具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种腔体封装，其包括金属引脚框架、连接至金属引脚框架的金属环、模制至所述金属引脚框架的塑料主体，形成基板腔，基板腔包括该引脚框架裸露的芯片贴装焊盘，用于固定半导体装置，该引脚框架裸露的引脚，用于引线接合至该半导体装置及外部电路，以及金属环裸露的上表面，与用于关闭和封装该基板腔的金属帽。金属环整合在预成型的腔体引脚框架内，用于提供从金属帽至芯片贴装焊盘的电接地路径，并允许金属帽使用焊料软熔的方式贴装至该预成型的引脚框架。
【专利说明】具有预成型腔体引脚框架的腔体封装
[0001]相关申请
本申请主张2013年8月8日提交的美国专利申请61/870354的优先权。优先权的主张依据该在先提交的申请，并且通过引用该在先提交申请的内容的全文包含于此。
【技术领域】
[0002]本发明通常涉及集成电路领域，特别涉及一种具有预成型腔体引脚框架(apre-moIded cavity leadframe)的腔体封装。
【背景技术】
[0003]诸如QFN (四侧无引脚扁平封装)及DFN (双侧无引脚扁平封装，dual-flatno-leads)的扁平无引脚封装都用来物理的及电气的将集成电路连接至印刷电路板上。两种类型的扁平无引脚封装是常见的:腔体(例如具有设计成封装有空气或氮气的腔体)，以及塑料模制(例如在封装内具有最少的空气)。这种腔体封装通常由三部分组成:铜引脚框架，塑料模制主体(开放并且未密封的)，以及附着于引脚框架的塑料部分的帽或盖。集成电路(IC)被安装到腔体内部的芯片贴装焊盘上，引线将该集成电路连接至引脚框架。引脚框架最后连接至封装底部上，以提供与印刷电路板的电气互连。
[0004]腔体封装是小型化及轻重量的，同时具有良好的热性能及电气性能，使得其适合于便携式通信/消费类产品。应用包括便携式电话，PDAs，无线信号发射器，射频前端，HD设备，微型控制器，前置放大器，服务器，智能电源器(smart power suppliers),交换机，DSPs, ASICs 以及腕表(wrist watches)。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，一金属环集成在所述预成型腔体引脚框架中。该金属环提供一从金属帽至芯片贴装焊盘的电接地路径，并且通过使用焊料软熔(reflow)使得该金属帽附着(attachment)于预成型引脚框架。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]本发明的特征及优势从下述相关附图并结合举例说明本发明的特征的详细描述中是显而易见的，其中:
图1为表示根据一示例性实施例的用于构造具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的过程的步骤流程图；
图2A和2B分别为根据一示例性实施例的一种具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的俯视及仰视立体图；
图3A和3B分别为图2A和2B的腔体封装的帽(a cap)的俯视及仰视立体图；
图4A和4B分别为用于图2A和2B的腔体封装的预成型腔体引脚框架的俯视及仰视立体图； 图5A为图2A和2B的具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的俯视图；
图5B为图2A和2B的具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的侧视图；
图5C为图2A和2B的具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的仰视图；
图为图5A中该具有预成型腔体引脚框架的腔体封装沿着线A-A的剖视图；
图5E为图5A中该具有预成型腔体引脚框架的腔体封装沿着线B-B的剖视图；
图6A和6B分别为根据图1中所述的流程的其中一步骤的模型内焊接的密封圈框架(aframe of seal rings fabricated in a matrix)的俯视及立体图；
图7A和7B分别为具有根据图1中所述的流程的又一步骤形成的支撑和连接引脚的密封圈模型(the matrix)的俯视立体图及细节视图；
图8为根据图1中所述的流程的又一步骤制造的底层引脚框架模型(a matrix)的立体图；
图9A和9B分别为显示根据图1中所述流程的又一步骤的显示出密封圈框架经由支撑和连接引脚附着(attachment)于引脚框架模型的俯视立体图和细节视图；
图1OA和1B分别为根据图1中所述流程的又一步骤的模制引脚框架模型以制作具有裸露的芯片贴装焊盘的腔体的俯视及仰视立体图；
图11为所述预成型引脚框架模型(the pre-moIded leadframe matrix)的俯视立体图，该预成型引脚框架模型为根据图1中所述流程的又一步骤将芯片贴装于各自的芯片贴装焊盘及接合引线后，又根据图1中所述流程的另一步骤附着各自帽后获得的预成型引脚框架模型；
图12为单个腔体封装的剖视图，其显示了根据图1中所述流程的最后一步的模型分离后的芯片贴装、引线接合以及帽贴装；
图13A为根据一可替换实施例的预成型引脚框架模型的仰视图，其中锡球(solderballs)用于将密封圈的框架贴装至引脚框架模型；
图13B为图13A的预成型引脚框架模型的俯视图；
图13C为图13A的预成型引脚框架模型的侧视图；
图13D为图13B中的预成型引脚框架模型沿着线A-A的剖视图；
图13E为图13B中的预成型引脚框架模型沿着线B-B的剖视图；
图14为所述预成型引脚框架模型的俯视立体图，该预成型引脚框架模型为根据图1中所述流程的其中一步的替换的第一子步骤的放置锡球后的预成型引脚框架模型；
图15A和15B分别为根据相对于图14的替换的第二子步骤显示经由锡球将密封圈框架贴装至引脚框架模型的俯视立体图及细节视图；
现通过参照说明典型实施例，并且使用特定语言描述同样的实施例。然而应当理解本发明的范围不因此限定。
【具体实施方式】
[0007]在本发明进行公开及描述前，应当理解本发明并不受限于这里公开的特定结构、过程步骤或材料，而应扩展至可由相关领域普通技术人员认识到的等同例。也应当理解这里使用的术语目的仅在于描述特定实施例而不用于限定。
[0008]参考图1至13，根据一示例性实施例显示了具有预成型腔体引脚框架的腔体封装200的结构。
[0009]如上描述及如图2A和2B中显示，该腔体封装200包括一铜引脚框架210，一塑料模制主体220及一盖或帽230。
[0010]图3A及3B显示了帽230，其用于将贴装的半导体芯片装(enclose)在预成型的引脚框架中。
[0011]图4A及4B显示了包含模制在主体220中的铜引脚框架210的所述预成型引脚框架，其包括一密封圈400，裸露的芯片贴装焊盘410，以及裸露的引脚420，引脚420用于引线接合至位于上表面的半导体装置以及用于在其下表面处焊接至外部电路如PCB板。
[0012]图5A为图2A和2B的具有预成型腔体引脚框架的腔体封装的俯视图，而图5B为侧视图，图5C为仰视图，图为沿着图5A中线A-A的剖视图，图5E为沿着图5A中线B-B的剖视图。
[0013]该腔体封装的构建包括一两部分过程，以预成型腔体引脚框架的制作开始，随后装配，如图1中所示。
[0014]该预成型腔体引脚框架构建开始于步骤100 (图1)，蚀刻或冲压环400的金属(如Cu、合金42、A1等)框架，环400通过半蚀刻临时拉杆(tie bars)500保持在一起，如图6A-6B所示，每个环400包括支撑及连接引脚510。可选地，该环400的框架可以通过一可焊的金属(如Ag, Sn/Au等)镀层。
[0015]在步骤110中，该支撑及连接引脚510通过机械弯曲成型，例如使用冲切工具和砧座，以便环模型在引脚框架200上方以合适的高度“直立”在引脚510上，以下进行进一步详述。
[0016]在步骤120中，引脚框架210在模型中制作，如图8所示。步骤120可以在步骤100或步骤110之前、之后执行或与其同时执行。
[0017]在步骤130中，环400的金属框架机械的和电气的连接至所述引脚框架210(例如通过导电环氧、焊接、点焊等)，如图9A和9B中所示。引脚510用于支撑所述环及防止该结构由于夹紧压力造成塌陷，所述夹紧压力是在随后的成型工序中由所述模制工具施加的。所述环400电连接至所述芯片贴装焊盘410的拉杆910，用于后续电连接至金属帽230。
[0018]在步骤140中，引脚框架210在塑料模制主体220中模制，以形成用于在后续步骤中接纳(receiving)半导体装置芯片的腔体1000。金属环400的顶侧,接合头420的顶侧的一部分，芯片贴装焊盘410的顶侧，接合头420的底侧及芯片贴装焊盘410的底侧均在模制后露出，如图1OA和1B中所示。
[0019]图11为所述预成型引脚框架模型的俯视立体图，该预成型引脚框架模型在根据步骤150-170的芯片贴装在各自芯片贴装焊盘及引线接合的装配过程之后，以及根据步骤180的分离操作前。
[0020]装配过程开始于步骤150，其中半导体芯片1300贴装至预成型引脚框架200的芯片贴装焊盘410，随后进行引线接合1310，如图12中所示。
[0021]在步骤160中，制作金属帽230。步骤160可在步骤150之前、之后执行或与其同时执行。
[0022]在步骤170中，帽230贴装在预成型腔体引脚框架的顶部。所述帽可以通过导电环氧树脂和软熔(reflow)焊接贴装在金属密封环400裸露的上表面,该金属密封环400嵌于预成型腔体框架中。金属环400提供了从金属帽230至芯片贴装焊盘410的电接地路径，并且允许使用软熔(reflow)焊接使金属帽附着(attachment)在预成型引脚框架上。
[0023]在帽230贴装后，在步骤180中，模型被分离(例如使用锯切割)以制成独立单元。
[0024]紧随步骤100-140的预成型腔体引脚框架制作过程，步骤150、170及180包含图1的全部过程的装配过程。帽制作步骤160也可组成预成型腔体引脚框架制作过程的一部分。
[0025]再次回到图1的步骤130，需注意环400的框架可以使用支撑和连接引脚510贴装至所述引脚框架，如上述讨论及图6A、6B、7A、7B、9A及9B中的描绘。根据一可替换实施例，锡球可用在步骤130中代替支撑和连接引脚510，如图13A-13E中所示。在该可替换实施例中，省略步骤110。
[0026]根据可替换步骤130的第一子步骤，锡球连接区域、每个引线结合头420的引脚尖端及引脚框架210上的芯片贴装焊盘410的上表面外围可选地通过可引线接合及“可焊的”金属(例如Ni/Au，Ni/Pd/Au，Ag等)预镀。引脚框架210的底部裸露金属区域也可选地电镀用于表面贴装软熔焊(surface mount reflow)。引脚框架210剩余的非电镀区域随后钝化(例如氧化基底金属)。钝化处理充当焊接抗蚀剂以用于限制不需要的焊料润湿(solderwetting)。锡球1500随后如图14中所示放置。
[0027]图15A和15B分别根据可替换步骤130的第二子步骤的，显示了使用锡球1500使密封环400的框架贴装至引脚框架模型210的俯视立体图及细节图。位于环400的底部表面上的锡球连接区域及该环顶部裸露区域可选地通过“可焊的”金属(例如Ni/Au，Ni/Pd/Au，Ag，…等)预镀。该环其余未电镀的区域随后钝化(例如通过氧化基底金属)，其中钝化处理充当阻焊剂以限制不需要的焊料润湿(solder wetting)。环400随后通过软熔(reflowing)该锡球1500焊接在引脚框架210上。
[0028]上面的实施例对于本发明的原理做了描述性的说明，但很明显对本领域的一般技术人员来说，多种形式上的修改、用法及实施细节可以在不付出创造性劳动时取得，而不脱离本发明的原理及概念。相应地，本发明并不受限于除以下提出的权利要求以外的其他内容的限制。
【权利要求】
1.一种腔体封装，包括: a、金属引脚框架； b、连接至所述金属引脚框架的金属环； C、塑料主体，模制至所述金属引脚框架形成基板腔体，所述基板腔体包括所述引脚框架的裸露的芯片贴装焊盘，该芯片贴装焊盘用于固定一半导体装置，所述引脚框架的裸露的引脚，该引脚用于引线接合至所述半导体装置及外部电路，以及所述金属环的裸露的上表面；以及 d、金属帽，用于关闭及封装所述基板腔体，该帽经由所述金属环的裸露的上表面贴装至所述主体，用于所述帽至所述芯片贴装焊盘的电接地。
2.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，进一步包括由所述金属环延伸出的支撑和连接引脚，用于连接所述金属环至各个从所述金属引脚框架的芯片贴装焊盘延伸出的拉杆(tie bars),从而在模制所述塑料主体时支撑所述金属环对抗模制夹紧压力。
3.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，进一步包括软熔(re-flowed)锡球，用于连接所述金属环至各个从所述金属引脚框架的芯片贴装焊盘伸出的拉杆，从而在模制所述塑料主体时支撑所述金属环对抗模制夹紧压力。
4.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，进一步包括用于贴装所述金属帽至所述主体的导电环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，进一步包括用于贴装所述金属帽至所述主体的焊接金属。
6.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述金属环由铜制成。
7.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述金属环由合金42制成。
8.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述金属环由铝制成。
9.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述金属环采用可焊的金属镀层。
10.根据权利要求9所述的腔体封装，其特征在于，其中所述可焊的金属包括银。
11.根据权利要求9所述的腔体封装，其特征在于，其中所述可焊的金属包括Ni/Au/Pd。
12.根据权利要求9所述的腔体封装，其特征在于，其中所述可焊的金属包括锡合金。
13.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述引脚框架由铜制成。
14.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述引脚框架由合金42制成。
15.根据权利要求1所述的腔体封装，其特征在于，其中所述引脚框架由铝制成。
16.一种制造腔体封装的方法，包括: i)制作金属环框架； ii)制作金属引脚框架模型； iii)贴装所述金属环框架至所述金属引脚框架模型； iv)模制所述金属引脚框架模型及贴装环以形成复数个基板腔，每个基板腔包括一裸露的芯片贴装焊盘用于固定半导体装置，裸露的引脚用于引线接合至所述半导体装置及接合至一外部电路，以及金属环框架一裸露的上表面； V)贴装半导体装置芯片至每个芯片贴装焊盘； Vi)引线接合所述半导体装置至所述引脚； vii)制作复数个金属帽； viii)通过所述金属环框架的裸露的上表面贴装所述复数个金属帽至所述环，以保护所述引线接合的半导体装置芯片及将所述帽电接地至所述金属引脚框架模型；以及 ix)分离所述模型为独立的腔体封装。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述金属环框架上形成支撑和连接引脚。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述金属环框架经由所述支撑和连接弓I脚贴装至所述金属弓I脚框架模型。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述金属环框架通过软熔(reflowing)置于金属引脚框架模型上并与所述环接触的锡球贴装至所述金属引脚框架模型。
【文档编号】H01L21/56GK104425400SQ201410422278
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】樊俊豪 申请人:優博創新科技有限公司