第一金属材料层22，外面的金镀层和中间的钯镀层是保证凸点27在引线框架 201上的倒装焊接质量，里面的镍镀层是作为扩散阻挡层以防止由元素扩散-化学反应引起的过厚共晶化合物的生成，过厚的共晶化合物影响键合区域的可靠性，对于第二金属材料层23，外面的金镀层和中间的钯镀层是保证焊料在引线框架201的可浸润性，提高封装体在PCB等电路板上表面贴装的质量，里面的镍镀层是作为扩散阻挡层以防止由元素扩散-化学反应引起的过厚共晶化合物的生成，过厚的共晶化合物影响表面贴装焊接区域的可靠性。
请参照图10D，将薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料层21b移除，在本实施例中的移除方法可以是化学反应方法和机械方法，化学反应方法是选用可溶性的碱性溶液， 例如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)，采用喷淋等方式与薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料层21b进行化学反应，将其溶解从而达到移除的效果，移除掩膜材料层21b后，薄板基材20的下表面20b上仅剩下第二金属材料层23。请参照图10E，以薄板基材20的下表面20b上的第二金属材料层23作为蚀刻的抗蚀层，采用喷淋方式对薄板基材20下表面20b进行选择性部分蚀刻，形成凹槽M和台阶式结构表面Ma，蚀刻深度范围可以是占薄板基材20的厚度的40% -90%。在本实施例中，喷淋方式优先采用上喷淋方式，蚀刻液优先选择碱性蚀刻液，如碱性氯化铜蚀刻液、氯化铵等碱性蚀刻液，以减少蚀刻液对第二金属材料层23的破坏作用。请参照图10F，在薄板基材20的下表面20b经选择性部分蚀刻形成的凹槽M中填充绝缘填充材料25，绝缘填充材料25具有绝缘填充材料表面25a，该表面与第二金属材料层23a处于同一水平面上。在本实施例中，绝缘填充材料25是热固性塑封材料、塞孔树脂、油墨以及阻焊绿油等绝缘材料，绝缘填充材料25具有足够的耐酸、耐碱性，以保证后续的工艺不会对已形成绝缘填充材料25造成破坏，绝缘填充材料25的填充方法是通过注塑或者丝网印刷等方法填充到凹槽M中，配置后用机械研磨方法或者化学处理方法去除过多的绝缘填充材料25，以消除绝缘填充材料25的溢料，使绝缘填充材料25的绝缘填充材料表面25a与第二金属材料层表面23a处于同一水平面上，对于感光型阻焊绿油等绝缘填充材料25，通过显影方法去除溢料。请参照图10G，将薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料层21a移除，在本实施例中的移除方法可以是化学反应方法和机械方法，化学反应方法是选用可溶性的碱性溶液， 例如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)，采用喷淋等方式与薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料层21a化学反应，将其溶解从而达到移除的效果，移除掩膜材料层21a后，薄板基材20的上表面20a上仅剩下第一金属材料层22。请参照图10H，以薄板基材20的上表面20a上的第一金属材料层22作为蚀刻的抗蚀层，采用喷淋方式对薄板基材20上表面20a进行选择性部分蚀刻，蚀刻至台阶式结构表面Ma，暴露出绝缘填充材料25。形成引线框架201，引线框架201包括芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚203，引线框架201中配置有绝缘填充材料25，即芯片载体202和围绕芯片载体202呈多圈排列的引脚203通过绝缘填充材料25固定在一起。经选择性部分蚀刻后形成的分离的引脚203具有内引脚与外引脚，内引脚在后续的IC芯片倒装焊接工艺中连接IC芯片沈的凸点27，外引脚作为连接外部电路的通道。形成台阶式结构Mb，台阶式结构24b具有台阶式结构表面Ma。在本实施例中，蚀刻液的喷淋方式优先采用上喷淋方式，蚀刻液优先选择碱性蚀刻液，如碱性氯化铜蚀刻液、氯化铵等碱性蚀刻液， 以减少蚀刻液对第一金属材料层22的破坏作用。请参照图101，IC芯片沈具有有缘面26a和与有缘面26a相对应的无缘面沈比且呈三圈排列的多个凸点27配置于IC芯片沈的有缘面26a上。通过倒装上芯设备将IC 芯片26倒装配置于引线框架上表面20a的第一金属材料层22位置，IC芯片沈上的呈三圈排列的多个凸点27分别配置于呈三圈排列的多个引脚203的内引脚上，在本实施例中， IC芯片沈上凸点27为无铅焊料凸点、含铅焊料凸点或者金属凸点。请参照图10J，IC芯片沈上的呈三圈排列的多个凸点27通过回流焊或者热压焊连接至多个配置有第一金属材料层22的呈三圈排列的多个引脚203的内引脚上，以实现电气互联。
请参照图10K，采用导热的粘贴材料观将散热片四配置于IC芯片沈的无缘面 26b 上。
请参照图10L，采用注塑方法，通过环保型塑封材料30包覆上述IC芯片26、凸点 27、粘贴材料观、散热片四、引线框架201和第一金属材料层22，形成产品阵列，暴露出配置于引线框架下表面20b的第二金属材料层23和IC芯片沈的无缘面^b。在本实施例中， 塑封材料30可以是热固性聚合物等材料，所填充的绝缘填充材料25具有与塑封材料30相似的物理性质，例如热膨胀系数，以减少由热失配引起的产品失效，提高产品的可靠性，绝缘填充材料25与塑封材料30可以是同一种材料。塑封后进行烘烤后固化，塑封材料30和绝缘填充材料25与具有台阶式结构24b的引线框架201具有相互锁定功能，可以有效防止引线框架201与塑封材料30和绝缘填充材料25的分层以及引脚203或芯片载体202的脱落，而且有效阻止湿气沿着引线框架201与塑封材料30和绝缘填充材料25的结合界面扩散到封装体内部，提高了封装体的可靠性。塑封后对产品阵列进行激光打印。
请参照图10M，切割热增强型多圈引脚排列FCQFN分离产品阵列，彻底切割分离塑封材料30和绝缘填充材料25形成单个热增强型多圈引脚排列FCQFN封装件200，在本实施例中，单个产品分离方法是刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法，且仅切割塑封材料 30和绝缘填充材料25，不切割引线框架金属材料，图IOM中仅绘制出切割分离后的2个热增强型多圈引脚排列FCQFN封装件200。
对本发明的实施例的描述是出于有效说明和描述本发明的目的，并非用以限定本发明，任何所属本领域的技术人员应当理解在不脱离本发明的发明构思和范围的条件下， 可对上述实施例进行变化。故本发明并不限定于所披露的具体实施例，而是覆盖权利要求所定义的本发明的实质和范围内的修改。
权利要求
1.一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于包括引线框架，沿厚度方向具有台阶式结构，具有上表面、下表面和台阶表面，其中引线框架包括芯片载体、多个引脚芯片载体，配置于引线框架中央部位，芯片载体四边边缘部位沿厚度方向具有台阶式结构，具有上表面、下表面和台阶表面，以及多个引脚，配置于芯片载体四周，围绕芯片载体呈多圈排列，沿厚度方向具有台阶式结构，具有上表面、下表面和台阶表面，其中每个引脚包括配置于该上表面的内引脚和配置于该下表面的外引脚；第一金属材料层，配置于引线框架的上表面位置； 第二金属材料层，配置于引线框架的下表面位置；具有凸点的IC芯片，通过倒装焊接配置于引线框架上表面位置的第一金属材料层上； 绝缘填充材料，配置于引线框架的台阶式结构下；塑封材料，包覆具有凸点的IC芯片、引线框架和第一金属材料层，形成封装件。
2.根据权利要求1所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于，散热片通过粘贴材料配置于IC芯片无缘面上。
3.根据权利要求2所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于，凸点配置于IC芯片有缘面与芯片载体之间，或者导热隔片通过粘贴材料配置于IC芯片有缘面与芯片载体之间。
4.根据权利要求1所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于，上述引线框架具有多个围绕芯片载体排列的引脚，引脚横截面形状为圆形或矩形，排列圈数为单圈、双圈，三圈或三圈以上。
5.根据权利要求1所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于，芯片载体每边的多圈引脚排列方式为平行排列或交错排列。
6.根据权利要求1所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构，其特征在于，IC芯片上凸点为无铅焊料凸点、含铅焊料凸点或者金属凸点。
7.根据权利要求1所述的一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装件结构的制造方法，其特征在于包括配置掩膜材料层，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料层图形； 配置第一金属材料层和第二金属材料层，在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料层的窗口中分别配置第一金属材料层和第二金属材料层；下表面选择性部分蚀刻，移除薄板基材下表面的掩膜材料层，以第二金属材料层为抗蚀层，对薄板基材下表面进行选择性部分蚀刻，形成凹槽；配置绝缘填充材料，在薄板基材下表面经选择性部分蚀刻形成的凹槽中填充绝缘材料；上表面选择性部分蚀刻，移除薄板基材上表面的掩膜材料层，以第一金属材料层为阻蚀层，对薄板基材上表面进行选择性部分蚀刻，形成具有台阶式结构的引线框架，包括分离的芯片载体和多圈引脚；配置具有凸点的IC芯片，通过倒装上芯设备将具有凸点的IC芯片倒装焊接配置于引线框架上表面的金属材料层位置，通过回流焊或者热压焊实现凸点与引线框架相连；CN 102543907 A形成封装件，用塑封材料包覆具有凸点的IC芯片、引线框架和第一金属材料层，形成封装件；切割分离形成单个封装件，切割分离形成独立的单个封装件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，经该蚀刻形成的分离的芯片载体和多圈引脚由绝缘填充材料连接固定，通过用刀片切割、激光切割或者水刀切割方法切割分离形成单个封装件，且仅切割塑封材料和绝缘填充材料。
全文摘要
本发明公开了一种热增强型四边扁平无引脚倒装芯片封装及制造方法。本封装包括引线框架、第一金属材料层、第二金属材料层、具有凸点的IC芯片、绝缘填充材料、粘贴材料、散热片、导热隔片和塑封材料。引线框架包括芯片载体和多个围绕芯片载体呈多圈排列的引脚。第一金属材料层和第二金属材料层分别配置于引线框架上表面和下表面。具有凸点的IC芯片倒装焊接配置于引线框架上表面的第一金属材料层位置。绝缘填充材料配置于引线框架的台阶式结构下。导热隔片通过粘贴材料配置于IC芯片与芯片载体之间。散热片通过粘贴材料配置于IC芯片无缘面上。通过塑封材料包覆形成封装件。本发明提供了一种高可靠性、低成本、高I/O密度的QFN封装。
文档编号H01L21/56GK102543907SQ201110460400
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘程艳, 夏国峰, 安彤, 朱文辉, 武伟, 秦飞 申请人:北京工业大学