芯片封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及芯片封装结构及其制造方法。

背景技术：

在芯片封装结构中，引线键合技术已经获得广泛的应用。现有的芯片封装结构包括引线框以及位于引线框上的一个或多个芯片。在芯片封装结构内部，采用引线键合实现芯片之间以及芯片与引线框之间的电连接。

图1示出根据现有技术的芯片封装结构的俯视图。图2a和2b示出根据现有技术的芯片封装结构的不同实例的侧视图。在该封装结构100中，采用双列直插式封装技术封装芯片120和130。引线框110和多个引脚111以及彼此分离的管芯垫112和113。芯片120和130分别固定在管芯垫112和113上，分别包括多个焊盘121和多个焊盘131。多条引线140用于将芯片120和130彼此连接，以及将芯片112和113的至少一部分焊盘连接至引脚111。在该芯片封装结构100中，管芯垫112和113彼此分离且位于引线框110的主平面上，如图2a所示。在进一步改进的封装结构中，管芯垫112和113彼此分离且相对于引线框110的主平面凹陷，以便于引线跨越，如图2b所示。

在上述的封装结构中，管芯垫112和113始终位于同一平面上，芯片120和130的表面大致齐平。在引线键合的过程中，如果需要引线交叉或跨越芯片，则彼此相邻的键合线由于距离较近，容易造成冲丝现象。同时在注入封装料的过程中，由于位于同一平面会有两条或者多条键合线相交叉、相邻的键合线距离较近，而封装料一般从左右两侧注入，从而增加冲丝现象的产生。最终会造成芯片良品率降低，芯片的使用寿命减少，制造成本提高等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种芯片封装结构及其制造方法，其中将引线框的至少两个管芯垫设置在不同的平面上以避免引线交叉时的接触，从而解决封装过程中的冲丝问题以及提高芯片良品率。

根据本发明的一方面，提供一种芯片封装结构，包括：引线框，所述引线框包括多个引脚以及第一管芯垫和第二管芯垫；第一管芯和第二管芯，所述第一管芯和所述第二管芯的第一表面分别固定在所述第一管芯垫和所述第二管芯垫上，第二表面分别包括多个焊盘；以及多条键合线，所述多条键合线包括各自一端连接至所述第一管芯的多个焊盘的第一组键合线，以及各自一端连接至所述第二管芯的多个焊盘的第二组键合线，从而将所述第一管芯和所述第二管芯彼此连接以及与所述多个引脚相连接，其中，所述引线框的多个引脚和所述第一管芯垫位于主平面上，所述第二管芯垫相对于所述主平面凹陷，所述第一组键合线中的至少一条键合线横跨所述第二管芯或所述第二组键合线中的至少一条键合线；其中，所述芯片封装结构为开关电源组件，所述第一管芯为控制芯片，所述第二管芯为功率开关管。

优选地，其中，所述第二管芯垫的凹陷深度大于所述功率开关管的厚度。

优选地，其中，所述功率开关管的横向尺寸大于所述控制芯片的横向尺寸。

优选地，其中，所述功率开关管的焊盘数量小于所述控制芯片的焊盘数量。

优选地，其中，所述控制芯片的栅极驱动端经由键合线与所述功率开关管的栅极相连接，所述功率开关管的源极经由键合线与管脚相连接，漏极经由导电粘结层固定在所述第二管芯垫上。

优选地，其中，所述控制芯片的栅极驱动端经由键合线与所述功率开关管的栅极相连接，所述功率开关管的源极经由键合线与管脚相连接，漏极经由导电粘结层固定在所述第二管芯垫上。

优选地，所述第二管芯垫的至少一部分延伸至所述第一管芯垫下方。

优选地，还包括：封装料，用于覆盖所述控制芯片、功率开关管、所述多条键合线，以及所述引线框的至少一部分。

优选地，其中，所述封装料形成彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述多条引脚从所述封装料的侧面伸出。

优选地，其中，所述芯片封装结构为双列直插式封装。

根据本发明的另一方面，提供一种制造芯片封装结构的方法，包括：在引线框的第一管芯垫和第二管芯垫上放置控制芯片和功率开关管，所述引线框的多个引脚和所述第一管芯垫位于主平面上，所述第二管芯垫相对于所述主平面凹陷；采用多条键合线进行键合，将所述控制芯片和所述功率开关管彼此连接以及与所述多个引脚相连接；以及采用封装料覆盖所述控制芯片、功率开关管、所述多条键合线，以及所述引线框的至少一部分，其中，所述多条键合线包括各自一端连接至所述控制芯片的多个焊盘的第一组键合线，以及各自一端连接至所述功率开关管的多个焊盘的第二组键合线，所述第一组键合线中的至少一条键合线跨越所述功率开关管或所述第二组键合线中的至少一条键合线。

优选地，其中，所述放置的步骤包括将所述控制芯片和所述功率开关管的第一表面分别固定在所述第一管芯垫和所述第二管芯垫上。

优选地，其中，所述放置的步骤包括将所述第二管芯垫从所述引线框的侧面插入至所述第一管芯垫和所述第二管芯垫之间的位置。

优选地，其中，所述第二管芯垫的凹陷深度大于所述功率开关管的厚度。

优选地，其中，所述功率开关管的横向尺寸大于所述控制芯片的横向尺寸。

优选地，其中，所述功率开关管的焊盘数量小于所述控制芯片的焊盘数量。

优选地，其中，所述键合的步骤包括，将所述控制芯片的栅极驱动端经由键合线与所述功率开关管的栅极相连接，以及，将所述功率开关管的源极经由键合线与管脚相连接，漏极经由导电粘结层固定在所述第二管芯垫上。

优选地，其中，在所述覆盖的步骤中，所述封装料形成彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述多条引脚从所述封装料的侧面伸出。

优选地，其中，所述芯片封装结构为双列直插式封装。

根据本发明实施例的芯片封装结构中，包括位于引线框两侧的第一管芯垫和第二管芯垫，其中所述引线框的多个引脚和所述第一管芯垫位于主平面上，所述第二管芯垫相对于主平面凹陷。由于该芯片封装结构中，两侧的第一管芯垫和第二管芯垫不在同一平面上，从而位于两侧的第一管芯垫和第二管芯垫上的多条键合线也不在同一平面上。因此，在引线键合的过程中，不会出现在同一平面上跨芯片引线，避免多条键合线相交叉或者相邻的键合线距离较近，从而不易造成冲丝现象；在注入封装料的过程中，封装料从芯片封装结构左右两侧注入，不会出现由于封装料对多条引线的影响，避免相邻或者相交叉的多条引线接触而产生的短路，从而减少冲丝现象的发生。本发明的芯片封装结构不仅提高了引线键合的质量和速度，而且大大降低了产品潜在的失效几率，提高了加工过程中的成品率，从而提高的产品的质量和可靠性。

优选地，第二管芯垫的至少一部分延伸至第一管芯垫的下方，因此可以放置更大尺寸的功率开关管，可以提高芯片的驱动能力。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术芯片封装结构的俯视图；

图2a和2b示出根据现有技术的芯片封装结构的不同实施例的侧视图。

图3、图4和图5分别示出根据本发明的实施例的芯片封装结构的立体透视图、俯视图和侧视图；

图6示出了本发明实施例的芯片封装结构的制造流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“a直接在b上面”或“a在b上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“a直接位于b中”表示a位于b中，并且a与b直接邻接，而非a位于b中形成的掺杂区中。

在本申请中，术语“冲丝”是指在引线框上固定芯片以及进行引线键合之后，在注入封装料的过程中，彼此相邻的引线由于封装料的冲击而彼此接触导致短路的现象。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图3、图4和图5分别示出根据本发明的实施例的芯片封装结构的立体透视图、俯视图和侧视图。为了清楚起见，在图中采用虚线示出封装材料150的周边，实际上封装材料150覆盖所述第一管芯、第二管芯、所述多条键合线140，以及所述引线框110的至少一部分。

本发明的芯片封装结构200包括：引线框110，所述引线框110包括多个引脚111以及第一管芯垫112和第二管芯垫113，引线框110可以由铜组成，并且通过在冲压形成引线框的不同部分；第一管芯和第二管芯，所述第一管芯和所述第二管芯的第一表面分别固定在所述第一管芯垫112和所述第二管芯垫113上，第二表面分别包括多个焊盘；以及多条键合线140，所述多条键合线包括各自一端连接至所述第一管芯的多个焊盘的第一组键合线，以及各自一端连接至所述第二管芯的多个焊盘的第二组键合线，从而将所述第一管芯和所述第二管芯彼此连接以及与所述多个引脚111相连接，其中，所述引线框110的多个引脚111和所述第一管芯垫112位于主平面上，所述第二管芯垫113相对于所述主平面凹陷，所述第一组键合线中的至少一条键合线141跨越所述第二管芯或所述第二组键合线中的至少一条键合线。其中，所述芯片封装结构200为开关电源组件，第一管芯为控制芯片120，第二管芯为功率开关管130。在本实施例中，所述的功率开关管130为功率mosfet。第一管芯垫112和第二管芯垫113彼此分离。在代替的实施例中，第一管芯垫112和第二管芯垫113可以整体形成。

引线框110的多个引脚111可以包含7个引脚，其中1个引脚与第一管芯垫112相连接，2个引脚与第二管芯垫113相连接。第一管芯垫112与控制芯片120的粘接以及第二管芯垫113与功率开关管130的粘接为绝缘粘结，该绝缘粘接的材料可为环氧树脂，该绝缘粘接材料可以采用点胶工艺(dispensing)形成在第一管芯垫112以及第二管芯垫113上，形成的环氧树脂具有一定的厚度，从而确保该芯片的性能。

所述第二管芯垫113的凹陷深度大于所述功率开关管130的厚度，使得所述位于所述控制芯片120的多个焊盘与所述功率开关管130的多个焊盘不在同一表面，从而使得第一组键合线与控制芯片120相连接的一端以及第二组键合线与功率开关管130相连接的一端不在同一平面内，用于避免交叉的键合线之间的相互接触而造成的键合线之间的短路。所述功率开关管130的横向尺寸大于所述控制芯片120的横向尺寸。所述功率开关管130的焊盘数量小于所述控制芯片120的焊盘数量，例如，所述控制芯片120的焊盘121可以为8个，分为两列平行排列；所述功率开关管130的焊盘131可以为2个，位于功率开关管130的第二表面的横向两端。

第二管芯垫113的至少一部分延伸至第一管芯垫112的下方，使得控制芯片120至少部分地堆叠在功率开关管130的上方，在本实施例中，功率开关管130的面积增大，从而提高芯片的驱动能力。

根据本发明实施例的芯片封装结构中，包括位于引线框110两侧的第一管芯垫112和第二管芯垫113，其中所述引线框110的多个引脚111和所述第一管芯垫112位于主平面上，所述第二管芯垫113相对于主平面凹陷。由于该芯片包装结构中，两侧的第一管芯垫112和第二管芯垫113不在同一平面上，从而位于两侧的第一管芯垫112和第二管芯垫113上的多条键合线140也不在同一平面上。因此，在引线键合的过程中，不会出现在同一平面上的跨芯片引线，避免多条键合线140相接触或者相邻的键合线距离较近，从而避免造成冲丝现象；在注入封装料的过程中，封装料从芯片封装结构左右两侧注入，避免出现由于封装料对多条引线的影响，相邻或者交叉的多条键合线140相接触而产生的短路，从而减少冲丝现象的发生。本发明的芯片封装结构不仅提高了引线键合的质量和速度，而且大大降低了产品潜在的失效几率，提高了加工过程中的成品率，从而提高的产品的质量和可靠性。

所述芯片封装结构为开关电源组件，所述控制芯片120的栅极驱动端经由键合线与所述功率开关管130的栅极相连接，所述功率开关管130的源极经由键合线与管脚相连接，漏极经由导电粘结层固定在所述第二管芯垫113上。导电粘结层在第二管芯垫113和功率开关管130之间导电导热，例如提供引导热路径和电连接路径。

此外，本发明的芯片封装结构，还包括：封装料150，用于覆盖所述控制芯片120、功率开关管130、所述多条键合线140，以及所述引线框110的至少一部分。其中，所述封装料150形成彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述多条引脚从所述封装料150的侧面伸出。其中，所述芯片封装结构为双列直插式封装。本发明所使用的封装料可以是环氧树脂聚合物，将已完成引线键合的芯片和模块化工艺的引线框架完全包装，使用该塑封方式具有材料成本低和重量轻等优点。使用环氧树脂聚合物封装的交连后聚合物性能稳定不变性、离子纯并且加工温度高达250℃。环氧树脂的重要的参数是吸潮少，并且可加入填充剂以减少膨胀系数(tce)，使其与引线框和芯片的热膨胀系数相匹配，从而可以保证该芯片的性能。

图6示出了本发明实施例的芯片封装结构的制造流程图，该封装结构的制造流程图包括：

在步骤s01，通过冲压工艺形成引线框110，在引线框110上放置控制芯片120和功率开关管130，所述控制芯片120位于所述引线框110的主平面上，所述功率开关管130相对于所述主平面凹陷。

所述引线框110包括多个引脚111以及第一管芯垫112和第二管芯垫113，所述引线框110的多个引脚111和所述第一管芯垫112位于主平面上，所述第二管芯垫113相对于所述主平面凹陷，所述放置的步骤包括将所述控制芯片120和所述功率开关管130的第一表面分别固定在所述第一管芯垫112和所述第二管芯垫113上。

其中，所述第二管芯垫113的凹陷深度大于所述功率开关管130的厚度。其中，所述功率开关管130的横向尺寸大于所述控制芯片120的横向尺寸。所述功率开关管130的焊盘数量小于所述控制芯片120的焊盘数量。

在该步骤中，如果第二管芯垫113的至少一部分延伸至第一管芯垫112的下方，则将功率开关管130从引线框110的侧面插入至第一管芯垫112和第二管芯垫113之间的位置。然后，在第一管芯垫112上固定控制芯片120，使得控制芯片120至少部分地堆叠在功率开关管130的上方。

在步骤s02，多条键合线140进行引线键合。采用多条键合线140进行键合，将所述控制芯片120和所述功率开关管130彼此连接以及与所述多个引脚111相连接。其中，所述多条键合线140包括各自一端连接至所述控制芯片120的多个焊盘的第一组键合线，以及各自一端连接至所述功率开关管130的多个焊盘的第二组键合线，所述第一组键合线中的至少一条键合线141跨越所述功率开关管130或所述第二组键合线中的至少一条键合线。

所述键合的步骤包括，将所述控制芯片120的栅极驱动端经由键合线与所述功率开关管的栅极相连接，以及，将所述功率开关管130的源极经由键合线与管脚相连接，漏极经由导电粘结层固定在所述第二管芯垫113上。

在步骤s03，采用封装料150覆盖所述控制芯片120、功率开关管130、所述多条键合线140，以及所述引线框110的至少一部分。

在所述覆盖的步骤中，所述封装料150形成彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述多条引脚111从所述封装料150的侧面伸出。其中，所述芯片封装结构为双列直插式封装。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。