薄轮廓引线半导体封装的制作方法

薄轮廓引线半导体封装的制作方法
【专利摘要】一种薄轮廓引线半导体封装。公开了一种半导体封装。在半导体封装中，具有与塑料体的平坦底表面共面的底表面的引线在塑料体的垂直侧面的底部向外延伸。产生了适用于称作“波峰焊”的技术的具有最小覆盖区域的封装，“波峰焊”用于相对廉价的印刷电路板组装工厂中。公开了制造该封装的方法。
【专利说明】薄轮廓引线半导体封装

【技术领域】
[0001]本发明涉及包括功率器件封装和模拟集成电路封装的半导体封装。

【背景技术】
[0002]半导体器件和IC 一般被包含在半导体封装中，该半导体封装包括保护涂层或密封材料，以防止在运输过程中的处理和组装部件期间以及将部件安装到印刷电路板上时损坏半导体器件和1C。由于成本原因，密封材料优选由塑料制成。在液体状态，“模塑复合物”塑料在冷却并固化为固体塑料之前在升高的温度下注入到环绕器件及其互连的模塑室中。这样的封装通常被认为是“注模”。
[0003]器件的互连通过一般由铜制成的金属引线框来执行，从半导体器件或裸片将电流和热传导到印刷电路板内及其周围。裸片和引线框之间的连接件一般包括导电或绝缘的环氧树脂，以将裸片安装到引线框的“裸片垫”内，并且包括通常由金、铜或铝制成的金属接合线，以将裸片的表面连接件连接至引线框。可选的，焊球、金凸块或铜柱可以用于将裸片的上侧连接件直接贴附到引线框上。
[0004]虽然金属引线框在成品中充当电和热的导体，但是在制造过程中，引线框将器件元件暂时保持在一起直到塑料硬化。在塑料固化之后，通过机械锯切，封装的裸片与同样形成在同一引线框上的其他封装间隔开或“切割开”。锯子切开金属引线框，并且在某些情况下也切开硬化的塑料。
[0005]在“引线”半导体封装中，即在金属引线或“引脚”突出到塑料以外的封装中，然后使用机械成型的方法弯曲引线以将引线设置为它们的最终形状。然后成品的器件封装入卷带和卷轴，从而为组装到客户的印刷电路板(PCB)上做好准备。
[0006]图1A中以截面图的形式示出引线封装I的一个示例，包括半导体裸片4、塑料2、接合线5B和5C、金属引线3B和3C以及金属裸片垫3A。金属引线3B和3C以及裸片垫3A包括制造过程中与单个引线框间隔的元件。引线3B和3C连同截面图中未示出的其他引线一起弯曲为平躺或“共面”在由平坦表面6所描述的PCB上。由于弯曲引线3B或3C的形状，所以封装I有时被称为“鸥翼式”封装。
[0007]以各种尺寸和各种引脚结构制造这样的引线封装，其中引脚结构从用于封装诸如双极型晶体管、功率MOSFET和分路电压调节器之类的晶体管和简单IC的3个引线遍及用于封装集成电路(ICs)的12个引线。迄今为止，使用注模引线塑料封装已经制造了数十亿计的产品。普通封装包括像SC70和S0T23封装之类的小晶体管封装、诸如SOP-8、SOP-16或S0P-24之类的小外廓封装和用于更多引脚数的引线式方形扁平封装或LQFP。LQFP的每个封装可以具有64或更多引线，以偶数量在其四个边缘中的每个边缘上分配其引线，而SOT和SOP封装具有仅位于两边上的引线。
[0008]为了满足引线弯曲工艺，SOP和LQFP的最小封装高度通常超过1.8mm。包括诸如S0T23-3、S0T23-5、S0T23-6和S0T223的小外廓晶体管封装、诸如SC70的小芯片封装、TS0P-8薄小型外廓封装和TSS0P-8薄型超小外廓封装的某些封装已经设计为更薄型，薄如1mm。在Imm厚度以下，制造这些封装中的任何一种都变得困难。即便对于更大的封装高度，在引线弯曲期间保持良好的引线共面性在鸥翼式封装的批量制造中也受到持续的关注。
[0009]难以将引线的形成精确到严格的规范和误差。客户将变形的引线认为是质量缺陷，要求正式的纠错行为响应和坚定的改进计划。在极端情况下，超出了特定误差的制造可能导致制造中断，这会引发经济惩罚、取消供应商资格甚至诉讼。
[0010]在制造过程中对引线弯曲的缺乏控制不是这些封装的唯一限制。尽管引线式注模封装无处不在，但也受到许多其他限制，包括面积效率低、热阻小和相对厚的横截面轮廓。特别的，与这些封装在印刷电路板上的覆盖区域相比，这些封装的最大裸片尺寸是小的，部分是因为引线的弯曲部分浪费了面积。将最大裸片面积与封装的PCB安装面积相比，鸥翼式封装的面积效率可以如30%至50% —样低。
[0011]如图1B的封装11所示，一种提高面积效率的方法是在封装下弯曲引线，封装11包括半导体裸片14、塑料体12、接合线15B和15C、金属引线13B和13C以及金属裸片垫13A。金属引线13B和13C以及裸片垫13A包括制造过程中与单个引线框间隔的元件。弓丨线13B和13C连同截面图中未示出的其他引线在封装下弯曲为平躺或“共面”在由虚表面16所描述的PCB上。因为明显相似于字母符号，引线形状可以认为是“J”引线，但是实际上更类似于反方向上的鸥翼式形状。
[0012]不像鸥翼式封装1，改进的封装11能够针对任意给定的PCB覆盖区域容纳更宽的塑料体12并且为裸片14提供更大空腔，并且同样支撑明显更大的裸片14，大到具有相同覆盖区域的鸥翼式封装的裸片尺寸的三倍，面积效率提高至70%或甚至80%。于是，参考其J引线宽体结构，将该封装类型称为JW型封装。迄今为止，已经批量生产了超过十亿的单元，包括SC70JW、具有与SC70相同的PCB覆盖区域的JW型封装以及具有与TSOP封装相同的PCB覆盖区域的较小JW型封装的TS0PJW。
[0013]不幸的是，引线弯曲的工艺需要垂直和水平的间隙，以使引线形成机器在不触碰塑料的情况下固定并弯曲引线。如果机器触碰塑料，那么塑料可能裂开并且最终的产品将不能通过必须的可靠性和密封性测试。为了避免损坏并实现更薄的封装轮廓，JW封装11的塑料体12的底边缘会刻有凹口以容纳引线13B和13C的向上弯曲。即使具有这个凹口，考虑到弯曲工艺的最小公差，JW封装也不能可靠地制造出1_以下的厚度。实际来说，在
1.1rnm的厚度以下批量制造任意JW封装都具有挑战性。
[0014]除了它们的高度限制，由于难于将暴露的裸片垫作为散热基座集成到这些封装内，所以鸥翼和JW型封装缺乏有效散热。在低热阻“功率封装”中，基本上通过使用背面延伸到塑料封装之外的厚裸片垫，将包括固体铜的散热基座插入在裸片和PCB之间。例如，在图1A封装中，如果裸片垫3A延伸到塑料2之外直到平坦表面6，如金属散热基座7假设所示，那么热量可以从裸片更有效地传输到PCB内。在实际中，散热基座7可替代裸片垫3A，充当裸片垫和散热基座的双重角色。同样，散热基座7还可以被认为是“暴露的裸片垫”。
[0015]散热基座7带来的问题是引线3B和3C必须弯曲以匹配散热基座7的底部。不幸的是，散热基座7的背面与其引线3B和3C不是自然共面的。在形成机器可以校准为保持引线3B和3C彼此相对共面时，弯脚在塑料封壳2的底部之下的距离将会变化，并且因此引线3B和3C与底部假想散热基座7不对准。在该不对准可以在小批量生产中被容许时，由大批量生产中运用的制造工艺的自然随机变化而导致的生产率波动是不可避免的，它们的影响是有风险的且潜在的非常昂贵。
[0016]另外，这样的随机变化在应用中导致不同的失效模式。例如，在统计上，在某些情况下，引线3B和3C的底部可以延伸到散热基座7的底部以下。在这些情况下，将封装I安装在具有上表面6的PCB上将会导致电连接至引线3B和3C，但是底部散热基座7悬浮在平面6之上，并且不能将热传导至PCB。相反，在散热基座7延伸到引线3B和3C的底部之下时，则引线可能没有焊接到PCB上，产生了开路和有缺陷的PCB。更为糟糕的是，低劣或“虚”的焊缝可能导致通过最终的制造测试但是在现场工作期间会出现故障。重大的现场故障可以导致昂贵的产品召回，同时客户可能向制造商索赔损失。
[0017]尽管出现了很多制造风险，但是图1A的引线鸥翼式封装I至少概念上能适合容纳散热基座7，这是因为该封装利用“裸片朝上”设计，这里裸片4位于裸片垫3A或假想的散热基座7上。相反，图1B的JW型封装11与连接散热基座的PCB完全不兼容，这是因为该封装利用“裸片朝下”结构，这里一个裸片14位于裸片垫13A之下。
[0018]为了避免引线弯曲的变化以制成薄轮廓封装，发展了“无引线”封装，一种完全不同类型的封装，并且大约在2000年实现商用。这种在全部四个边缘上具有引线封装的一个通用名称是QFN,方形扁平无引线封装(Quad Flat No-lead)的缩写。今天还广泛使用封装的一种双面的变形，DFN或双面平坦无引线封装。主格语“缺引线”或“无引线”不意味着封装缺乏与PCB相连的连接件，但是其引线不会在任一边突出到塑料的边缘之外。术语平坦意思是封装高度是均匀的，缺少用于弯曲引线的面积。
[0019]图2A的截面图中所示的这个无引线封装21，包括半导体裸片24、塑料体22、接合线25B和25C、金属引线23B和23C和金属裸片垫23A。金属引线23B和23C以及裸片垫23A包括来自单个引线框的元件，统称为23，由此引线框分为裸片垫23A、引线23B和23C，并且分为制造过程中的其他引线(未示出)。如图所示，塑料22的横向延伸和金属垫23C与垂直边缘31是共面的，以使引线23C不会延伸到塑料体22的边缘之外。以类似的方式，引线23B与塑料体22的其他垂直边缘共面。因为引线是垂直定向的，引线或引线弯曲不需要间隙，并且面积效率得以提高，在某些情况下，达到80%至90%的PCB面积利用率。
[0020]无引线封装21的底部也是平坦的，塑料体22的底部与引线23B和23C的底部沿着水平平坦边缘26共面。如果可选的散热基座32替代裸片垫23A，那么可选的散热基座32的底部与由水平线26所示的引线23B和23C的底部自然共面，因为引线23B和23C以及散热基座32全部由同一片金属组成。
[0021]如图2B的DFN透视图中所示，引线23B、23D、23F和23H不会突出到由塑料体22限定的立方体形状之外，与封装的侧面齐平，并且与由水平线26限定的底部边缘齐平。如图2C所示，封装底面的平面图，证实了引线23B至231与所有由塑料体22限定的边缘是共面的。可选的散热基座32还与封装的底部自然共面，并且在全部侧面上被塑料体22的周围圆环横向包围。
[0022]将无引线封装安装到PCB上需要在封装和电路板之间焊接，这通过在布置部件之前使用焊膏涂敷PCB而实现。在拾放机(pick and place machine)将全部部件放置到PCB上之后，PCB通常在可移动传送带上穿过回流炉。在回流操作期间，焊膏熔融并仅粘附至PCB上暴露铜迹线的部分。同样，焊料仅粘附到安装部件的暴露的金属表面。因此，任意使用回流焊来贴附部件的PCB组装制造在业界称为回流焊生产线。
[0023]图2D中示出这样的PCB组装的截面图，这里DFN封装21通过焊料30安装到多层PCB27上。如图所示，DFN封装21部分地包括引线23B和塑料体22。PCB27包括通常由酚醛制成的绝缘基板28和通常包括铜的多层导电迹线29、34和35。在表面上暴露出导电迹线的某些部分，但不是全部。导电迹线29的更小部分与安装部件的导电引线重叠，在这种情况下是引线23B和可选的散热基座32。
[0024]在部件安装之前施加到PCB的焊膏通常包括诸如Ag的金属或诸如在相对低的温度熔融的Pb-Sn之类的二元金属化合物。近年来，因为环境问题，Pb化合物已经被大规模禁止了，而替代使用了更高温度的银(Ag)焊料。在回流组装工艺中，因为封装被放置在焊料顶上，焊料不需要能够在封装弓I线之下流动。
[0025]在回流工艺期间，焊料30回流到PCB27具有暴露的导电迹线29和DFN封装21具有暴露的引线23B的地方。封装本身完全由表面张力固定放置。焊料远离封装21和多层PCB27上缺少金属连接件的任何区域而自然“流动”。其实，焊料流向需要焊料的地方，即流向焊接接头，并且在回流之后，在PCB的所有其他部分都没有焊料。如果存在可选的散热基座32，那么焊料33还将保留在该区域。
[0026]理论上，在回流之后，焊料30填充引线23B的底部和导电迹线29之间的整个空腔。在某些情况下，焊料30将通过流体行为毛细管作用上升到引线23B的一侧，从而减小表面张力。到引线23B的一侧的连接是不一致的，并且不能靠它来确保良好的连接。反而，直接位于引线23B的底部和导体29之间的区域的焊料必须有助于安装部件的主要的电气连接和机械连接。在存在可选的散热基座32的情况下，理想上焊料将填充散热基座32的底部和PCB导电迹线34的顶部之间的整个空腔。
[0027]如果这些介于中间的区域中的任何区域都没有填充焊料30，那么将会产生不良的空隙，减弱了焊接接头的机械强度，增加了连接的电阻，并且可能损害产品的可靠性。例如，通过热循环或功率循环过程中的重复收缩和膨胀，具有大空隙的焊接接头机械地减弱了接合强度。最终，在焊料中将会形成裂纹，并且部件将逐步显现出断开或间歇性电连接。在极端情况下，部件可能完全脱落PCB。
[0028]所以，这对于证实在制造过程中无空隙焊接接头形成在每一个弓I线上是至关重要的。然而，因为主焊料连接在部件“之下”，目测是不可能的，所以需要昂贵的X射线检测。
[0029]在用于制造智能手机、平板电脑、笔记本电脑、服务器和网络基础设施的现代多层PCB工厂中，使用上述回流方法的PCB组装是很常见的。这样的产品通常要求足够高的价格以承担多层PCB组装设施更高的制造成本。然而，某些市场对成本极其敏感，并且不能承担多层PCB或使用X射线检测回流PCB组装的高额成本。相反，在1960年代建立的PCB工厂中并且使用全部折丨H设备制造成本敏感产品。
[0030]要求低成本PCB组装的产品的示例包括大部分消费品，其包括时钟、收音机、电视机和带有许多用于消费、照明、HVAC(取暖、通风和空调)和工业应用中的电源模块的家用电器。这些老旧的PCB工厂不能进行回流焊料制造，缺少X射线检测设备，并且只能供应仅有一面或最多有两面的PCB，即具有仅一个或两个导电层的PCB。事实上，使用回流工艺制造的多层PCB所需的成本可能是这些老工厂里制造的单层PCB的2至5倍。
[0031]为了将部件贴附至PCB，这些低成本工厂使用称为“波峰焊”的方法，实质上使用熔融的焊料沉浸电路板及其部件，该熔融的焊料仅粘附在制成焊缝的地方，即部件和PCB都具有极为贴近的暴露金属表面。在实践中，部件被“粘”在其适当的位置，然后PCB被浸在熔融焊料槽中。因为在安装部件之后施加焊料，所以在封装引线的底部和PCB导电迹线之间不存在焊料，如图2D所示。焊料本身反而贴附到引线的侧面并且毛细作用到引线上。为了制成很好的连接，焊料必须覆盖任意部件的暴露引线的很大部分。因为焊料存在于暴露引线上，所以可以在不需要昂贵的X射线检测设备的情况下视觉检测焊接操作。为此，仅仅诸如图1A和图1B所示的鸥翼式和JW型封装的引线封装使用波峰焊PCB组装。
[0032]尽管它们有性能优势，但是无引线封装本质上与波峰焊和低成本PCB组装不兼容。如上所述，在波峰焊中不存在使焊料可以挤进封装引线的底部和PCB导电迹线之间的方法，因为那些区域填充有胶。同样，图2A所示的无引线封装21的暴露引线23B和23C的垂直边缘不适合于波峰焊组装，因为焊料不会可靠地毛细作用到垂直的暴露引线上，实质上因为暴露引线23B和23C太陡了。同样，作为垂直边缘，视觉检测引线的焊料覆盖是不切实际的。
[0033]不幸的是，因为其制造方法，无引线封装的侧面的角度必定是垂直的。图3示出处于制造过程中的塑料成型之后但在分割之前的无引线封装。如前，无引线封装21包括密封在塑料体22中的裸片垫23A、裸片24、接合线25B和25C以及引线23B和23C。封装21的右侧是使用同一引线框制造的相同的封装。如图所示，引线23C实际上是延伸到下一个封装内的固体金属片。
[0034]标记为“锯片”的区域描述了裸片分割过程中锯切的地方。在锯切过程中，锯片切穿塑料22，并且最终切穿引线23C，使封装21与其相邻的封装分开。因为封装21的边缘由锯切操作限定，所以锯片31的边缘必定是基本垂直的。引线23C和剩余塑料体22的共面性是由锯片切割而限定的边缘31的事实的自然结果。没有可行的方法将锯片的切割线倾斜，所以边缘31必定是垂直的。最终，今天所有的无引线封装都缺少使用低成本波峰焊PCB工厂来组装的能力。
[0035]总之，诸如鸥翼式、JW型和LQFP塑料封装之类的引线封装与低成本波峰焊PCB组装和视觉检测相兼容，但受困于高的封装高度、弯曲工艺中保持引线精确共面的问题、面积效率低，以及不能引入提高功率耗散的散热基座的问题。像DFN和QFN—样的无引线封装提供较好的共面性、面积效率高、以及引入提高功率耗散性能的散热基座的能力，但是不能与使用波峰焊的低成本PCB组装以及视觉检测兼容，反而需要使用X射线检测的更昂贵的回流焊料PCB制造过程。
[0036]所需要的是提供无引线封装的性能和共面性优点的新封装，而且新封装与使用波峰焊的低成本PCB组装方法和视觉检测相兼容。


【发明内容】

[0037]本发明的封装包括半导体裸片、裸片垫、引线和塑料体。所述裸片垫可以被完全包围在所述塑料体中或暴露在所述塑料体的底表面。在截面图中看出引线通常为Z型，并包括垂直柱段、悬臂段和脚。悬臂段在垂直柱段的顶部朝着裸片垫向内水平凸出，并且脚在垂直柱段的底面向外水平突出。垂直柱段通常形成与悬臂段和脚形成直角和锐角。脚的底表面与塑料体的底表面共面。
[0038]在某些实施例中，垂直柱段水平延伸到塑料体的侧面之外以形成平台。在其他实施例中，塑料体的侧面向外延伸到垂直柱段之外并覆盖脚的上表面的一部分。脚的上表面全部或部分暴露。
[0039]本发明的封装独特地将图1A和IB所示的引线式封装的特性和图2A和2B所示的无引线封装的特性相结合。因此，垂直柱段的垂直边缘形成垂直平面并且被塑料体覆盖或稍微位于塑料体外侧。在其中垂直柱段的垂直外边缘被塑料体覆盖的实施例中，脚在塑料体的侧面的底部向外突出。脚的底表面至少从邻近于塑料体的侧面的位置到脚的端部之间是平坦的。这些特征使封装的水平尺寸最小化。
[0040]本发明还包括形成半导体封装的工艺。该工艺包括在金属片的第一侧上形成第一掩模层，然后在裸片垫、引线的悬臂段和引线与裸片垫之间的间隙所处的区域中通过第一掩模层中的开口部分地蚀刻金属片。如果裸片垫在塑料体的底部暴露，那么掩模层还覆盖裸片垫所处的位置，并且不蚀刻那个区域。该部分蚀刻不会切穿整个金属片，并且金属的减薄层保留在蚀刻区域中。
[0041]该工艺进一步包括在金属片的第二侧上形成第二掩模层，第二掩膜层具有第一和第二开口、第二掩模层中的第一开口覆盖裸片垫和引线之间的间隙，第二掩模层中的第二开口覆盖引线的脚所处的区域。如果由金属片形成多个封装，那么第二掩模层中的第二开口还可以覆盖间隔相邻封装的区域。
[0042]然后，通过第二掩模层中的第一和第二开口蚀刻金属片。持续该蚀刻直到裸片垫和引线之间的间隙所处的区域中的金属被完全移除而脚所处的区域(以及在间隔相邻封装的区域)中的金属仅被部分移除。第一掩模层中的第一开口和第二掩模中的第二开口彼此垂直偏移，以使金属片的一部分不受蚀刻工艺的影响。该部分成为引线的垂直柱段。
[0043]替代地，可以使用金属冲压工艺以代替上述蚀刻工艺。第一金属冲模被施加到金属片的第一侧面，以在引线的悬臂段和裸片垫与引线所处的位置之间的间隙(并且可选的裸片垫所处的地方)所在位置处压缩并减薄金属片。第二金属冲模被施加到金属片的第二侧面，以在裸片垫和引线之间的间隙所在位置处切断金属片，并且在引线的脚所在位置处(并且可选的在相邻封装之间的区域)压缩并减薄金属片。
[0044]不管是使用蚀刻工艺还是冲压工艺，一般都产生具有多个裸片垫的引线框，每个裸片垫与多个引线相关联。如果封装仅在裸片垫的两个相对的面上具有引线(“双列”封装)，那么裸片垫通常通过至少一个联结条固定在引线框中。如果封装在裸片垫的四个面(“方形”封装)上具有引线，裸片垫的左边通常连接至至少一个关联引线，也就是说，在上述蚀刻工艺或冲压工艺中，裸片垫和至少一个关联引线之间不形成间隙。无论哪种方式，裸片垫保持连接至引线框。
[0045]然后，半导体裸片安装到裸片垫，并且通常使用线接合或倒装技术在裸片和引线之间形成电连接。裸片、裸片垫和引线的一部分被包封在固化形成为塑料体的塑料成型化合物中，塑料体留下引线的脚的至少一部分未被覆盖。在某些实施例中，塑料体不覆盖垂直柱段的垂直外表面，在引线的顶部形成平台。
[0046]然后引线框和裸片被分割为单独封装。在双列封装的情况下，通常首先使用锯切切割引线框，从而将引线所处的面上的相邻封装分开。执行首先切割，以使每个引线的一段突出到其垂直柱段之外，突出段形成引线的脚。塑料体不会受到该切割的影响。然后，通过在不具有引线的面上将它们切开而分开封装。该第二切割，其通常与第一切割成直角，在成型工艺完成之前切穿塑料体和一般将裸片垫固定在适当位置的联结条。
[0047]在方形封装的情况下，也执行两个切割，通常彼此成直角，但是两个切割类似于上述第一切割，也就是说，塑料体不会受到影响，并且使每个引线的脚突出到其垂直柱段之外。

【专利附图】

【附图说明】
[0048]结合以下附图和具体描述将更全面地理解本发明。
[0049]在下列附图中，通常类似的部件给出相同的附图标记。
[0050]图1A是引线鸥翼式封装的截面图。
[0051]图1B是引线JW型封装的截面图。
[0052]图2A是无引线封装的截面图。
[0053]图2B是无引线封装的透视图。
[0054]图2C是无引线封装的底面图。
[0055]图2D是使用回流焊安装到PCB上的无引线封装的截面图。
[0056]图3是无引线封装分割之前的截面图。
[0057]图4是根据本发明制成的薄轮廓有脚封装的截面图。
[0058]图5A是在制造之前的引线框的截面图，该截面图示出了形成元件的位置。
[0059]图5B是在第一掩模工艺步骤之后且在第一金属蚀刻之前的引线框的截面图。
[0060]图5C是在第二掩模工艺步骤之后且在第二金属蚀刻之前的引线框的截面图。
[0061]图是在第二金属蚀刻和掩模移除工艺步骤之后的引线框的截面图。
[0062]图5E是在裸片贴附和线接合工艺步骤之后的引线框的截面图。
[0063]图5F是在塑料成型工艺步骤之后但在分割之前的引线框的截面图。
[0064]图5G是在裸片分割工艺步骤之后的引线框的截面图。
[0065]图6A是包括固定相邻封装的支撑条的多封装DFF引线框的平面图。
[0066]图6B是示出共同特征及其相对对准的DFF有脚封装的横向(x方向)截面图和对应的平面图。
[0067]图6C是示出共同特征及其相对对准的DFF有脚封装的纵向(y方向)截面图和对应的平面图。
[0068]图6D是示出共同特征及其相对对准的DFF有脚封装的横向和纵向截面图的比较。
[0069]图7A是8引线DFF有脚封装的透视图。
[0070]图7B是窄体8引线DFF有脚封装的底面图。
[0071]图7C是宽体8引线DFF有脚封装的底面图。
[0072]图7D是具有外露的裸片垫和两个外露的裸片和垫连接的引线的8引线DFF有脚封装的底面图。
[0073]图7E是具有宽散热片的5引线DFF有脚封装的底面图。
[0074]图8A是在PCB上不安装外露的裸片垫的情况下的有脚封装的截面图，
[0075]图SB是在PCB上安装外露的裸片垫的情况下的有脚封装的截面图。
[0076]图SC是在外露的裸片垫缩短为安装在PCB上的引线的情况下的有脚封装的截面图。
[0077]图9A是在外露的裸片垫不贴附到封装引线的情况下的替代的有脚封装的截面图。
[0078]图9B是在外露的裸片垫并入封装引线的情况下的替代的有脚封装的截面图。
[0079]图9C是在非外露的裸片垫贴附到封装引线的情况下的替代的有脚封装的截面图。
[0080]图9D是在外露的裸片垫内部贴附到封装引线的情况下的替代的有脚封装的截面图。
[0081]图9E是在T型暴露的裸片垫不贴附到封装引线的情况下的替代的有脚封装的截面图。
[0082]图10是替代的具有由塑料覆盖的引线的有脚封装的截面图。
[0083]图1lA是包括将相邻封装固定在适当位置的支撑条的多封装QFF引线框的平面图。
[0084]图1lB是具有可选的外露的裸片垫的16引线QFF有脚封装的底面图。
[0085]图1lC是QFF有脚封装的16引线示例的透视图。
[0086]图12A是包括宽散热片引线的替代的QFF引线框的平面图。
[0087]图12B是包括宽散热片引线的替代的QFF封装的底面图。
[0088]图12C是包括宽散热片引线的替代的QFF封装的透视图。
[0089]图13A是包括双面宽散热片引线的替代的正方形QFF引线框的平面图。
[0090]图13B是包括双面宽引线的替代的矩形QFF引线框的平面图。
[0091]图13C是矩形引线框的另一个实施例的平面图。
[0092]图14A是示出平滑锯切边缘上的联结条的有脚封装的截面图。
[0093]图14B是示出在有脚的边缘上突出的有问题的联结条的有脚封装的截面图。
[0094]图15A是具有贴附到引线的焊球裸片的有脚封装的截面图。
[0095]图15B是具有贴附到引线和裸片垫的焊球裸片的有脚封装的截面图。
[0096]图16A是具有贴附并背面线下接合的焊球裸片的有脚封装的截面图。
[0097]图16B是具有贴附并背面线下接合的焊球裸片的有脚封装的平面图。
[0098]图16C是具有散热片、贴附并背面线下接合的焊球裸片的有脚封装的平面图。

【具体实施方式】
[0099]图4示出根据本发明而制成的与波峰焊兼容的薄轮廓封装41。该封装包括半导体裸片44、裸片垫43A、引线43B和43C、接合线45B和45C以及塑料体42。为了适应波峰焊和视觉检测，引线43B包括横向突出到塑料体42之外的“脚”53B。在类似的形式中，引线43C包括横向突出到塑料体42之外的“脚” 53C。
[0100]具有对应脚53B和53C的引线43B和43C，连同裸片垫43A —起，由优选铜的单个金属片构造，而不需要弯曲或引线形成。因此，如水平线46所表示，引线43B和43C的底部和脚53B和53C彼此自然共面。除了引线43B和43C的延伸到塑料体42之外的小平台52之外，此处公开的封装基本是无引线的，除了其脚之外。因此，这里根据本发明而制成的封装被认为是平坦“引脚”封装，具有双边有脚封装(dual-side footed package)的对应缩写词DFF和方形(四边)有脚封装的缩写词QFF (quad footed package)。在本公开的上下文中，词语平坦的意思是薄轮廓，即薄或低封装高度。
[0101]如图所示，脚53B和53C的垂直高度是引线43B和43C高度的一小部分。在优选的实施例中，脚53B和53C的高度至多为引线43B和43C的垂直高度的30%。因为低的脚高度，所以在PCB组装中，焊料可以容易毛细作用(wick)到脚53B和53C上，焊接时覆盖金属引线延伸部。因为焊缝会出现在塑料封装体之外而不是在塑料封装体之下，所以通过视觉检测(通过低成本视觉检测机器或通过人眼)可以容易的证实焊接质量和覆盖范围。
[0102]除了由于容纳脚所需的额外的面积而轻微损失面积效率之外，所公开的DFF和QFF封装的热特性和电性能类似于类似尺寸的DFN和QFN封装的热特性和电性能。然而，在制造过程中，传统无引线封装和此处公开的有脚封装之间的区别是巨大的。在传统无引线封装中，焊料必须将其本身毛细作用到封装的垂直引线的侧壁上，然而在有脚封装中，焊料可以容易的流到低轮廓脚上，而不需要爬到或粘附到基本垂直的引线上。脚的边缘可以被弄圆，以进一步提高可焊性和引线覆盖范围，使得焊料更加容易地覆盖脚。同样，在几乎不可能视觉检测传统无引线封装中存在的垂直引线的侧面上的焊料覆盖情况时，所公开的有脚封装可以被容易地检测焊料覆盖范围和焊接质量。
[0103]虽然许多设计变形和制造流程能够生产有脚封装，但是图5A至5G中的截面图中示出一个示例性制造流程，从一块固体金属片43开始而到完整的封装41结束。
[0104]图5A示出形成用于同时生产多个封装产品的导电引线框的一部分的单个固体金属片43，该金属片包括金属合金或固体金属，优选铜，并且具有取决于封装的预期厚度和额定功率的厚度。在像封装厚度很关键的便携式消费设备一样的薄轮廓封装应用中，必须限制金属片43的高度，例如大约为200 μ m厚，而在更高功率应用中需要更厚的金属，作为更厚的金属，例如从大约500 μ m至大约1.2mm厚,会是更好的散热器。在某些实施例中，金属厚度可以超过1.2mm。铜可以在工艺的开端或以后的制造中电锻有诸如锡(tin)的另一种金属。
[0105]用于制造单个封装的金属片43的一部分的横向尺寸随着封装的尺寸而变化,对于单个封装而言，在零点几毫米到几十毫米的范围内。为了图示说明的目的，图5A中以虚线形式示出了由金属片43制造成的组成的封装元件，限定了在根据本发明的工艺中形成裸片垫43A和金属引线43B和43C(包括脚53B和53C)的地方。
[0106]在图5B中，金属片43涂敷有光刻胶层60，使用光刻设备用光学方法图案化光刻胶层60,以限定暴露金属片43的开口 61。接下来蚀刻金属片43以形成薄区62。可替代的，可以通过镂空掩模用丝网印刷术印制保护光刻胶层60以在光刻胶层60中限定开口 61。接下来的金属蚀刻通过将金属片43浸入硫酸或硝酸的加热酸浴中而执行，或者浸入在半导体封装制造中常用于蚀刻金属的其他酸。蚀刻之后，薄区62的厚度可以等于金属片43初始厚度的10%至30%，但是通常薄区62的厚度至少为50 μ m。
[0107]在替代实施例中，金属“冲模”用于冲压并压缩金属片43的一部分以形成薄区62。金属冲压，对于金属加工领域的技术人员来说熟知的方法，利用使用特制钢“模”以快速方式机械冲击并局部压缩金属片43的强大精密机械来机械地而不是化学地形成薄区。因为冲压仅用时几秒而化学蚀刻要耗费几十分钟至几小时，因此与上述更慢的金属蚀刻方法形成薄区62相比，冲压能够实现更高的吞吐量和更低的制造成本。
[0108]在金属冲压工艺中，冲压机的金属冲模具有与光刻胶层60中的开口 61所不的相同尺寸并位于与开口 61相同的位置。因此，在金属冲压过程中不需要光刻胶层60(除了在制备冲模本身的过程中，可以使用光刻胶层限定冲模的突起区域)。在硬化钢冲模撞击金属片43时，其将较软的金属片43局部压缩至薄区62的目标厚度，同时保留其他部分为全厚度。
[0109]根据用作金属片43的金属类型，压缩量可以是巨大的，将金属原子挤压为一体积，厚度甚至低至初始厚度的10%。在金属片43的厚部分和薄部分之间，冲模产生干净陡峭的垂直切口，甚至比蚀刻产生的边缘更陡峭。对于冲压，优选的是金属片43由相同的金属或合金制成，并且其表面上不电镀金属，因为在冲压过程中，电镀金属可能破裂或剥落。如果制造中使用冲压，那么在完成冲压之后应当执行任意金属电镀；应当避免使用“预电镀”金属。
[0110]在完成的封装中的裸片垫在封装的底部暴露(这里称为“外露的裸片垫”)时，光刻胶层60的一部分留在了开口 61内。因此，图5B所示的蚀刻工艺仅移除了金属片43在完成的封装中的引线的悬臂段以及引线和裸片垫之间的间隙所处的区域中的部分。裸片垫所处区域未蚀刻。如果使用金属冲压工艺，那么相应地设计冲压模，从而仅压缩引线的悬臂段以及引线和裸片垫之间的间隙所处区域。
[0111]在图5C中，金属片43涂敷有光刻胶层64，使用光刻设备用光学方法图案化光刻胶层64，以限定开口 65和66。然后，通过开口 65和66在金属片43上执行第二蚀刻，以在金属片43中形成开口 67和薄区68。可替代地，可以通过镂空掩模用丝网印刷术印制光刻胶层64,以在光刻胶层64中限定开口 65和66。第二蚀刻通过将金属片43浸入硫酸或硝酸的加热酸浴中而执行，或者浸入在半导体封装制造中常用于蚀刻金属的其他酸。
[0112]如图所示，光刻胶层64中的开口 66限定金属片43的将要受到第二金属蚀刻以形成薄区68的区域。开口 65限定金属片43的薄区62暴露于第二蚀刻以在金属片43中形成间隙67的区域。选择蚀刻薄金属片43的第二蚀刻工艺的深度为从薄金属片43的全厚度至优选等于初始厚度的10%至30%，但是通常不会比50 μ m薄。在光刻胶层64的开口65中，先前在第一蚀刻期间形成的薄区62被暴露给第二蚀刻，其将薄区62中的所有金属全部移除以形成间隙67。注意到光刻胶层64中的开口 66从光刻胶层60中的开口 61横向偏移，从而形成引线的垂直柱段，如图所示。
[0113]在替代的实施例中，硬化金属冲模被用于冲压并压缩金属片43的一部分，以形成薄区68。如前所述，金属冲模，通常由钢或钢合金制成，具有与光刻胶层64中的开口 66相一致的突出，将金属片43压缩为其最终厚度68。金属片43的其他部分保持不受影响并且具有其初始厚度。如前所述，在金属片43的厚部分和薄部分之间，冲模产生干净陡峭的垂直切口。
[0114]在替代的实施例中，第二机械操作，金属冲孔，在冲压之后使用，以形成金属片43的薄区62中的开口 67。像冲压一样，金属冲孔，一种对于金属加工领域技术人员来说熟知的方法，利用使用特制钢冲孔机(punch)以快速的方式冲击和局部切割并移除部分金属片43的精密机械。不像冲模，冲孔机被设计为切割并完全移除材料，然而冲模通常用于压缩和减薄材料，而不是将其移除。与化学蚀刻相比，机械冲孔仅用时几秒，而不是几十分钟或几小时，因此与金属蚀刻形成开口 67相比，机械冲孔能够实现更高的吞吐量和更低的制造成本。
[0115]如果薄区62足够薄，那么具有与开口 66和65 —致的突出的钢冲模实际上可在同一工艺步骤中同时用于形成开口 67和薄区68。因此在单个步骤中执行了冲压和冲孔操作。虽然组合操作理论上可行，但是机工的技术规范以及用于冲压和冲孔的专业设备的分配可以使得一个步骤操作的工业性生产更专业，并且因此比单独并依次执行冲压和冲孔更曰虫印贝ο
[0116]还应当注意的是，为了形成薄区68而对金属片43的蚀刻或冲压发生在金属片43的与用于形成薄区62的步骤相反的面上。在实践中，这包括处理金属片43的一个面，然后将其翻过来以处理它的另一个面。然而为了清晰的缘故，在整个图示中，图5A至图5G所示的工艺步骤将金属片43的方向保持为与最终的封装方向相同，示出一些操作，诸如图5C的在金属片43的上面上的操作，同时示出其他步骤，例如在图5B中在金属片43的背面上执行的步骤。
[0117]虽然已经使用掩模和化学蚀刻工艺描述了图案化和减薄金属片43的工艺，并且在替代的实施例中使用机械冲压和冲孔工艺，但是这些方法可以组合执行。例如，可以使用化学蚀刻来形成薄区62，同时可以使用机械方法来形成薄区68和开口 67。作为一种实践方式，每当执行机械操作时，诸如层60或64的光刻胶层不应当存在于金属片43上。
[0118]图示出金属片43在先前金属减薄操作之后剩下的部分，包括引线43B和43C以及裸片垫43A，引线框49的部件，暂时通过形成引线框的共用金属带保持在一起，引线框49的部件包括如所示形成封装41的金属片和该截面图未示出的形成其他封装的其他金属片。引线框是形成多个封装的引线和裸片垫的金属片以及在制造中用于将这些金属片固定的金属轨的结合。在成型之后，引线从引线框间隔开以从引线框的金属轨和从形成在同一引线框上的其他封装上“分割”封装。开口 67将裸片垫43A与引线43B和43C分隔开。图5D中未示出的类似于开口 67的其他开口将类似于引线43B和43C的其他引线与类似于裸片垫43A的裸片垫分隔开。在制造流程中的这个阶段中，薄区68仍然使引线43B和43C与相邻封装的引线连接，并且裸片垫43A和其他类似的裸片垫不是“漂浮”的，而是通过在第三维度中，即在超出图所在的截面平面贴附至金属片43而固定。因此，尽管具有薄区62和68以及开口 67，引线框49还能被处理为单个金属薄片。
[0119]图5E示出裸片贴附和线接合工艺之后的引线框49。接下来，使用焊料或环氧树脂将半导体裸片44首先贴附至裸片垫43A。按照要求，环氧树脂可以是导电的，使用填充在环氧树脂胶中的金属，或者可以是电绝缘的。然后，执行线接合以在位于半导体裸片44的表面上的金属接合垫和引线43B和43C的悬臂段之间形成接合线45B和45C。接合线45B和45C可以包括金、铜、铝或其他金属合金。其他引线，在图5E中未示出，可以类似地通过对应的接合线连接至其他引线。在引线框43中的裸片贴附和线接合的过程中，将裸片垫43A以及引线43B和43C连同其他引线(图5E中未示出)保持在一起，引线框43中包括与裸片垫43A以及引线43B和43C同时制造的许多类似的裸片垫和引线。
[0120]随后，引线框49使用本领域技术人员熟知的塑料注塑成型方法或者模具转移工艺塑料成型，形成图5F所示的塑料体42。除了小平台52之外，塑料体42覆盖裸片垫43A和引线43B和43C的抬升的水平部分，即不接触水平线46的部分，填充在引线框49的上方和下方以密封裸片44。存在包括引线43B和43C突出到塑料体42之外的小突出部的平台52是因为塑料体42必须与引线框49机械对准。因为任意的机械工艺必须允许一些未对准的公差，所以塑料体42的横向侧面从引线43B和43C的垂直柱段的外边缘稍微后退。然而，平台52是很小的，例如长度为0.1mm，并且因此对封装覆盖区域(footprint)的尺寸的影响极小。在优选实施例中，塑料体42不重叠到薄区68上。
[0121]因为限定塑料体42边缘的位置的模具与引线框49机械对准，所以在制造中因自然统计变化造成的一些未对准的公差必须包含在平台52的横向尺寸的设计中。为了避免塑料体42重叠到薄区68的情况以及在其他情况中形成平台52，平台52的设计长度应当足够容纳引线框49 (不管是由蚀刻或冲压形成)的尺寸变化，并且足够容纳模具至引线框的对准的变化。该设计长度(公差)取决于处理设备及其维护，并且可以在0.0lmm至0.2mm之间变化(优选小于0.1mm)。
[0122]在替代的实施例中，塑料体42延伸到引线43B和43C的垂直外边缘之外，以使裸片44以及引线43B和43C被完全密封在塑料体42中，并且塑料体42稍微重叠到薄区68上。但是因为该方法对于相同裸片宽度来说消耗了较大的尺寸，所以与图5F中示出的实施例相比，会给裸片44的最大尺寸带来不利影响。如果塑料体42 —直重叠到引线框49的薄区68上，那么该重叠的设计尺寸必须充分考虑到引线框49由于蚀刻或冲压而产生的尺寸变化以及模具至弓I线框的对准变化。
[0123]在塑料成型之后，分离单个封装，即分割，通过使用精确的锯切穿薄区68。如图5G的截面图所示，虚线51Y表示当锯片切穿薄区68时锯片边缘的位置，仅留下(除了小平台52之外)突出到塑料体42之外的脚53B和53C。因为塑料体42不重叠到薄区68上，所以锯片不会切到塑料体42的任何部分，使脚53B和53C暴露以方便焊接。相比之下，在传统的无引线封装中，锯片切穿塑料体和金属引线。仅使用单个切割操作来限定塑料和金属的横向延伸，传统的无引线封装结构不能产生金属引线突出到塑料体之外的封装。
[0124]图5F和5G示出在平行于虚线51Y( “y方向”)方向上切穿引线框49的锯片。在第二遍，相同的锯子在垂直于虚线51Y( “X方向”)的方向上切割引线框49，完成分割工艺并将引线框49中的每个封装与其相邻的封装分开。
[0125]如图5F和5G所示，根据制造封装的类型，在X方向上，锯片可以切穿引线或切穿塑料体42而不切到引线。在全部四边上都有引线的“方形”引线封装(QFF)中，当在X方向上切割时，以类似于图5F和5G所示的方式，锯片切割引线框49的薄区68。在双边或DFF封装中，只在两侧具有引线的封装，因为封装平行于X方向的边上没有引线，所以在X方向上切割时，锯片仅切穿(但有一个例外)塑料体42。
[0126]该例外是针对所谓的“联结条”，其包括用于在塑料成型之前固定裸片垫43Α和其他裸片垫的薄金属延伸部。不像脚53Β和53C延伸到塑料体42之外的引线43Β和43C，联结条被切为与塑料体42齐平并且不会(并且不应该)突出到塑料之外，因为它们在PCB组装和波峰焊期间会无意间导致不需要的短路。在优选实施例中，联结条被形成在裸片垫43Α和其他裸片垫的水平上的抬升位置。
[0127]分割之后，图5G中所示的产生的有脚封装41，包括安装在包含于塑料体42内的裸片垫43Α顶上的裸片44，其中，除了脚53Β和53C之外，引线43Β和43C不会以任意实质量横向延伸到塑料体42之外。裸片44通过对应的线接合45Β和45C连接至引线43Β和43C。脚53Β和53C的长度由y方向上的锯切线51Y的位置限定(并且对于QFF封装而言由X方向上的垂直锯切线限定)。与封装41的宽度以及脚53B和53C的长度相比，平台52的长度基本上可忽略不计。脚53B和53C的底部与塑料体42的底部共面。如下所述，塑料体42封闭并环绕裸片垫43A，除了金属联结条的端部和可选择性连接至裸片垫43A的任意引线之外。
[0128]参见图5G，具体参见引线43C，在垂直截面上观察时，可以明显看出本发明的封装可以包括大体Z型的引线。引线43C包括垂直柱段63C、悬臂段73C和脚53C。悬臂段73C在垂直柱段63C的顶部朝着裸片垫水平向内延伸，并且脚53C在垂直柱段63C的底部水平向外延伸。垂直柱段63C与悬臂段73C形成直角，并与脚53C形成内锐角。脚53C的底表面与塑料体42的底表面42B共面。通常悬臂段73C的顶表面与裸片垫43A的顶表面共面。在某些实施例中，悬臂段73C的厚度等于裸片垫43A的厚度。
[0129]如图所示，垂直柱段63C具有高度H。，并且脚53C具有高度仏和长度Lf。垂直柱段63C的高度H。等于金属片43的初始厚度。在某些实施例中，脚53C的高度Hf不大于垂直柱段63C的高度H。的30%。脚53C的上表面53S可以是水平的，并且平行于脚53C的底表面53B。
[0130]在图5G所示的实施例中，垂直柱段63C水平延伸到塑料体42的侧面42A之外以形成平台52。(注意图5G不是按比例绘制。)因此，塑料体42不覆盖垂直柱段63C的垂直外边缘53E。在其他实施例中，塑料体42的侧面42A被向外(在图5G中向右)定位在垂直柱段63的外面，并且覆盖脚53C的上表面53S。在这样的实施例中，不存在平台52，脚53C在塑料体42的侧面42A的底部向外突出。本发明的封装独特地使如图1A和IB所示的引线封装的特性与如图2A和2B所示的那些无引线封装中的特性结合。因此，垂直柱段63C的外边缘53E形成垂直平面，并且被塑料体42覆盖或略微位于塑料体42的表面42A外侧。这些特征最小化了封装41的水平尺寸。另外，至少脚53C底表面53B的从邻近塑料体42的侧面42A的位置(用字母A标记)到脚53C的端部53F之间的部分是平坦的。(注意侧面42A在图5G所在截面外侧的第三维度上的位置示出为虚线。在图7A-7C中同样示出了该位置)。全部或部分暴露脚53C的上表面53S。通过特征的这种结合，最小化了封装的水平覆盖区域，而焊料可以容易地流到脚53C上，并且可以容易的检测焊料覆盖情况和质量。
[0131]图6A示出了根据本发明制造的8引线DFF有脚封装的引线框79在裸片贴附和线接合之前的平面图。引线框79包括垂直和横向母线70和71，以给支撑以行和列的阵列形式布置的许多相同封装的结构提供机械刚度。在该图示中，未示出蚀刻或冲压弓丨起的引线框79厚度的变化，除了先前步骤中在引线框79中形成开口的地方之外。
[0132]在图6A中，虚线表示限定一个DFF封装的单元格73。单元格73在引线框79内多次重复以同时产生多个封装。在单元格73内部，DFF封装包括裸片垫43A、引线43B至431、和联结条72。清楚起见，省略了半导体裸片及其接合线的位置。用虚线示出塑料体42。
[0133]塑料体42相交并仅横向重叠引线43B至43H的一部分。锯切线51Y与引线43B至431相交，但是不与塑料体42相交，由此限定引线43B至431的脚突出到塑料体42之外的长度。在分割过程中，锯切线51Y将引线43B至43H与金属总线70永远分开。
[0134]塑料体42完全横向密封裸片垫43A和联结条72。因此，塑料体42形成重叠沿着引线框的长度排成一列的全部裸片垫的连续垂直条纹。在分割过程中，锯切线51X横切塑料体42和联结条72，将裸片垫43A与总线71分开，并且从形成在引线框79上的其他封装完全移除单元格73内的封装。因为锯切线51X切穿塑料体42和金属联结条72，分割之后的联结条72的端部与塑料体42的横向延伸垂直齐平。
[0135]给先前的附图添加细节，图6B示出上述DFF封装的平面图和通过平行于X方向的截面的相关截面图。所示截面图通过引线43B和43C的中心截取，并示出了裸片44、接合线45B和45C、裸片垫43A、引线43B和43C、封装脚53B和53C以及塑料体42。
[0136]如图所示，具有横向边缘(与虚线86共线)的半导体裸片44位于裸片垫43A的顶上并横向设置在裸片垫43A的边缘(与虚线85共线)内。裸片垫43A超出裸片44的不重叠部分，即虚线86和85之间的距离，有益于确保裸片和裸片垫之间可靠且可复制的电接触和热接触。为了确保裸片44绝不会延伸到裸片垫43A的边缘之外，重叠部分需要容纳裸片垫43中随机尺寸变化和裸片44至引线框79和裸片垫43A的未对准。裸片垫43A超出裸片44的未重叠部分的范围可以从几十微米到几百微米，但是在优选的实施例中应当不超过100微米或小于20微米。虽然未重叠部分可能非常小或甚至为零，但是这是不可取的，因为裸片44在裸片垫43A的边缘外的任意突出部分都可能使裸片44遭受压力、破裂和可靠性失效。
[0137]裸片垫43A的边缘和引线43B至431的内边缘之间的间隙，即虚线85和虚线84之间的间隔，在引线框49的制造过程中确定，并且对于蚀刻的引线框和冲压的引线框间隙可以有所不同。可以制造100微米的间隙，在裸片垫43A和引线43B至431之间具有低的短路风险。
[0138]如图6B的截面图所示，引线43B至431的每一个都是“Z”型，具有相同厚度的薄水平抬升区并且与裸片垫43A处于同一高度，薄水平“脚”与封装的底部和平面46共面，并且垂直柱段连接两个水平区。位于虚线82和81之间的垂直柱段与塑料体42相交并且部分地嵌入在塑料体42中，具有被塑料体42覆盖并包围的内边缘并具有暴露的外边缘。
[0139]塑料体42内引线的最小长度，即从虚线84至虚线83所测量的引线43B至431的长度，必须足以容纳通过其将接合线45B至451安装到引线43B至431的焊球，同时确保这些焊球完全包含在塑料体42内。
[0140]虚线82限定从引线43B至431的薄悬臂段(跳板)到较厚的垂直柱段的过渡，该垂直柱段的垂直长度等于如图5A所示的金属片43的初始厚度。在优选实施例中，这个由虚线82限定的边缘被横向包含在塑料体42内，具有充分的重叠，以确保引线框49的尺寸以及引线框49至塑料体42的对准的随机变化不会偶尔使得引线43B至431中的任一个的垂直柱段完全未被覆盖。最小重叠尺寸的范围从100微米至20微米。
[0141]类似的，虚线81限定引线43B至431的垂直柱段的外边缘，并且限定引线43B至431从垂直柱段至与封装的底部共面的薄水平脚区(即引线43B至431的包括位于平面46上的脚53B至531上一部分)的过渡。在优选实施例中，这些与虚线81重合的外边缘位于塑料体42的边缘的外侧，具有足够的空间用于平台52，以确保引线框49的尺寸和引线框49至塑料体42的对准中的随机变化不会突然完全覆盖引线43B至431中的任一个的垂直柱段的外边缘。平台52的最小尺寸的范围从100微米至20微米。
[0142]脚53B至531延伸到塑料体42之外的横向长度由锯切线51Y限定，具有100微米至20微米的最小长度。
[0143]图6C示出上述DFF封装的平面图和通过平行于y方向的截面的相关截面图。所示截面图是通过联结条72的中心截取的，示出裸片44、裸片垫43A、联结条72以及塑料体42。平面图另外示出接合线45B至451、引线43B至431以及塑料体42。如图所示，裸片44具有与虚线86共线并被横向包含在裸片垫43A和塑料体42内的边缘。锯切线51X横切联结条72和塑料体42，使得在DFF封装的端部，即在没有放置引线43B至431的封装边缘上，联结条72的端部与塑料体42的横向边缘齐平。
[0144]图6D提供了 DFF封装的通过平行于y方向(有引线的边缘)的截面和平行于x方向(联结条边缘)的截面的直接截面图比较。如图所示，裸片垫43A、联结条72和引线43C的薄抬升水平部分共面。同样地，脚53C和塑料体42的底部与封装的底部和平面46共面。
[0145]锯切线51Y限定脚53C的长度但是不与塑料体42相交。塑料体42的边缘从引线43C的垂直柱段的外边缘(由虚线81指示)后退平台52的长度。裸片44从裸片垫43A的边缘横向插入，并且与引线43C的薄抬升水平部分间隔开。锯切线51X限定塑料体42和联结条72的边缘。裸片44的边缘86从由锯切线51X限定的封装边缘横向插入。
[0146]图7A中示出根据本发明制造的8引线DFF封装41的三维透视图。封装41包括塑料体42、联结条72和能看到的引线43C、43E、43G和431，引线43C、43E、43G和431具有对应的脚53C、53E、53G和531。塑料体42的底部、引线43B至431的垂直柱段的底部和脚53B至531的底部与封装的底部和平面46共面。如图所示，引线43的垂直柱的侧面被暴露并且未被塑料42覆盖。引线的垂直部分仅稍微突出到塑料体42的侧边缘之外，并且因此图中未示出。
[0147]具有外露的裸片垫的DFF封装
[0148]封装的高宽比可以设计为相对于其长度方向为窄的或宽的。在图7B中，示出窄体DFF的底面图，包括塑料体42和有脚引线43B至431的底部。从底面，没有方法将引线的垂直柱段的底部与其脚区分开。图7C示出根据本发明而制造的相同的DFF封装的宽体方案。具有较宽的宽度和较低的高宽比，可以包括可选的外露的裸片垫74以改进封装的散热。在图7D所示的本发明的另一个实施例的底面图中，引线43H和43F被并入外露的裸片垫74，以利于更容易的电连接至裸片垫。另外的金属片91桥接裸片垫74和引线43H之间的间隙，以利于从裸片垫电连接和热连接至引线。通过改变引线框设计，可按照预期将任意数量的引脚或引脚组合简单地连接至外露的裸片垫。例如，图7E示出了四个引线43B、43D、43F和43H，这四个引线一起连接至外露的裸片垫74并且被并入固体外露的散热片92。不需要改变塑料成型，以变化连接至裸片垫的引线组合，进而最小化实施自定义引脚分布选项的成本。(注意:如这里所用，术语“外露的裸片垫”意思是向下延伸并在封装的底表面暴露的裸片垫，由此使得可以与印刷电路板(PCB)或其上安装有封装的其他支撑结构的导电迹线或其他特征直接电接触或热接触。)
[0149]图8A的截面图中示出了采用波峰焊将不带有外露的裸片垫的DFF封装安装到PCB上。如图所示，包括塑料体42、裸片垫43A和具有脚53B的引线43B的DFF封装安装在PCB27的顶上，该PCB27具有上表面46、绝缘酚醛树脂28、内部金属迹线35和暴露的金属迹线34。虚线示出DFF封装内部的特征，同时实线表示塑料体42的外部能够看到的特征。
[0150]波峰焊之后，焊料30涂敷封装引脚53B的侧面和顶部，将引线43B电连接和热连接至PCB导体34。通过使用光学机器或视觉检测容易检验涂敷封装引脚53B水平表面的焊料。一些焊料还可以毛细作用到引线43B的暴露的垂直侧壁上，但是使用光学设备不容易检测。在波峰焊中，很少或没有焊料会存在于脚53B的底部和PCB导体34的顶部之间。因此，全部的热量和电流必须流出脚53B，穿过焊料30并流到PCB导体34中。因为裸片垫43A完全包封在塑料体42内，并且因为与金属相比塑料展现出相对差的导热性，所以不存在用于将热量从裸片垫43A流到PCB27中的直接设备，除非一个或多个引线连接至裸片垫43A。
[0151]在图8B中，裸片垫43A被外露的裸片垫74替代，该外露的裸片垫作为裸片垫以用于安装半导体裸片(未示出)并提供到DFF封装的背面的低热阻路径。然而，在安装封装和执行波峰焊之前，除非将一些导热化合物37涂覆在PCB导体34的顶上，封装的散热性能相对于图8A所示的散热性能只有极小的改进，因为在没有导电化合物37的情况下，热不能容易地在外露的裸片垫74和PCb导电迹线34之间流动。甚至具有导热化合物37的情况下，通过如图8C示出的热短路93所示的将一个或多个引线连接至裸片垫可以改进DFF封装的散热性能。在本发明的该实施例中，具有外露的裸片垫的8引线DFF封装的背面看起来像图7C中所示的封装，并且不需要专门的PCB布图，因为其引脚分布与图SB所示的封装所需的引脚分布相同。虽然外露的裸片垫可以被并入到一个或多个引线中，但是这样的不同于标准PCB组装且不同于大热量裸片垫而设计的组装可以需要更多的加热时间或温度，以确保到引线的良好的电连接。这还可能增加引线电感并对封装的高频性能产生不利影响。
[0152]图9A中示出根据本发明制造的具有外露的裸片垫的DFF有脚封装100。封装100包括塑料体42、安装在外露的裸片垫74上的裸片44、接合线45B和45C、带有对应脚53B和53C的引线43B和43C。脚53B和53C的长度由切割线51Y限定。重要的是，外露的裸片垫的底部必须与脚53B和53C的底部共面，因为引线和暴露的裸片垫都是由同一引线框构建，在制造过程中同时形成。
[0153]图9B的截面图中示出的DFF封装110是封装100的变形，带有被并入脚75C的外露的裸片垫75。
[0154]图9C中示出根据本发明制造的不具有外露的裸片垫的DFF有脚封装120。封装120包括塑料体42、安装在外露的裸片垫43A上的裸片44、接合线45B和45C、带有对应脚53B和53C的引线43B和43C。裸片垫43A通过金属桥75并入引线43C并与引线43C电短路。可选的，打地线(down-bond)45C将裸片44的顶部接地连接至裸片垫43A和引线43C。期待封装120提供比图4的封装41更好的热阻，但是次于图9B的封装110。
[0155]图9D中示出根据本发明制造的具有外露的裸片垫的DFF有脚封装130。封装130包括塑料体42、安装在暴露的裸片垫92上的裸片44、接合线45B和45C、带有对应脚53B和53C的引线43B和43C。裸片垫92通过金属桥75并入引线43C并与引线43C电短路。可选的，打地线45C将裸片44的顶部接地连接至外露的裸片垫92和引线43C。虽然外露的裸片垫92和引线53C的内部结构被金属桥75合并，但是封装130的底面看起来是图7C中示出的相同的封装，具有外露的裸片垫92和脚53C之间的间隙77。
[0156]图9E中示出根据本发明制造的具有外露的裸片垫的DFF有脚封装140。封装140包括塑料体42、安装在T型外露的裸片垫76上的裸片44、接合线45B和45C、带有对应脚53B和53C的引线43B和43C。在具有T型外露的裸片垫76的情况下，可以使用比图9A的封装100中尺寸更大的裸片44，同时保持外露的裸片垫76的底部与脚53B和53C之间的更大的间隙77。
[0157]图10示出根据本发明制造的DFF有脚封装150。在封装150中，塑料体42延伸到引线43B和43C的垂直柱段之外并重叠到脚53B和53C上。如上所述，该设计不是优选的，因为该设计减少了用于给定PCB区域的裸片44的最大尺寸。
[0158]四边有脚(QFF)封装的变体
[0159]利用微小的改动，可以将这里所述的用于制造薄轮廓有脚封装的方法改变为制造全部四边上具有引线的封装，即方形扁平有脚(quad flat footed)或QFF封装。QFF封装的制造工艺流程的步骤与用于制造DFF封装的步骤相同，除了封装尺寸(和由此的塑封)和引线框的变化以及切割线相对于引线框的位置。另外，用于QFF和DFF封装的制造顺序是相同的，使得单个生产线可以使用相同的机械设备制造两种产品。
[0160]图1lA示出根据本发明制造的16引线QFF有脚封装的引线框的一部分在裸片贴附和线接合之前的平面图。引线框50包括垂直母线和横向母线70和71，以给支撑以行和列的阵列形式布置的许多相同封装的结构提供机械刚度。在该图示中，未示出蚀刻或冲压引起的引线框50厚度的变化，除了引线框中形成开口的地方之外。
[0161]在图1lA中，虚线表示限定一个QFF封装的单元格73。单元格73在引线框50内多次重复以同时产生多个封装。在单元格73内，引线框50包括裸片垫43A和引线43B至43Q。清楚起见，附图中省略了半导体裸片及其接合线的位置。
[0162]引线框50中明显没有示出的是用于在成型之前固定裸片垫43A的联结条。在制造操作中不采用联结条来支撑裸片垫43A，引线43B至43Q中的一个或多个有意地连接至裸片垫43A，以在裸片贴附、线接合和处理期间提供机械刚度。在优选实施例中，这些支撑引线位于封装的相对的边上，诸如图1lA中通过引线43K和43P示出的。任意连接裸片垫的引线电短路至与裸片垫43A相同的电势。
[0163]除非采用绝缘环氧树脂来将裸片贴附到裸片垫，要不然裸片垫的电势就会与其上安装的半导体裸片的背面的电势相同，在大多数情况下，裸片垫的背面的电势为地电势或最大的负IC电压。与其他引线相比，连接裸片垫的引线还更加有效地将热量从裸片传送至PCB。低热阻的这个好处对于具有外露的裸片垫的封装是无关紧要的，但是其可以通过连接到裸片垫的每个附加引线来提高。虽然在处理中连接单个裸片垫的引线还可以用于稳定裸片垫43A，但是必须注意提供底面支撑以避免在线接合期间“跳板”同样弯曲。
[0164]示为虚线的塑料体42相交并仅横向重叠引线43B至431的一部分。在塑料体42的相同面上，锯切线51Y与引线43B至411相交，但是不与塑料体42相交，进而限定引线43B至431的脚突出到塑料体42之外的长度。在分割期间，锯切线51Y将引线43B至431与金属母线70永久分开。
[0165]类似的，塑料体42相交并仅横向重叠引线43J至43Q的一部分。在塑料体42的相同面上，锯切线51X与引线43J至43Q相交，但是不与塑料体42相交，进而限定引线43J至43Q的脚突出到塑料体42之外的长度。在分割期间，锯切线51X将引线43J至43Q与金属母线71永久分开。QFF在X方向上的锯切，这里锯片不接触塑料体42，这与DFF封装的分割形成鲜明对比，DFF封装的分割中锯片切穿塑料和联结条。就这一点而言，QFF封装的锯切和分割在X和y方向上是相同的，然而DFF封装的锯切却不是。
[0166]可以改变QFF封装的高宽比以将封装制成为正方形或矩形。遵循现有技术QFN封装的惯例，引线通常沿着每个封装边以偶数倍增加而间隔。在正方形高宽比的情况下，每边
3、4、5和6个引线产生具有12、16、20和24个引线的正方形封装，一个或两个引线物理连接至裸片垫。在两个引线连接至接地裸片垫情况下，16个引脚的封装仅支持15个不同的电信号，即14个独立的引线和一个接地引线。如果仅有一个引线接地，则所有的封装引线可以偏置为不同的电势。
[0167]在图1lB中，示出正方形QFF封装55的底面图。封装55包括塑料体42和引线43B至43Q的脚的底部。从底面看，没有办法从其脚中区分出引线的垂直柱段的底部。可以包括可选的外露的裸片垫74(由虚线示出)以改进封装55的散热。如果使用类似于图9D中所示的设计，从底面看，物理连接至外露的裸片垫74的引线43K和43P看起来与其他引线相同。通过改变引线框设计，可按照预期将任意数量的引脚或引脚组合简单地连接至外露的裸片垫。不需要为了变化连接至裸片垫的引线组合而改变塑料成型，进而最小化实施自定义引脚分布方案的成本。
[0168]图1lC示出16引线QFF封装55的三维透视图。在封装55的一个边缘上能看到16个引线中的引线43C、43E、43G、43I，并且在封装55的另一个边缘上能看到引线43J、43L、43N和43P。这些引线具有对应的脚53C、53E、53G、531、53J、53L、53N和53P。塑料体42的底部、引线43B至43Q的垂直柱段的底部和脚53B至53Q的底部共面，并形成封装55的底部。如图所示，引线43C、43E、43G、431、43J、43L、43N和43P的垂直柱段的侧面被暴露并且未被塑料体42覆盖。引线43C、43E、43G、431、43J、43L、43N和43P的垂直柱段稍微突出到塑料体42的侧边缘之外，并且在附图中未示出这些突出部。
[0169]图12A示出用于QFF封装的引线框60的平面图，该QFF封装的三个边缘具有弓丨线且其剩下的边缘上具有单个”散热片”引线，该散热片包括连接单个裸片垫的引线，该连接单个裸片垫的引线作为电连接(用于接地)并作为从封装到安装封装的PCB内的低热阻路径。清楚起见，图12A中省略了半导体裸片及其接合线的位置。虚线表示限定一个QFF封装的单元格73。单元格73在引线框60内多次重复以同时产生多个封装。单元格73内是外露的裸片垫74和引线43C、43E、43G、43I和43J至43Q。在封装剩余的边缘上，短接至裸片垫74的单个散热片92取代了在其他情况下可能会存在于该位置的引线。例如，通过使用金属填充引线之间的间隙，图12A的引线框60中的散热片92取代图1lA所示的间隔的引线43B、43D、43F和43H，进而将引线一起并入固体件。
[0170]与图1lA中示出的引线框50相同，引线框60中不包括联结条。相反，在不需要使用其他引线支撑裸片垫的情况下，连接裸片垫的散热片92提供裸片贴附、线接合和处理中的机械刚度。
[0171]塑料体42 (示为虚线)相交并且仅横向重叠散热片92和引线43C、43E、43G和431的一部分。锯切线51Y与引线散热片92和引线43C、43E、43G和431相交，但是不与塑料体42相交，进而限定散热片92的脚以及引线43C、43E、43G和431的脚突出到塑料体42之外的长度。在分割中，锯切线51Y将散热片92和引线43C、43E、43G和431与金属母线70永远分开。
[0172]类似的，塑料体42相交并仅横向重叠引线43J至43Q的一部分。锯切线51X与引线43J至43Q相交，但是不与塑料体42相交，进而限定引线43J至43Q的脚突出到塑料体42之外的长度。在分割期间，锯切线51X将引线43J至43Q与金属母线71永久分开。QFF在X方向上的锯切，这里锯片不接触塑料体42，这与DFF封装的分割形成鲜明对比，DFF封装的分割中锯片切穿塑料和联结条。就这一点而言，QFF封装的锯切和分割在X和y方向上都是相同的，然而DFF封装的锯切却不是。
[0173]可以改变散热片QFF封装的高宽比以将封装制成为正方形或矩形。遵循现有技术QFN封装的惯例，引线通常沿着每个封装边以偶数倍增加而间隔。散热片可以合并任意封装边缘上的相邻的引线的全部任意组合。
[0174]从封装流到PCB的热量垂直地穿过外露的裸片垫74和横向地穿过散热片92。因为散热片92被焊接到其上安装封装的PCB上，所以该导热路径中的热阻基本是恒定的。从外露的裸片垫74的垂直导热取决于外露的裸片垫74的底部和PCB上的位于封装下面的导体之间的热接触的质量。如果外露裸片垫74的底部和PCB导体之间存在导热化合物，大量的热通过该路径流动。然而，如果不存在热化合物，垂直的热流动被介于中间的空气间隙抑制，并且热量主要通过散热片92的焊缝流入PCB。
[0175]在图12B中，示出了根据本发明制造的正方形散热片QFF的底面图，包括塑料体42、散热片92和有脚引线43C、43E、43G、43I和43J至43Q的底部。从底面看，没有办法从其脚中区分出引线的垂直柱段的底部。并入散热片92的外露的裸片垫74改进了封装的散热。虽然所示设计将四个引线并入金属的固体件以形成散热片92，可选地包括填充引线之间的间隙，但是通过改变引线框的设计，可按照预期将任意数量的引脚或引脚组合简单地连接至外露的裸片垫。不需要为了变化连接至裸片垫的引线组合而改变塑料成型，进而最小化实施自定义引脚分布方案的成本。
[0176]根据本发明制造的散热片QFF封装通过其散热片传导热，在不依赖通过其外露的裸片垫的热传导的情况下，确保封装的最小额定功率。使用介于之间的导热凝胶将散热片QFF封装安装到PCB上可以进一步减小封装的热阻，使得可以形成额定功率更高的封装或在给定的额定功率下降低半导体的结温，进而改善系统可靠性。
[0177]图12C示出13引线散热片QFF封装60的三维透视图。所示为具有有脚散热片92和十二个其他有脚引线的塑料体42，从所示的透视图仅能看出四个带有对应脚53J、53L、53N 和 53P 的引线 43J、43L、43N 和 43P。
[0178]塑料体42的底部，连同引线的垂直柱段、脚和散热片的底部，与封装的底部和平面46共面。如图所示，引线43J、43L、43N、43P的垂直柱段的侧面和散热片92的侧面被暴露且不被塑料体42覆盖。引线43J、43L、43N、43P的垂直柱段和散热片92仅稍微突出到塑料体42的侧边缘之外，因此在附图中未示出这些突出部。图12中还示出，脚53J、53L、53N和53P的长度由锯切线51X确定。类似地，散热片92上脚的长度由锯切线51Y确定。
[0179]图13A示出根据本发明制造的9引线散热片QFF封装的引线框65的平面图。散热片92A和92B连接至裸片垫74并在封装的两个相对边缘上横向延伸到塑料体42之外，同时，不短接至裸片垫74的间隔的引线43J至43Q位于其他两个封装边缘上。这样的封装提供出众的功率处理能力和低热阻，即使在安装在PCB上时封装下面不采用导热化合物。在替代的实施例中，在不会显著降低封装的散热性能的情况下，外露的裸片垫74可以使用“绝缘”裸片垫取代，即被塑料体42完全包封。
[0180]在散热片QFF封装的另一个实施例中，封装“伸展”到其正方形之外，即具有大于I的长宽比，以增加可用封装引线的数目。图13B示出替代矩形引线框70的平面图，其中通过调节所需封装尺寸来增加位于被锯切线51X横切的封装的较长边缘上的引线的数目。在引线框70中，边缘上引线的数目已经翻倍至每个封装边缘8个，产生具有双散热片92A和92B的17引线QFF封装。引线框70是说明性的。倘若安装在外露的裸片垫74上的半导体裸片的高宽比不太苛刻并不会导致开裂，裸片引线的数目可以增加至任意数目。一般来说，半导体裸片的长宽比不应该超过4比I，并且优选不应该超过3比I。出于最佳裸片内互联的实际原因，在大部分情况下，裸片长宽比不超过2.5。
[0181]图13C的平面图中示出矩形引线框的另一个实施例。在引线框75中，散热片和独立的引线都沿着封装的每个长边缘而提供。具体来说，散热片92C和92D连同独立的引线43J至43Y连接至外露的裸片垫74。散热片92C和92D以及引线43J至43Y被锯切线51X沿着封装的长边缘横切并且在从引线框支撑条71锯切的过程中分开。独立的引线43B至431位于被锯切线51Y横切的封装的较短边缘上，并且在锯切的过程中从引线框支撑条70分开。双散热片92C和92D有效地将热量从裸片垫74导出，同时电性地构建为接地或裸片垫连接。与电性独立的引线43B至43Y相结合，图13C的双散热片QFF设计包括25引线有脚封装。
[0182]如上所述，根据本发明的QFF封装，在成型之前的制造和处理过程中，可以使用引线或散热片而不是联结条来固定裸片垫。在裸片贴附和线接合过程中，这些引线应当在不明显弯曲或挠曲的情况下牢固地保持裸片垫，以避免组装的器件存在制造问题和可靠性问题。必须保留至少一个或两个引线(不是联结条)的最小化以确保制造过程中的机械稳定性的原因是联结条与QFF封装的制造流程和引线框设计不兼容。
[0183]在QFF封装的引线框中尝试使用联结条不可避免地导致引线框的联结条突出到封装的塑料体之外的不期望的突出部，干扰组装的突出部可以导致电短路，并且在处理期间可能导致裸片或塑料的开裂以及塑料从其他引线剥离。该问题是QFF特有的，并且不会出现在DFF封装中。如图14A所示，在图7A的DFF封装中，联结条72在等于裸片垫43A的高度上存在于塑料体42的侧面，即抬升到封装的底部平面46的上方，但是联结条72被锯片切割而与塑料体42齐平。因为锯片同时切割联结条72和塑料42，所以联结条72不会突出到塑料体42的表面之外。
[0184]在DFF的两个有引线的边缘上，状况类似于QFF封装上的任意边缘，然而，从塑料体42的边缘向后拉锯片以允许形成延伸到塑料体42的表面之外的引线43C、43E、43G、43I的脚53C、53E、53G、53I。在这个情况下，在封装的具有有脚引线的边缘上存在联结条在没有额外的处理步骤的情况下将必定留下横向突出到塑料体之外的联结条。突出部的长度等于脚的长度。图14B的截面图中示出了该问题，在图14B的截面图中，由锯切线51X确定的联结条72延伸到塑料体42之外(突出部99)的长度。因为联结条抬升到平面46上方，所以产生的“跳板”金属突出部在机械处理过程中可能很容易被撞到或弯曲，导致了封装和裸片的损坏。
[0185]因为没有具有有脚引线的封装边缘可以在不产生不期望的突出部99的情况下容纳联结条，那么QFF封装与联结条彼此不兼容，反而必须采用一个或多个引线或散热片以在制造过程中稳定裸片。可以包括附加步骤来从封装移除联结条突出部，但是因为该步骤必须在分割(即切割引线)之后出现，移除金属突出部的唯一步骤包括剪下或蚀刻不期望的部分。因为在工艺中没有方便的方法来保持封装，剪下或切割不期望的金属是有问题的。另外，额外步骤可能会使塑料成型裂开并导致质量和可靠性失效。蚀刻可能轻易损坏其他引线。除了这些复杂性，额外的处理步骤总会增加成本，使得不希望在QFF封装上使用联结条，即使想出曾经描述的方法或其他方法来移除它。
[0186]引线框上有凸块的有脚封装的变形
[0187]根据本发明制造的诸如DFF和QFF封装的有脚封装与无接合线组装方法相兼容。在无接合线组装中，接合线互连被组装之前形成在通常以晶片形式的裸片上的焊球或铜柱代替，该焊球或铜柱接下来用于将裸片贴附至引线框，提供机械支撑和电连接至裸片。因为裸片是反转的以利于安装在引线框上，无接合线组装方法有时称为“倒装”组装。
[0188]无接合线组装中的第一步骤是在半导体裸片上形成焊球或焊柱。使用本领域技术人员熟知的方法，通过将预制的银焊球穿过镂空掩模滴到加热的晶片表面上形成凸块或焊球。一旦接触暴露的金属接合垫，焊球熔化，轻微地粘附到开放的接合垫。除了暴露的接合垫，焊球不粘贴到任何区域，证明具有微米精度的贴装精度。
[0189]替代地，使用铜柱可以有利于接触。在这个工艺中，也是本领域中熟知的，并且从组装工厂中商业获得，硅晶片的上面涂敷有包括薄金属夹层结构，包括诸如钨或钛的高温难熔金属的底层和铜的薄顶层。然后，使用光刻设备掩模并蚀刻沉积的薄金属夹层结构，移除除了接合垫区域上方之外的每个地方的金属。然后，仅在存在薄铜基底层的位置电镀铜、生长铜“柱”的圆柱物。在电镀过程中，难熔金属层作为阻止铜扩散到铝接合垫中的扩散阻挡层。形成柱之后，铜被浸在熔化的银焊料中，在每个柱的顶上留下小的焊料滴。
[0190]不论是焊球还是铜柱的凸块，然后有凸块的晶片被锯为分开的裸片并使用倒装拾放机安装到引线框上，即裸片反转的地方，所以在裸片对准并安装到引线框上时裸片的正面向下。然后，回流焊熔化中间焊料，将裸片机械和电性地固定到引线框上。
[0191]图15A示出根据本发明的无接合线封装的截面图。无接合线有脚封装160包括具有正面通过焊球或柱165A至165C贴附到引线框43的裸片44，其中塑料体42包封裸片44和焊球165A至165C。具体来说，焊球165B将裸片44的一个接合垫连接至引线43B和脚53B，焊球165C将裸片44的不同接合垫连接至引线43C和脚53C等。
[0192]裸片44的接地或基板连接不是从裸片的背面进行的，而是通过裸片44的正面上的接合垫，裸片44的正面通过焊球165A连接至外露的裸片垫74。其他独立的引线还可以电连接至基板或裸片44的接地垫，或者如图15B中封装161所示，引线53C可以通过金属桥92电短接外露的裸片垫74。
[0193]在无接合线封装160和161中，从裸片44通过外露的裸片垫74流出的大量的热量需要从半导体裸片44通过裸片44的表面内的金属互联层到焊球的直接热路径，即导热孔，通过使用用于基板接触的多个焊球能最好的实现，每个焊球垂直堆叠在接触顶上并且孔开口填充有工艺中可获得的每个金属层。在无接合线封装中，任意介于中间的氧化物将大大增加热阻并减少裸片的功率耗散能力。
[0194]在一些实例中，例如在包含具有垂直电流传导的器件的裸片中，甚至在弓I线框上具有凸块的封装中，可能有必要电接触裸片44的背面。图16A的截面图中示出一种有利于使用引线框上有凸块的方法组装有脚封装中裸片的背面接触的设备，这里裸片44的背面使用一个或多个打地线176电连接至外露的裸片垫74A。裸片垫74A在其上表面上包括悬臂架，允许用于贴附打地线176的附加区域。焊球175示为点线，指示这些焊球在截面图中未示出，并且不一定接触外露的裸片垫74A。
[0195]为了接合到裸片44的背面，使用蒸发或溅射将厚金属层178涂覆到裸片44的背面。金属层178可以包括具有底层、中间层以及顶层的金属夹层结构，该底层包括诸如钨或钼的第一金属，中间层包括诸如镍的第二金属，并且顶层包括诸如铜、银或金的第三金属。理论上，如果打地线176是铜，夹层结构型金属层178的顶层应该也是铜。如果打地线176是金，夹层结构型金属层178的顶层优选金或银。
[0196]图16B示出使用具有背面打地线176的引线框上凸块组装的有脚DFN封装的平面图，由此具有焊球175B至1751的半导体裸片44被安装到包括有脚引线43B至431、联结条72和塑料体42的引线框上。打地线176将裸片44的背面连接至外露的裸片垫74，打地线176接合至联结条72的加宽部分177。封装被将塑料体42和联结条72切为互相齐平的锯切线51X横切。锯切线51Y横切引线43B至431，但是不穿过塑料体42，由此形成根据本发明的有脚引线。
[0197]图16C示出本发明的另一个实施例的平面图，包括使用引线框上凸块的组装和背面打地线的有脚散热片QFF封装。裸片44包括将裸片44的接合垫贴附到对应的封装引线43C、43E、43G、43I和43J至43Q的焊料凸块或铜柱175。打地线176将裸片44上的顶部热接触和顶部电接触贴附至外露的裸片垫74和散热片92，提供从半导体裸片44的顶部的热电传导和背面的热电传导。裸片44和打地线176被包含在塑料体42内。锯切线51X和51Y横切引线43C、43E、43G、43I和43J至43Q以及散热片92，形成根据本发明制造的QFF封装的脚特征特性。
[0198]相关申请的交叉引用
[0199]本申请要求2013年3月9日递交的临时申请61/775，540和61/775，544的优先权，每个临时申请都全文引用合并于此。
【权利要求】
1.一种半导体封装，包括: 塑料体，所述塑料体具有侧边缘；以及 引线，所述引线部分包封在所述塑料体中，所述引线包括脚，所述脚在所述塑料体的侧表面的底部向外突出。
2.根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述引线进一步包括垂直柱段，所述垂直柱段的外边缘和所述脚的一部分被所述塑料体覆盖。
3.根据权利要求2所述的半导体封装，其中所述脚在所述垂直柱段的底部水平向外延伸。
4.根据权利要求3所述的半导体封装，进一步包括悬臂段，所述悬臂段在所述垂直柱段的顶部水平向内延伸。
5.根据权利要求1所述的半导体封装，进一步包括裸片垫和裸片，所述裸片被安装到所述裸片垫并且电连接至所述弓I线。
6.根据权利要求5所述的半导体封装，其中所述裸片垫在所述塑料体的底表面上被暴露。
7.根据权利要求5所述的半导体封装，进一步包括散热片，所述散热片包括所述裸片垫的延伸部，并且具有与所述塑料体的所述底表面共面的平坦底表面。
8.一种半导体封装，包括: 塑料体，所述塑料体具有侧边缘；以及 引线，所述引线部分包封在所述塑料体中，所述引线包括垂直柱段和脚，所述脚在所述垂直柱段的底部向外突出，所述垂直柱段的外边缘和所述脚的上表面被暴露。
9.根据权利要求8所述的半导体封装，其中所述垂直柱段的外边缘被暴露，以在所述垂直柱段的顶部形成平台。
10.根据权利要求8所述的半导体封装，进一步包括悬臂段，所述悬臂段在所述垂直柱段的顶部水平向内延伸。
11.根据权利要求1所述的半导体封装，进一步包括裸片垫和裸片，所述裸片被安装到所述裸片垫并且电连接至所述弓I线。
12.根据权利要求11所述的半导体封装，其中所述裸片垫在所述塑料体的底表面上被暴露。
13.根据权利要求8所述的半导体封装，进一步包括散热片，所述散热片包括所述裸片垫的延伸部，并且具有与所述塑料体的所述底表面共面的平坦底表面。
14.一种制造半导体封装的方法，包括: 在要形成裸片垫和引线的悬臂段的位置减薄金属片； 在要形成所述引线的脚的位置减薄所述金属片；以及 在所述裸片垫的位置和所述引线的所述悬臂段的位置之间切断所述金属片。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在要形成所述引线的脚的位置减薄所述金属片和在所述裸片垫的位置和所述引线的悬臂段的位置之间切断所述金属片在单个工艺步骤中执行。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在要形成所述裸片垫和所述引线的脚的位置减薄所述金属片包括:在所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置减薄所述金属 片。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段以及所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置减薄所述金属片包括:在所述金属片的第一侧上沉积第一掩模层，在所述第一掩模层中形成对应于要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段以及所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置的开口，并且通过所述第一掩模层中的所述第一开口部分蚀刻所述金属片。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在要形成所述引线的脚的位置减薄所述金属片和在所述裸片垫的位置和所述引线的悬臂段的位置之间切断所述金属片包括:在所述金属片的第二侧上沉积第二掩模层，在所述第二掩模层中形成对应于所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置的第一开口，在所述第二掩模层中形成对应于所述脚的位置的第二开口，并且通过所述第二掩模层中的所述第一和第二开口蚀刻所述金属片。
19.根据权利要求18所述的方法，其中通过所述第二掩模层中的第一和第二开口蚀刻所述金属片包括:在所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置上完全蚀刻所述金属片，并且在所述脚的位置上部分蚀刻所述金属片。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段以及所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置减薄所述金属片包括从所述金属片的第一侧冲压所述金属片。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在要形成所述引线的脚的位置减薄所述金属片以及在所述裸片垫的位置和所述引线的悬臂段的位置之间切断所述金属片包括从所述金属片的第二侧冲压所述金属片。
22.根据权利要求16所述的方法，其中在要形成所述引线的脚的位置减薄所述金属片包括:在要形成第二封装中的引线的脚的位置以及所述脚和所述第二封装中的所述引线的脚的位置之间的区域减薄所述金属片。
23.根据权利要求22所述的方法，其中在要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段以及所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置减薄所述金属片包括:在所述金属片的第一侧上沉积第一掩模层，在所述第一掩模层中形成对应于要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段和所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置的开口，并且通过所述第一掩模层中的所述第一开口部分蚀刻所述金属片。
24.根据权利要求23所述的方法，其中在要形成所述引线的脚的位置、所述第二封装中的所述引线的所述脚的位置、和所述脚与所述第二封装中的所述引线的所述脚之间的区域减薄所述金属片以及在要形成所述裸片垫和所述引线的悬臂段的位置之间切断所述金属片包括:在所述金属片的第二侧上沉积第二掩模层，在所述第二掩模层中形成对应于形成所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置的第一开口，在所述第二掩模层中形成对应于要形成所述脚、所述第二封装中所述引线的所述脚、以及所述脚和所述第二封装中所述引线的所述脚的位置之间的区域的位置的第二开口，并且通过所述第二掩模层中的所述第一和第二开口蚀刻所述金属片。
25.根据权利要求24所述的方法，其中通过所述第二掩模层中的所述第一和第二开口蚀刻所述金属片包括:在要形成所述裸片和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置完全蚀刻所述金属片，以及在要形成所述脚、所述第二封装中的所述引线的所述脚以及所述脚和所述第二封装中的所述引线的所述脚之间的区域的位置部分蚀刻所述金属片。
26.根据权利要求22所述的方法，其中在要形成所述裸片垫、所述引线的悬臂段以及所述裸片垫和所述引线的悬臂段之间的间隙的位置减薄所述金属片包括从所述金属片的第一侧冲压所述金属片。
27.根据权利要求26所述的方法，其中在要形成所述引线的脚、所述第二封装的所述引线的脚以及所述脚和所述第二封装中的所述引线的脚之间的区域的位置减薄所述金属片以及在要形成所述裸片和所述引线的悬臂段的位置之间切断所述金属片包括从所述金属片的第二侧冲压所述金属片。
28.根据权利要求22所述的方法，进一步包括形成塑料体，所述塑料体覆盖所述引线的一部分，同时使所述脚的至少一部分未被覆盖。
29.根据权利要求28所述的方法，包括移除所述脚和所述第二封装中的所述引线的所述脚之间的区域。
【文档编号】H01L23/498GK104167395SQ201410271204
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2013年3月9日
【发明者】R·K·威廉斯 申请人:埃德文蒂夫Ip银行