专利名称：带有粘接层的芯片上引线封装及其制造方法
技术领域：
本发明一般来说涉及芯片上引线的半导体器件封装。更详细地说，本发明涉及在半导体芯片与引线框之间进行接合时利用具有由液态粘接剂形成粘接层的引线框的方法和由此得到的结构。
当半导体集成电路(IC)装置中的集成密度增加时，半导体芯片的尺寸也增加。但是，现在要求半导体器件芯片封装的尺寸比以往更小。为了符合这种对于封装小型化的要求，已开发了各种不同的封装技术，其中的一种是芯片上引线(LOC)封装技术。在该LOC封装中，是将多个引线配置在和接合到半导体芯片的有源表面上。
LOC封装的主要优点是，由于将芯片接合到引线上，所以不需要芯片安装区，这种安装区也被称作管心底座或引线框底座。因此，半导体芯片的尺寸与封装的尺寸的比值很高。LOC封装的其他优点可包括引线框设计的灵活度高、和提高了电性能等。
图1和图2中示出了常规的LOC半导体器件封装。图1以部分剖开的透视图示出常规的LOC封装50，图2以分解的透视图说明在图1中示出的LOC封装50中半导体芯片10、胶带30和引线框20之间的空间关系。
参照图1和图2，常规的LOC封装50的结构是将引线框20的多个内引线22接合到半导体芯片10的有源表面上。引线框20与半导体芯片10之间的粘接一般是通过多条胶带30来完成的。胶带30可包括三层，即基膜32和分别在基膜32的两个侧面之一上形成的两个粘接层34、36。基膜32一般是聚酰亚胺膜，粘接层34、36一般是热固性环氧树脂。半导体芯片10具有在有源表面上的中心处形成的多个电极压焊区12。内引线22是这样隔开的，即，使得电极压焊区在内引线之间露出并使其以导电方式连接到延伸到该电极压焊区12的内引线22。
使引线框20的各个内引线22靠近位于沿半导体芯片10的中心处的各个相应的电极压焊区12，这样就可借助于短的键合焊丝40将引线框20以导电方式连接到半导体芯片10上。通过诸如环氧树脂的密封剂形成封装体，以便保护半导体芯片10、内引线22和键合焊丝40使之不受有害的环境的影响。在密封之后，除去图2中所示的闭合杆26和引线框上待切去的边28，将图1中所示的从封装体52伸出的外引线24变换成适当的形状，以便用表面安装方式将封装50安装在一个外部系统板(未示出)上。连接杆27在外引线24的形状变换期间支撑封装50。
常规LOC封装50的组装工艺可以如下方式来描述。首先，使三层胶带30置于引线框20的内引线之下，然后将半导体芯片10也置于三层胶带30之下。即，将胶带30通过第一粘接层34接合到引线框20的内引线22上，再将半导体芯片10通过第二粘接层36接合到胶带30上。该芯片键合工艺包括形成胶带30使之具有合适的尺寸，以及通过在预定的温度下对胶带30施加压力将芯片10接合到胶带30上。之后，顺序地进行诸如焊丝键合互连、密封和引线框的变形的各种不同步骤。
但是，常规的LOC封装可能会有下述问题。其中之一存在于胶带的结构中。既然胶带是由三层组成，从半导体芯片至引线框便存在四个界面。在两种不同材料之间的界面可产生热-机械应力，而容易引起封装产生例如断裂或剥离等机械故障。再者，胶带有高的吸水性会降低LOC封装的可靠性。
在胶带的生产工艺中出现了另一个问题。该三层胶带是通过下述连贯工序来制造的将粘接材料涂敷在基膜的一个侧面上并固化到所谓的B阶段(即，半固态)，然后在基膜的另一个侧面上进行涂敷和固化。由于胶带在两个侧面上有粘接层，因此胶带制造工艺复杂，难以对其处理。
此外，胶带含有一种较贵的聚酰亚胺膜，会导致高的生产成本。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过减少与胶带有关的界面数使其可靠性改善的芯片上引线的半导体器件封装。
本发明的另一个目的是提供一种通过在引线框上涂敷液态粘接剂形成粘接层的简单工艺来制造芯片上引线的半导体器件封装的方法。
本发明的再一个目的是提供能廉价地生产的芯片上引线的半导体器件封装。
本发明的上述目的是通过具有从引线框上液态粘接剂形成的粘接层的芯片上引线的半导体器件封装来达到的。半导体芯片在其主表面上具有多个电极压焊区。该压焊区最好在该主表面的中心部分上形成。引线框具有多个内引线和多个外引线。内引线置于半导体芯片的主表面上，使得电极压焊区穿过内引线之间的间隙露出。粘接层位于半导体芯片的主表面与引线框的内引线之间，然后使两者互相接合。通过涂敷液态粘接剂，将粘接层形成为跨过内引线的连续体。即，将粘接层形成于内引线之间的间隙内和内引线的表面上。借助于控制液态粘接剂的粘性可制成具有均匀厚度的粘接层。为了形成均匀的粘接层，可用相同的间隔将内引线隔开，可在内引线之间插入虚设引线以形成相同的间隔。此外，最外面的内引线可具有比其他内引线宽的宽度。借助于键合焊丝将各个电极压焊区以导电方式互连到各个内引线。然后用诸如模制化合物的密封剂将半导体芯片、粘接层、引线框的内引线和键合焊丝密封起来。
可以沿半导体芯片的侧面配置与上述粘接层隔开的附加的粘接层，用以防止内引线在芯片接合过程中接触芯片边缘。
按照本发明，上述的芯片上引线的半导体器件封装是通过下述方法来制造的。首先，制备半导体芯片和引线框。此半导体芯片具有形成了多个电极压焊区的主表面，引线框则具有多个内引线和多个外引线。然后，将具有预定粘性的液态粘接剂涂敷到内引线上，这样就由液态粘接剂形成了粘接层。在这种情况下，将液态粘接剂连续地涂敷到内引线的顶部表面和内引线之间的间隙。再借助粘接层将半导体芯片接合到引线框上。在该接合期间，内引线置于半导体芯片的主表面上，使得电极压焊区在内引线之间露出。之后，使用焊丝使电极压焊区和内引线之间相互电连。
在本发明中，最好应用撒布器的涂敷方法来将液态粘接剂涂敷到内引线上。该撒布器也能使液态粘接剂连续地涂敷到设在相同的行中的内引线上。最好将诸如聚醚酰胺、聚酰亚胺硅氧烷和聚酰亚胺的热塑性树脂用于粘接层，但也可使用热固性树脂。在热塑性树脂的情况下，是在约200℃的温度下进行固化来形成粘接层，而芯片接合工艺是在约400℃的温度下通过热压该粘接层来进行的。另一方面，对于热固性树脂，粘接层是在约150℃的温度下形成的，而芯片接合工艺是在约200℃的温度下进行的。
通过下面结合附图的详细描述，可对本发明上述的和其他的种种特色与优点获得更好的了解，在附图中
图1是常规的芯片上引线的半导体器件封装的局部剖开的透视图；图2是用于说明图1所示封装内半导体芯片、胶带和引线框之间空间关系的部件分解透视图。
图3是本发明的芯片上引线的半导体器件封装的一个实施例的局部剖开的透视图；图4是用于图3的封装的、具有由液态粘接剂形成粘接层的引线框的透视图；图5说明将液态粘接剂涂敷到引线框上以产生图4中粘接层的工艺；图6说明将半导体芯片接合到图4中具有粘接层引线框上的工艺；图7是本发明的芯片上引线的半导体器件封装的另一个实施例的截面图；而图8是用于图7中封装的具有两个粘接层的引线框的透视图。
以下将参照附图更详细地描述本发明。
图3是本发明的芯片上引线(LOC)的半导体器件封装100的一个实施例的局部剖开的透视图，图4是用于图3中封装100的、具有由液态粘接剂形成粘接层130的引线框120的透视图。参照图3和4，LOC半导体器件封装100具有引线框120的多个内引线122被接合到半导体芯片110的主表面上的结构。半导体芯片110与引线框120之间的接合是通过单个的粘接层130而不是在现有技术中的三层粘接层来完成的。半导体芯片110具有在其主表面上形成的多个电极压焊区112。电极压焊区112最好，但不一定，在主表面的中心部分处形成。因为半导体芯片110的电极压焊区112应当在半导体芯片110与引线框120之间的接合之后以导电方式互连到引线框120的内引线122上，故将内引线122配置成使电极压焊区112在内引线122之间露出。
在半导体芯片110与引线框120之间的电互连是通过使用键合焊丝140来完成的。用诸如环氧树脂模制化合物的密封剂将半导体芯片110、粘接层130、引线框120的内引线122和键合焊丝140密封起来形成密封体150，以提供使之不受有害的环境影响的保护。在该密封完成后，除去图4中示出的闭合杆126和引线框待切去的部分128。然后将图3示出的、从密封体150延伸出来的外引线124变换成适当的形状，以便依表面安装方式安装到外部系统板上(未示出)。横跨内引线122与外引线124的闭合杆126使引线框120稍具刚性，并防止在密封期间使例如环氧树脂模制化合物的密封剂的溢出。仍然留在封装体150内部的连接杆127在外引线124的形状变换期间支撑封装100。图3中的参照号125表示虚设引线，以下将详细描述有关该虚设引线的情况。
本发明的特征体现为用于引线框120与半导体芯片110之间的接合的粘接层130。粘接层130取单层形式，而现有技术的胶带具有三层。粘接层130由具有预定粘性的液态粘接剂形成。将液态粘接剂连续地涂敷在引线框120的内引线122上，然后进行固化，即热处理。这样便可形成粘接层130。图5示出将液态粘接剂132涂敷到内引线122上以形成图4中粘接层130的工艺。
参照图4和5，通过使用如图5中示出的涂敷方法将液态粘接剂132涂敷到内引线122上，然后经过固化步骤(未示出)变成处于B阶段(即半固态)的图4中的粘接层130。可把非导电性的热塑性树脂和热固性树脂用作为粘接剂132，但主要使用例如聚醚酰胺、聚酰亚胺硅氧烷和聚酰亚胺一类热塑性树脂，这是由于这类树脂易于操作和可再次加工。
粘接剂132保持为液态并具有预定的粘性。绝大部分用于粘接剂132的材料含有足够量的溶剂以保持液态，因此可通过控制溶剂量来控制粘接剂的粘性。粘接剂132必须保持为液态，以便可连续地将粘接剂132涂敷到内引线122上，从而形成粘接层130。至于为什么液态粘接剂132要具有预定的粘性的原因是，粘接剂132应当在一种可控的涂敷条件下存在于内引线122之间的间隙122b内。
重要的是要使液态粘接剂材料132存在于内引线之间的每一个间隙122b内和内引线122的各个顶部表面上，以及使每一个间隙122b内形成没有断续性的、带状的连续体。这一点之所以重要是因为，在内引线122上形成的粘接层130应当具有均匀的厚度。不然，在其后的芯片接合或焊丝键合互连步骤中就会因为厚度不均匀而产生故障。换言之，当涂敷于间隙122b内的液态粘接剂132b以不希望有的方式下落时，会引起在内引线122的顶部表面存在的液态粘接剂132a以不平整的方式形成。因此，考虑到内引线之间的间隙122b，必须控制液态粘接剂132的粘性，使得液态粘接剂132能存在于间隙122b内和存在于内引线122上。这样也可改善内引线122的共平面性。在本实施例中，内引线122宽度为16mil和内引线122之间的间隙为6mil的情况下，液态粘接剂132的粘度约为22000厘泊就足够了。
最好使内引线122以相同的间隔来配置，以便使粘接层130具有均匀的厚度。具有相同间隔的内引线122有助于涂敷粘接剂132的步骤。换言之，当将液态粘接剂132连续地涂敷于内引线122上以简化工艺时，从可靠性的观点来看，内引线122最好以相同的间隔来配置。在图1和2的普通的引线框的情况下，在内引线122之间排列一些图3的不互连到半导体芯片110的虚设引线，使得所有内引线122具有相同的间隔。
此外，内引线122还可包括一些在本实施例的图中未示出的侧引线。这些侧引线排列在内引线的最外侧，侧引线具有大于其他内引线的宽度。在另一个实施例中将对此作更详细的描述。
最好使用图5中示出的撒布器80作为涂敷液态粘接剂132的装置。该撒布器80包括装有液态粘接剂132的注射器82、用作从注射器82挤出液态粘接剂132的装置的管嘴84和用于对液态粘接剂132加压的压管86。另外，可将一种未示出的移动装置与撒布器80相连接。该移动装置使撒布器80在垂直于内引线122的方向上移动。当一定的压力通过压管86加到装于注射器82中的液态粘接剂132上和撒布器80借助于此移动装置以均匀的速度移动时，内引线122即被液态粘接剂132所覆盖。
在完成液态粘接剂132的固化后，涂敷到内引线122上的液态粘接剂132便转变为处于B阶段的即处于半固态的粘接层130。如果粘接剂132中含有溶剂，它将在固化步骤中除去。在热塑性树脂的情况下，在约200℃的温度下进行固化步骤，使之形成处于B阶段的粘接层。另一方面，在热固性树脂的情况下，固化步骤的温度约为150℃。在固化步骤后，如图6中所示进行使用热压法的芯片接合步骤。
图6说明将半导体芯片110接合到图4的具有粘接层130的引线框120上的工艺。如图6中所示，将具有处于B阶段的粘接层130的引线框120置于半导体芯片110的主表面上，通过使用热压法而接合到芯片110上。该芯片接合步骤对热塑性树脂来说是在约400℃的温度下进行，而对热固性树脂来说是在约200℃的温度下进行。热塑性树脂在芯片接合步骤中需要在高于热固性树脂的温度下进行固化，这是由于前者具有较高的玻璃转变温度(Tg)。
简要的说，如图5所示进行涂敷粘接剂材料步骤，然后进行对被涂敷的粘接剂材料进行固化的步骤(未示出)，其后如图6中所示在热和压力下进行芯片接合。图4中的引线框示出了已固化的粘接层，图3中的LOC封装示出了完全接合到半导体芯片上的引线框。
如参照图3至6关于本发明的一个实施例所说明的，粘接层130取单层形式，而不具有常规胶带的三层形式。因而，通过减少在内引线与芯片之间的界面数，可得到可靠性改善了的芯片上引线的半导体器件封装。此外，由于能通过简单的涂敷步骤形成粘接层130，故可提供比常规的三层胶带低的封装制造成本。再有，可消除因胶带的切割而可能引起的可靠性不良。
本发明的粘接层130的厚度，与常规的胶带的约40至50微米的厚度相比，只有20微米。因而，如果内引线与半导体芯片表面之间的共平面性不是几乎完美的话，在芯片接合步骤中内引线就可能接触半导体芯片的主表面的边缘。为了防止这个可能出现的问题，可如以下的实施例中所述，形成两行粘接层。
图7是按照本发明的芯片上引线的半导体器件封装200的另一个实施例的截面图，图8是图7的封装200中应用的具有两个粘接层230、231的引线框220的透视图。如图7和8中所示，形成有一附加的粘接层231用以防止半导体芯片210与内引线222之间的不希望有的接触。如以上所描述的，该附加的粘接层231是与粘接层230相隔开，并位于沿半导体芯片的侧面的位置。该附加的粘接层231是通过使用与上述同样的方法形成的。
内引线222还可包括一些图8中示出的侧引线223。这些侧引线排列在内引线222的最外侧，并具有比其他内引线222宽的宽度。当借助于撒布器(图5的80)将液态粘接剂232涂敷到内引线222上时，在始点和终点会因液态材料232的诸如滴流的不希望有的现象和撒布器的不均匀的撒布速度，可能使所涂敷的粘接剂232的厚度不均匀。因此，排列于始点和终点处的侧引线223应当具有大于其他内引线222的宽度以便实现横跨内引线222的均匀的厚度。
除了附加的粘接层231和侧引线223之外，图7和8中示出的所有的元件具有相同的结构并且是以与上述实施例中描述过的相同方式工作。因而，这里将省略其描述。
根据以上所述，本发明具有很多优点，包括下面所述的优点。一个优点是因为芯片上引线的半导体器件封装具有单层，故界面的数目减少，可靠性得到改善。另一个优点是通过将液态粘接剂涂敷到引线框的内引线上然后再进行固化这样一种简单工艺，可容易地制造粘接层。结果本发明提供了具有简单的制造工艺、较低的生产成本和可靠性改善了的芯片上引线的半导体器件封装。
虽然已参照一些优选实施例详细地描述了本发明，但其他的实施形式也是可以有的。例如，作为涂敷液态粘接剂的方法，丝网印刷法或喷涂法都是可用的。因而，后附的权利要求的精神和范围不应限于这里包含的优选类型的描述。
权利要求
1.芯片上引线的半导体器件封装，这种封装包括在主表面上形成了多个电极压焊区的半导体芯片；具有多个内引线和外引线的引线框，所述内引线置于所述半导体芯片的所述主表面上以便穿过所述多个内引线之间的间隙露出所述电极压焊区；位于所述半导体芯片的所述主表面与引线框的多个内引线之间的粘接层，此粘接层被形成为横跨所述多个内引线的连续体，再者所述粘接层由具有预定的粘性的液态粘接剂形成，由此将所述引线框的多个内引线接合到所述半导体的主表面上；多个键合焊丝，各个键合焊丝以可导电方式将所述半导体芯片的各个电极压焊区互连到所述引线框的各个相应的内引线上；以及用于密封所述半导体芯片、粘接层、引线框的所述多个内引线和多个键合焊丝的密封剂。
2.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述粘接层是设置于所述多个内引线的表面上和所述多个内引线之间的间隙上。
3.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述粘接层取单层结构。
4.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述粘接层还包括与其隔开的附加的粘接层，所述附加的粘接层沿所述半导体芯片的侧面配置。
5.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述多个内引线以相同的间隔配置。
6.权利要求5中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述多个内引线还包括至少一个虚设引线，所述虚设引线排列于所述内引线之间，且所述虚设引线不互连到所述半导体芯片。
7.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述多个内引线还包括至少一个侧引线，所述侧引线排列于所述内引线的最外侧，且所述侧引线具有大于其他内引线的宽度。
8.权利要求1中所述的芯片上引线的半导体器件封装，其特征在于，所述电极压焊区形成在所述半导体芯片的所述主表面的中心部分。
9.用于制造芯片上引线的半导体器件封装的方法，此方法包括下述步骤制备半导体芯片和引线框，所述半导体芯片具有形成了多个电极压焊区的主表面，所述引线框具有多个内引线和多个外引线；将具有预定粘性的液态粘接剂涂敷到所述引线框的所述多个内引线上，这样就由所述液态粘接剂形成了粘接层，其中将所述液态粘接剂连续地涂敷到所述多个内引线的顶部表面和所述多个内引线之间的间隙上；借助所述粘接层将所述引线框的所述多个内引线接合到所述半导体芯片的主表面上，由此将所述粘接层置于所述半导体芯片与所述引线框之间，再将所述引线框的所述多个内引线置于所述半导体芯片的主表面上，使得所述半导体芯片的多个电极压焊区穿过所述多个内引线之间露出；通过使用键合焊丝将所述半导体芯片的各个电极压焊区以导电方式互连到所述引线框的各个内引线上；以及用密封剂将所述半导体芯片、所述粘接层、所述引线框的所述各个内引线和所述多个键合焊丝密封起来。
10.权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述将液态粘接剂涂敷到多个内引线上的步骤包括，通过使用撒布器用所述液态粘接剂材料覆盖所述多个内引线。
11.权利要求10中所述的方法，其特征在于，所述用液态粘接剂材料覆盖所述多个内引线的步骤对于所述在同一行内配置的内引线是连续地进行的。
12.权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述粘接层是由从一组热塑性树脂的材料中选出的一种液态粘接剂形成。
13.权利要求12中所述的方法，其特征在于，热塑性树脂是从聚醚酰胺、聚酰亚胺硅氧烷和聚酰亚胺这组材料中选取。
14.权利要求12中所述的方法，其特征在于，通过将热塑性树脂涂敷到所述多个内引线来形成所述粘接层的步骤包括在约200℃的温度下对热塑性树脂进行固化的步骤。
15.权利要求12中所述的方法，其特征在于，借助所述粘接层将所述引线框接合到所述半导体芯片上的步骤包括在约400℃的温度下热压所述粘接层的步骤。
16.权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述粘接层是从一组热固性树脂中选出的一种液态粘接剂形成。
17.权利要求16中所述的方法，其特征在于，通过将热固性树脂涂敷到所述多个内引线来形成所述粘接层的步骤包括在约150℃的温度下对热固性树脂进行固化的步骤。
18.权利要求16中所述的方法，其特征在于，借助于所述粘接层将所述引线框接合到所述半导体芯片上的步骤包括在约200℃的温度下热压所述粘接层的步骤。
全文摘要
引线框具有单个粘接层的LOC封装,将芯片的电极压焊区用键合焊丝以导电方式并用具有一定粘性的液态粘接剂以机械方式连接到引线框,然后用诸如模制化合物的密封剂密封。将粘接剂材料连续地涂敷到内引线之间的间隙以及引线的顶部表面上,然后进行固化。该引线以相同的间隔配置并包括一些具有较宽宽度的侧引线,以形成具有均匀厚度的粘接层。最好使用热塑性树脂作为粘接剂,固化温度约200℃,芯片接合的温度约400℃,也可使用热固性树脂。
文档编号H01L23/495GK1176489SQ97110718
公开日1998年3月18日 申请日期1997年4月11日 优先权日1996年9月11日
发明者宋荣宰, 吴世容, 赵泰济, 安升皓, 李旼镐 申请人:三星电子株式会社