半导体设备的制作方法

1.本描述涉及半导体设备。
2.一个或多个实施例可以被应用到诸如例如集成电路(ic)的半导体设备。


背景技术：

3.四方扁平无引线(qfn)封装在封装底部具有外围焊盘以便提供到诸如印刷电路板(pcb)的基板的电连接，是半导体设备的示例，该设备可以包括仅在其底侧预镀的触点(例如，在本领域中被称为预镀框架(ppf))。
4.在触点侧面处的氧化金属(例如铜)妨碍触点的可焊性。另外，ppf触点金属化通过长期暴露在大气中(导致镍迁移和变色)被不利地影响，这不利地影响可结合性。
5.应注意的是，焊点可靠性与焊点截面成正比，该焊点截面又与可焊面积成正比。
6.通过增加触点宽度对触点节距的影响(可用的i/o引脚较少)，增加焊点截面，即可焊面积，可能增加迁移风险，同时还导致爬电距离问题。
7.另外还应注意的是，触点的常规化学镀层(例如，经由化学镀锡浸渍)可以实现1.5-2.0μm的锡厚度，这远小于例如汽车行业中所需的近10μm的值。


技术实现要素：

8.本公开的目的是提供一种半导体设备，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
9.本公开的一方面提供了一种半导体设备，包括：至少一个半导体芯片或管芯，被布置在引线框架的第一表面处，其中引线框架具有与第一表面相对的第二表面；半导体芯片或管芯，被布置在引线框架的第一表面处；绝缘包封，被形成在引线框架上；电触点，用于在引线框架的第二表面处的至少一个半导体芯片或管芯，其中电触点具有由绝缘包封留下未覆盖的远端表面以及侧面；以及镀层，被电镀在远端表面以及侧面上。
10.根据一个或多个实施例，其中镀层包括在电触点的远端表面以及侧面上电镀的锡。
11.根据一个或多个实施例，其中镀层具有约9.1微米至9.8微米的厚度。
12.利用本公开的实施例可以有利地提供适于汽车行业中所需的近10μm的值的镀层厚度。
附图说明
13.现在将通过参考附图，仅通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：
14.图1a是图示了制造半导体设备的常规的工艺流程的流程图；
15.图1b是图示了制造包括根据本描述的实施例的半导体设备中的工艺流程的流程图；
16.图2至图4是根据本描述的实施例的触点电镀和焊接实施例的图示，图4是沿图3的
线iv-iv取得的横截面图；以及
17.图5、图6和图7图示了根据本描述的实施例的工艺中的各个步骤。
18.应了解的是，为了清晰和易于理解，各种附图可能不会以相同的比例绘制。
具体实施方式
19.在随后的描述中，图示了各种具体细节，以便提供对根据描述的实施例的各种示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者使用其他方法、组件、材料等获得实施例。在其他情况下，未详细图示或描述已知的结构、材料或操作，从而将不会模糊实施例的各个方面。
20.在本描述的框架中参考“实施例”或“一个实施例”旨在指示在至少一个实施例中包括关于该实施例描述的特定的配置、结构或特点。因此，在本描述的各个点中可能出现的诸如“在实施例中”、“在一个实施例中”等短语不一定确切地指同一个实施例。此外，特定构象、结构或特点可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。
21.本文使用的标题/参考仅为方便起见，并且因此不限定保护的程度或实施例的范围。
22.另外，贯穿附图，相同的部件或元件用相同的附图标记表示，并且为了简洁起见，将不重复每个附图对应的描述。
23.各个行业(诸如汽车行业)的规范越来越多地转向半导体设备封装，诸如四方扁平无引线多行(qfn-mr)封装中的预镀锡触点。
24.如上所述，在常规半导体设备封装中，仅在底侧上预镀的触点侧面的氧化金属(例如铜)妨碍可焊性。事实上，焊点截面和焊距是根据可焊面积的(例如，与可焊面积成比例)。焊点可靠性是根据焊点截面、焊距和应力分布(主要是切向)的。
25.由于环境储存，仅在底侧处电镀的预镀框架(“ppf”)可能存在不期望的变色(铜氧化以及镍与金层上的迁移)的问题。
26.提高焊点可靠性的方法(例如，在qfn mr封装中)可能涉及增加触点面积。
27.至少在原理中，这样的增长可以通过不同的方式贯彻。
28.例如，触点之间的触点宽度和节距可以增加：作为结果，相同封装尺寸的i/o触点数量减少。
29.另外，可以在不改变节距的情况下增加触点宽度：作为结果，触点之间的间距减小，带有迁移的风险。
30.另一种方法可能涉及增加触点长度：这会影响触点与中央外露焊盘之间的爬电距离或管芯焊盘的尺寸。
31.一个或多个实施例可以经由可以被容易地集成在制造半导体设备(诸如qfn-mr封装)的常规工艺中的工艺步骤解决前述讨论的问题。
32.图1的功能流程图图示了这种常规的工艺。
33.在图1a所示出的工艺中，在步骤1001中，由框1000表示的引线框架已被应用(连接)在由框2000表示的一个或多个半导体芯片或管芯其上。
34.当前使用的名称引线框架(或引线框架)(例如，参见美国专利商标局的uspc统一词汇表)指示为半导体芯片或管芯提供支撑的金属框架，以及将半导体芯片或管芯耦合到
其他电气组件或触点的电引线。
35.基本上，引线框架包括导电结构(引线)阵列，该导电结构从外围位置沿半导体芯片或管芯的方向向内延伸，从而从其上附接有至少一个半导体芯片或管芯的管芯焊盘形成导电结构阵列。这可以是经由粘合剂(例如，管芯附接膜或daf)的管芯附接。
36.引线框架中的引线与半导体芯片或管芯的电耦合可以经由在芯片或管芯周围形成导线键合模式的导线。
37.如图1a表示的，可以从半导体晶片2000a开始，经由“安装”和切割步骤(如由框2000b和2000c表示的)获得这种芯片或管芯2000。
38.如由框1001表示的，在引线框架上附接管芯后，如图1a所示例的工艺可以包括：
39.等离子清洁(框1002)、
40.导线键合(框1003)、
41.等离子清洁(框1004)、
42.将模塑化合物(例如，环氧树脂)的包封模塑到引线框架和附接在其上的(一个或多个)半导体芯片上(框1005)、
43.后部蚀刻(框1006)、
44.喷水清洁(框1007)、
45.激光标记(框1008)、以及
46.切单颗以提供单个设备(框1009)。
47.这种工艺在本领域是常规的，因此无需在此提供更详细的描述，但本领域技术人员已知的是，在类似的常规工艺中，如图1a所示例的某些步骤可以被省略或由其他步骤代替，或者可以添加其他步骤。另外，工艺中的一个或多个步骤可以不同于图1a中示例的顺序执行。
48.一个或多个实施例可以设想图1a的工艺沿图1b的线的变化。这些变化包括：
49.在框1005的模塑步骤与框1006的后部蚀刻之间的由框3000表示的掩模步骤；
50.由框3001表示的掩模去除步骤、以及由框3001表示的在框1007的喷水清洁与框1008的激光标记之间的电镀步骤；以及
51.框1009的切单颗步骤，包括系杆锯切动作，如由图1b中的子框1009a表示的。
52.另外注意的是，通过图1a与图1b的比较图示根据本说明书的实施例仅是为了简单和易于解释。
53.结果，图1b中所图示的某些步骤用图1a中出现的相同附图标记表示(从而为了简洁起见，将不重复相应的描述)的事实不意味着图1b中所图示的某些步骤必须以与图1a中所图示的对应的步骤相同的方式执行1a。
54.另外，与图1a所图示的工艺的情况一样，图1b所图示的工艺中的某些步骤可能被省略或由其他步骤代替，其中可能添加其他步骤。另外，工艺中的一个或多个步骤可以不同于图1b中示例的顺序执行。
55.图2和图3是半导体设备10(例如诸如qfn-mr封装)的图示，包括引线框架中的触点这样的引线12，其如12a处所示地在其底部(远端)表面以及侧面二者电镀(例如镀锡)。
56.为了简单和易于理解，图2和图3仅图示了设备10的底部或后部表面的一部分。
57.图2和图3图示了一对引线12，该引线12从电绝缘材料(例如环氧树脂)的包封14突
出，该包封14被模塑或被预模塑在包括引线12的引线框架上。设备10的其它可能特征(诸如导线键合，为了简单起见是不可见的)。
58.图3图示了安装设备10到支撑基板b(例如印刷电路板或pcb)上的步骤，该步骤可以经由焊料质量块s发生。
59.焊料质量块s可以包括能够在留下由模塑化合物14暴露的整个表面上“润湿”引线12的材料(诸如锡)，即在引线12的底部(远端)表面和侧面二者处。
60.如图3中虚线所示例的，引线12还可以在其侧面处通过焊料质量块s润湿，导致焊点的截面增加，该焊点经由焊料质量块s将引线12(机械和电)耦合到支撑基板b。
61.这由图4的横截面图示例。在延伸至其中一根引线12的底部(远端)表面的理想平面iv-iv处取得的该横截面图表明，作为与“润湿”另外(电镀的)侧面有关的表面张力效应的结果，焊料质量块s在区域12s上被耦合到引线12，该区域12s显著大于引线12的底部(远端)表面的面积。
62.作为结果，产生的焊料质量块s将显著地大于当引线12仅在其底侧电镀时产生的焊料质量。
63.这些更大的焊料质量块更能抵抗拉伸/切向应力。
64.图5是掩模步骤的示例，诸如图1b中3000处的示例。
65.如所图示的，在设备10的底部或后部表面(在图5和6中面对上)应用掩模300，即与顶部或前部表面相对的表面(在图5和6中面对下)，其中一个或多个半导体芯片2000在图1a和1b的管芯附接步骤1001中被附接，由在图1a和1b的模塑步骤1005中模塑在其上的模塑化合物包封。
66.在图5和图6中，以虚线指示这种芯片2000(附接到引线框架中的管芯焊盘120上，包括触点或引线120)的轮廓。
67.作为3000处掩模步骤的结果，在1006处示例的后部蚀刻将仅影响底部或后部表面的那些部分，该部分由(例如，可水清洁)掩模300留下暴露。
68.除了引线12所在的区域外，掩膜300还覆盖与连接杆对应的区域300a，该区域300a旨在电连接(基本上作为母线)引线12(以及，可能的话，引线框架中的暴露焊盘/挡板)。
69.诸如300的掩模可以以本领域技术人员已知的方式应用，例如经由喷射印刷或网格印刷。
70.在实施例中，可以有利地使用水清洁焊接掩模材料，8125 cobb center drive kennesaw,ga 30152-usa的techspray具有w2205(喷射印刷)和w2207(网格印刷)作为诸如可用的掩模材料。
71.如图1b中1006处所示例的，在步骤3000中使用掩模300应用在设备10的底部或后部表面上的后部蚀刻将导致蚀刻介质从设备10的底部或后部表面去除金属(例如铜)，其中触点(引线)12和连接杆120除外，其保持在由掩模300保护的区域300a处。
72.如图1b中1006所示例的蚀刻后，如图1b中1007所示例的以高压(例如250bar)喷水清洁将导致掩模300也去除。为了清楚起见，这在图1b中被示例为不同的块3001，即使将涉及单个清洁步骤。
73.图5和图6(和图7)示出了至少一个半导体芯片或管芯2000，该芯片或管芯2000布置在引线框架的(第一)表面的一个区域或部分，该引线框架具有形成在该引线框架上的绝
缘包封14，并且至少一个半导体芯片或管芯2000布置在其上，在一个或多个半导体芯片2000的周围区域有已附接的两行引线12。
74.图5和图6(和图7)还示出了区域300a处的连接杆120在同一引线框架部分中的这两行引线12之间延伸并且连接到这两行引线12，即在一个或多个半导体芯片2000连接的区域周围的同一多行(两排)引线12阵列的两行引线12。
75.这与仅作为相邻引线框架部分之间的连接件提供此类杆的布置形成对比。
76.作为结果，在3002处示例的镀层步骤(例如，用锡电镀)将在图7中示例的结构上执行，即触点(引线)12经由杆120电连接。
77.因此，将在触点12上电沉积镀层(以本领域技术人员已知的方式，如由ed图6中所示例的)。
78.这种沉积将包括在两行(即内侧的行与外侧的行)中的触点12的侧面，如图2中12a处所示例的，只要杆120有助于所有触点(引线，诸如12以及引线框架中暴露的焊盘/挡板)在电沉积工艺中充当阳极。
79.例如，电镀将有助于在整个暴露表面(远端底部表面加上侧面)上电镀触点，诸如12，其中镀层厚度接近10μm，如汽车行业中所需。
80.可以通过锯切(可能与分离组合)去除(牺牲)系杆120。
81.如图1b中1009和1009a处所示例的，可以涉及使用两个锯片执行的两个步骤。
82.如图7中所示例的，使用第一锯片s1(例如，宽度200微米)的第一切割行动(图1b中的1009a)，专用于去除连接杆120，以便根据需要恢复触点12的绝缘。
83.使用第二锯片(例如，宽度350微米)的第二切割行动(图1b中的1009)可以用于切单颗。
84.需要注意的是，这种区别本身并不意味着这些切割行为应该按顺序执行。
85.例如，一个或多个实施例可以有利地涉及：
86.第一切割步骤，用第一锯片(例如，宽度200微米)以去除系杆上的一半(模块的东/南侧)；以及
87.第二切割步骤，仍用第一锯片去除另一半系杆(模块的西侧/北侧)，并且第二锯片执行单个设备的切单颗。
88.例如，如图5至图7所示，区域300a处的连接杆120在相同引线框架部分中的两行引线12之间延伸并且连接到两行引线12，即在一个或多个半导体芯片2000附接的区域周围的相同多行(多排)引线12阵列的两行引线12。
89.因此，即使在去除牺牲杆120之后，经由横截面焊点(图3中的s)，也可以很容易地检测到两行引线(中的两者)或触点(诸如12)中存在可湿/可焊(例如锡)镀层侧面。类似地，这将允许测量侧面(如锡)上镀层的厚度和指示电镀工艺性质的晶粒尺寸。
90.简而言之，如本文示例的方法可以包括：
91.在引线框架(例如，1000)的第一表面处布置(例如，1001)至少一个半导体芯片或管芯(例如，2000)，其中引线框架具有与第一表面相对的第二表面；
92.在具有在引线框架的第一表面处布置至少一个半导体芯片或管芯的引线框架上形成或提供(例如，1005)绝缘包封(例如，14)；
93.在引线框架的第二表面处应用蚀刻(例如，1006)以提供用于至少一个半导体芯片
或管芯的电触点(例如，12)，其中电触点具有远端表面以及由绝缘包封留下未覆盖的侧面，其中在引线框架的第二表面处的所述蚀刻是经由覆盖所述电触点的蚀刻掩模(例如，300)以及电耦合多个所述电触点的至少一个(牺牲)连接杆(例如，120)的；
94.去除(例如，3001)蚀刻掩模，其中电触点和至少一个连接杆被暴露；
95.使用电触点和至少一个连接杆作为电镀电极(例如，作为电镀工艺中电镀的阳极ed)来电镀(例如，3002)电触点的远端表面和侧面；以及
96.去除(例如，1009、1009a)至少一个连接杆。
97.如本文示例的方法可以包括去除(例如，1009a)至少一个连接杆，同时对引线框架应用切单颗(例如，1009)，以便相互地分离布置在其上的多个半导体芯片或管芯。
98.如本文示例的方法可以包括通过喷射印刷或网格印刷应用所述蚀刻掩模。
99.在如本文示例的方法中，所述去除蚀刻掩模可以包括水清洁蚀刻掩模。
100.在如本文示例的方法中，所述电镀可以包括远端表面以及电触点侧面的电镀锡。
101.在如本文示例的方法中，所述电镀可以包括利用具有厚度约9.1至9.8微米的电镀层电镀电触点的远端表面以及侧面。
102.如本文所使用的，措辞“近似”表示在制造方法的技术公差内被生产的技术特征。
103.如本文示例的方法可以包括将引线框架安装到基板(例如，印刷电路板，诸如b)上，其中引线框架上形成绝缘包封，引线框架其上布置有至少一个半导体芯片或管芯，其中所述安装是经由焊料质量块(例如，s)润湿(两者)电镀的远端表面和电触点的侧面。
104.如本文示例的半导体设备(例如，10)可以包括：
105.至少一个半导体芯片或管芯(例如，2000)，被布置在引线框架(例如，1000)的第一表面处，其中引线框架具有与第一表面相对的第二表面；
106.绝缘包封(例如，14)，被形成(提供)到在引线框架上，引线框架的第一表面处其上布置有至少一个半导体芯片或管芯；以及
107.电触点(例如，12)，用于在引线框架的第二表面处蚀刻(例如，在1006处)至少一个半导体芯片或管芯，其中电触点具有远端表面以及由绝缘包封留下未覆盖的侧面，其中所述远端表面以及所述侧面具有在其上电镀(例如，在3002处)的镀层(例如，12a)。
108.在如本文示例的设备中，电镀层可以包括在远端表面以及电触点侧面(两者)上的电镀锡。
109.在如本文示例的设备中，镀层可以包括具有厚度约9.1至9.8微米的电镀层。
110.本领域需要提供改进的解决方案，克服前述现有技术解决方案的缺点。
111.根据一个或多个实施例，这样的目的可以经由具有在下文的权利要求中阐述的特征的方法来实现。
112.一个或多个实施例可以设计对应的半导体设备。
113.权利要求是本文结合实施例公开的技术的组成部分。
114.一个或多个实施例提供了形成可湿侧面的工艺(例如，在多行qfn中)，其中通过掩模执行引线框架蚀刻，并且形成触点杆以电连接引线框架中的引线；这有助于在切单颗之前，通过锯切去除(牺牲)触点杆充分镀锡引线。
115.一个或多个实施例可以简化引线框架设计和工艺，消除底侧预镀，从而降低引线框架成本。
116.在一个或多个实施例中，可以将掩模工艺步骤与标准蚀刻工艺相关联来制造触点焊盘。
117.一个或多个实施例有助于，例如经由电镀工艺，利用厚度大于5微米的锡层，来电镀触点焊盘(包括侧面)。
118.在一个或多个实施例中，可以在最终切单颗期间通过(第二)锯切步骤去除牺牲系杆。例如，(第一)锯片可以执行切单颗，并且另一个锯片可以用于系杆的去除。这两个锯切步骤可以至少部分地同时执行。
119.本公开的一方面提供了一种方法，包括：在引线框架的第一表面处布置半导体芯片或管芯，其中所述引线框架具有与所述第一表面相对的第二表面；在所述引线框架和布置在其上的所述半导体芯片或管芯上形成绝缘包封；应用蚀刻掩模以在包括多个电触点以及连接杆的位置覆盖所述引线框架的所述第二表面；通过所述蚀刻掩模蚀刻所述引线框架的所述第二表面以便限定所述电触点和所述连接杆，其中所述电触点具有由所述绝缘包封留下未覆盖的远端表面以及侧面；去除所述蚀刻掩模以暴露所述多个电触点和所述连接杆；在使用所述电触点和所述至少一个连接杆作为电镀电极的同时电镀所述电触点的所述远端表面以及所述侧面；以及去除所述至少一个连接杆以电隔离所述电触点。
120.根据一个或多个实施例，其中在对所述引线框架应用切单颗同时地去除所述至少一个连接杆，以便将布置在所述引线框架上的多个半导体芯片或管芯相互地分离。
121.根据一个或多个实施例，其中使用喷射印刷或网格印刷中的一项来施加所述蚀刻掩模。
122.根据一个或多个实施例，其中去除所述蚀刻掩模包括使用水清洁以去除所述蚀刻掩模。
123.根据一个或多个实施例，其中电镀包括利用镀层来锡电镀所述电触点的所述远端表面以及所述侧面。
124.根据一个或多个实施例，其中所述镀层具有约9.1微米至9.8微米的厚度。
125.根据一个或多个实施例，方法还包括经由润湿所述电触点的经电镀的所述远端表面以及所述侧面的焊料质量块，来将具有所述绝缘包封的所述引线框架安装到基板上。
126.根据一个或多个实施例，其中所述多个电触点被布置在两个相邻行中，并且其中所述连接杆被定位于所述两个相邻行之间并且被配置为将所述两个相邻行的所述电触点彼此电耦合。
127.根据一个或多个实施例，其中去除所述至少一个连接杆将所述两个相邻行的所述电触点彼此电断开连接。
128.在此，正如本文所使用的，措辞“近似”表示在用于制造技术特征的方法的技术公差范围内生产的技术特征。
129.在不影响基本原理的情况下，细节和实施例可以仅在不脱离实施例的范围的情况下，通过示例描述的内容可以变化，甚至显著变化。
130.保护的程度由所附权利要求确定。