一种半导体芯片封装组件及其封装方法与流程

1.本发明涉及半导体芯片封装技术领域，特别涉及一种半导体芯片封装组 件及其封装方法。


背景技术：

2.如图19、20所示，传统的半导体芯片在封装工艺过程中,半导体芯片一 般先通过导电胶或不导电胶固定安置在金属引线框或有机基板的芯片乘载区 (俗称基岛)上方,再通过金属丝的键合方式,将半导体芯片与相应的金属引 线框或有机基板的金属引脚进行相互键合,之后经过塑封料塑封的过程形成 能保护半导体芯片的组件,而在半导体芯片中的每一个物件与界面的塑封料 结构,再利用塑封料所引伸出的金属引脚与塑封料外部的pcb(印刷线路板) 进行互联焊接。
3.半导体芯片在整个封装工艺过程中,金属丝的键合(wire bonding)起到 塑封料内的芯片与塑封料外电源与讯号的传输功能。无论是数字类芯片、存 储类芯片、电源管理类芯片、控制驱动类芯片或是电力电子功率级芯片,在 传统的芯片封装工艺技术中,都是透过金属丝进行裸芯片与裸芯片之外的金 属引脚进行键合互联,而金属丝的键合却需要一根一根金属丝,逐次通过温 度、时间与压力的条件下进行键合,尤其是数字功能或是存储类芯片,动则 上百根甚至数百根金属丝需要键合,如此就会出现以下常见的缺陷,也是目 前全球在传统半导体芯片封装业界中需要攻克的难关:
4.1.金属丝的数量多,导致生产效率低缓,无形增加了生产成本。
5.2.金属丝密度高长度长的情况下,距离稍近容易导致不同金属丝的信号 或电性相互的干扰,依据电压的大小决定金属丝与金属丝之间的距离。
6.金属丝越多越长的情况下,金属丝所乘载的结构支撑力就会越弱,而在 塑料封装的过程中很容易导致线弧不良、塌陷或是线与线之间相互碰触而短 路。
7.柔性可耐高温的线路板俗称"软板"，是用柔性的绝缘基材所制成的印刷 线路。柔性可耐高温的线路板提供优良的电性能力，能满足更小型和更高密 度安装的设计需要，也有助于减少组装工序和增强可靠性。柔性可耐高温的 线路板是满足电子产品薄型化和移动要求的有效解决方法。可以自由弯曲、 卷绕、折叠，可以承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，柔性可耐高温的 线路板可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而 达到元器件装配和导线连接的一体化；柔性可耐高温的线路板可大大缩小电 子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、薄型化、高可靠方向发展的 需要。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种半导体芯片封装组件及其封装方法，以解决 以下技术问题：
9.1，每次仅能实现对单根金属引线线路的键合，对于半导体芯片与金属引 线框金属引脚连接的键合线较多时，键合所消耗的时间就会非常久；
10.2，在金属引线键合的过程中，由于金属引线数量较多较长，容易出现各 金属引线之间距离过近，当半导体芯片在运行过程中，会因为金属引线的距 离过近而产生电弧，或者引线相互接触，产生短路，难以实现更高密度金属 引线的键合。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体芯片组件封装 组件，包括：金属引线框，所述金属引线框上设置有基岛；还包括半导体芯 片，所述半导体芯片固定连接在所述基岛上，所述半导体芯片上设有多个用 于将所述半导体芯片与外部连接的焊盘；还包括柔性耐高温绝缘软板，所述 柔性耐高温绝缘软板内部开设若干不相交的凹槽；还包括金属引线线路，所 述金属引线线路由导电性材料制成，所述金属引线线路安装在所述凹槽内； 所述金属引线线路的两端各有一段从所述柔性耐高温绝缘软板侧面露出形成 连接部，所述连接部包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述 半导体芯片连接；以及塑封料，所述塑封料包覆所述半导体芯片、金属引线 框、柔性耐高温绝缘软板以及部分所述金属引线线路，且将所述金属引线线 路的第二连接部暴露于所述塑封料的外侧。
12.优选的，所述金属引线线路的两端端面未被所述柔性耐高温绝缘软板包 围密封，所述柔性耐高温绝缘软板的一端端部形成缺口，所述缺口位于所述 柔性耐高温绝缘软板的同一侧，所述缺口内露出的部分所述金属引线线路构 成所述第一连接部。
13.优选的，所述金属引线线路的一端端面被所述柔性耐高温绝缘软板包围 密封，在所述柔性耐高温绝缘软板邻近密封端部的部位开设天窗，所述天窗 位于所述柔性耐高温绝缘软板的同一侧，所述天窗内露出的部分所述金属引 线线路构成所述第一连接部。
14.优选的，在所述半导体芯片的焊盘或所述金属引线线路的第一连接部上 设置凸点。
15.优选的，多个所述柔性耐高温绝缘软板上下叠合，多个所述第一连接部 和所述第二连接部从多个所述柔性耐高温绝缘软板的侧面露出。
16.优选的，在所述柔性耐高温绝缘软板中间开设空缺部，所述空缺部用于 放置一个或多个需要键合的所述半导体芯片。
17.优选的，所述柔性耐高温绝缘软板上避开所述金属引线线路部位开设若 干导料穿孔，所述塑封料可通过所述导料穿孔进入所述柔性耐高温绝缘软板 覆盖的下部。
18.优选的，所述第一连接部端部设置扩展部，所述扩展部增大所述第一连 接部的接触面积，方便与所述半导体芯片的连接。
19.优选的，所述第二连接部端部设置插接部，所述插接部的形状与所需连 接的部位形状适配。
20.还提供了一种半导体芯片组件封装方法，包括以下步骤：
21.步骤一、将半导体芯片固定安装在基岛上，半导体芯片表面形成有多个 需要与外部连接的焊盘；
22.步骤二、在柔性耐高温绝缘软板的内部形成若干不相交的可导电的金属 引线线路，并在金属引线线路的两端预先形成第一连接部和第二连接部；
23.步骤三、将若干第一连接部与半导体芯片上的若干焊盘接触，并将第一 连接部与焊盘固定并实施电性连接；
24.步骤四、用塑封料将连接在一起的半导体芯片、基岛和柔性耐高温绝缘 软板进塑封，且第二连接部露出。
25.本发明的有益效果：
26.本发明预先在柔性耐高温绝缘软板的内部形成若干可导电的金属引线线 路，在若干金属引线线路的一端形成与半导体芯片连接的第一连接部，在若 干金属引线线路的另一端形成与外部pcb板连接的第二连接部，将若干第一 连接部与半导体芯片连接并固定，对半导体芯片和柔性耐高温绝缘软板进行 塑封；通过上述方法，在键合的过程中，不管多少需要键合的点位数仅需要 一次连接的动作，即可实现所有金属引线线路与半导体芯片同时连接，提高 键合的效率，同时，将第二连接部露出，以作为金属引脚使用与外部的pcb 板连接，减少了键合次数，便于后续进行连接和固定；柔性耐高温绝缘软板 本身采用聚酰亚胺或聚酯薄膜作为基材，具有良好的绝缘效果，可有效避免 产生电弧或短路现象的发生。
附图说明
27.图1为本发明金属引线线路键合结构俯视示意图；
28.图2为本发明金属引线线路键合结构主视示意图；
29.图2a为本发明柔性耐高温绝缘软板下压结构主视示意图；
30.图3为本发明柔性耐高温绝缘软板端部设置缺口结构主视剖面示意图；
31.图4为本发明柔性耐高温绝缘软板邻近端部处设置天窗结构主视剖面示 意图；
32.图5为本发明半导体芯片上设置凸点结构俯视示意图；
33.图6为本发明第一连接部端部设置凸点结构俯视示意图；
34.图7为本发明多层柔性耐高温绝缘软板上下叠合结构立体示意图；
35.图8为本发明跨线键合结构俯视剖面示意图；
36.图9为本发明金属引线线路连接的部位存在高度差结构主视示意图；
37.图10为本发明空缺部四周键合结构俯视示意图；
38.图11为本发明空缺部两侧键合结构俯视示意图；
39.图12为本发明空缺部三侧键合结构俯视示意图；
40.图13为本发明空缺部四周键合从单侧引出第二连接部结构俯视示意图；
41.图14为本发明空缺部两侧键合从单侧引出第二连接部结构俯视示意图；
42.图15为本发明空缺部三侧键合从单侧引出第二连接部结构俯视示意图；
43.图16为本发明柔性耐高温绝缘软板上开设导料穿孔结构俯视示意图；
44.图17为本发明第一连接部端部设置扩展部结构俯视示意图；
45.图18为本发明第二连接部端部设置插接部结构俯视示意图；
46.图19为现有技术mosfet封装结构主视剖面示意图；
47.图20为现有技术mosfet封装结构俯视剖面示意图。
48.图中：1、基岛；2、半导体芯片；3、金属引线线路；31、第一连接部； 32、第二连接部；4、柔性耐高温绝缘软板；5、塑封料；6、缺口；7、天窗； 8、空缺部；9、导料穿孔；10、扩展部；11、插接部；12、凸点。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.如图1、2、2a所示，本发明提供了一种半导体芯片封装组件，包括基岛 1、半导体芯片2、柔性耐高温绝缘软板4以及金属引线线路3和塑封料5； 其中，半导体芯片2表面形成有多个用于将半导体芯片2与外部连接的焊盘 (图中未显示)；柔性耐高温绝缘软板4的内部设置若干不相交的可导电的 金属引线线路3，具体可以是在柔性耐高温绝缘软板4内先开设若干不相交的 凹槽，再将金属引线线路3通过现有方法内设在凹槽内，并在金属引线线路3 的两端预先形成第一连接部31和第二连接部32，柔性耐高温绝缘软板4可制 作成单面、双面和多层板；所采用的基材以聚酰亚胺覆铜板为主，此种材料 耐热性高、尺寸稳定性好，与兼有机械保护和良好电气绝缘性能的覆盖膜通 过压制而成最终产品；金属引线线路3优先选用铜、钯铜、银、金等导电材 料制备而成，金属引线线路3的数量可根据半导体芯片2的型号进行调整；
51.以及一种半导体芯片封装方法，包括以下步骤：
52.步骤一，将芯片通过黏结物质固定安装在基岛1上，黏结物质可选用导 电胶、锡膏等；
53.步骤二，将若干第一连接部31与半导体芯片2上的若干焊盘接触，并同 时将若干第一连接部31与焊盘固定并实施电性连接；
54.其中第一连接部31与芯片2之间固定的方式有如下几种：
55.锡膏焊接
56.锡膏焊接是在第一连接部31和/或焊盘的部位，先附着锡膏，然后第一 连接部31与焊盘部位对接，经回流焊后，将第一连接部31和焊盘之间焊接 在一起；
57.高周波焊接
58.高周波焊接利用高频电磁场，使得第一连接部31的材料分子间互相激烈 碰撞产生高温，达到焊接和熔接的目的。高周波焊接可以实现局部焊接加热， 不影响除焊接外其他部位；
59.激光热熔焊接
60.激光热熔焊接，以激光束为能源，冲击在第一连接部31上，使其材料熔 融并与焊盘连接；
61.步骤三，利用塑封模具，向连接在一起的半导体芯片2、基岛1和柔性耐 高温绝缘软板4注入塑封料5进行封装，塑封料5冷却后形成塑封体，并使 第二连接部32从塑封体的侧面露出。
62.上述组件在键合的过程中，仅需要一次连接，即可实现所有金属引线线 路3与半导体芯片2同时连接，提高键合的效率；同时，将第二连接部32部 露出，以作为金属引脚使用与外部的pcb板连接，减少了键合数量，便于后 续进行连接和固定；具体与pcb板连接的方式：在pcb板和/或第二连接部32 上附着金属粘结材料，并将第二连接部32与pcb板上待焊接的部位对接，经 过烘烤或高温回流焊即可实现连接过程；
63.如图2a所示，由于柔性耐高温绝缘软板4具有良好的柔性，在具体与pcb 板连接时，可通过模具下压的方式，下压柔性耐高温绝缘软板4，使得第二连 接部32与pcb板连接；
另外柔性耐高温绝缘软板4本身采用聚酰亚胺或聚酯 薄膜作为基材，具有良好的绝缘效果，可有效避免产生电弧或短路现象的发 生，柔性耐高温绝缘软板4能满足更小型和更高密度安装的设计需要，也有 助于减少组装工序和增强可靠性，柔性耐高温绝缘软板4是满足电子产品薄 型化和移动要求的有效解决方法，可以自由弯曲、卷绕、折叠，可以承受数 百万次的动态弯曲而不损坏金属引线线路3，柔性耐高温绝缘软板4可依照空 间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配 和连接的一体化；柔性耐高温绝缘软板4可大大缩小电子产品的体积和重量， 适用电子产品向高密度、薄型化、高可靠性方向发展的需要。
64.如图3所示，作为本发明的一种实施方式，金属引线线路3的两端端面 未被柔性耐高温绝缘软板4包围密封，柔性耐高温绝缘软板4的一端端部形 成缺口6，缺口6位于柔性耐高温绝缘软板4的同一侧，缺口6的形状根据实 际情况决定，缺口6内露出的部分金属引线线路3构成第一连接部31，进而 满足多种型号的半导体芯片2使用，使得其适配性能更好，此种形式的结构， 第一连接部31与半导体芯片2之间比较适合用锡膏焊接固定。
65.如图4所示，作为本发明的一种实施方式，金属引线线路3的一端端面 被柔性耐高温绝缘软板4包围密封，在柔性耐高温绝缘软板4邻近密封端部 的部位开设天窗7，天窗7位于柔性耐高温绝缘软板4的同一侧，天窗7的形 状根据实际情况决定，天窗7内露出的部分金属引线线路3构成第一连接部 31，进而满足多种型号的半导体芯片2使用，使得其适配性能更好，此种形 式的结构，第一连接部31与半导体芯片2之间比较适合用锡膏焊接固定。
66.如图5、6所示，作为本发明的一种实施方式，在半导体芯片2的焊盘或 金属引线线路3的第一连接部31上设置凸点12，如图5所示，凸点12设置 在半导体芯片2的焊盘上，如图6所示，凸点12设置在金属引线线路3的第 一连接部31上；凸点12的形成可以采用3d打印、植球和蚀刻等方式形成， 材质可选用锡、铜、钯铜、银、金等导电材料制备而成；以图5为例，凸点 12设置在半导体芯片2的焊盘上，凸点12选用铜、钯铜、银、金等熔点较高 的导电材料时，可预先在凸点12上涂覆导电胶或锡膏等固定材料，实现第一 连接部31与凸点12之间的连接；在选用锡或熔点低于260℃的导电金属时， 可将凸点12直接与第一连接部31接触，然后通过加热的方式熔化凸点12， 将凸点12与第一连接部31固定连接，此种形式的结构，第一连接部31与半 导体芯片2之间比较适合锡膏焊接、高周波焊机键和激光热熔焊接。
67.如图7-9所示，作为本发明的一种实施方式，多个柔性耐高温绝缘软板4 上下叠合，多个第一连接部31和第二连接部32从多个柔性耐高温绝缘软板4 的侧面露出，在实际键合的过程中，半导体芯片2的键合部位不同，但是所 需引向的方向相同，这就会出现金属引线线路3跨线和交错的情况，在遇到 金属引线线路3跨线和/或高度差的情况时，可以将柔性耐高温绝缘软板4设 置多层，并在不同层的柔性耐高温绝缘软板4之间设置用于电性导通的金属 引线线路3，使得金属引线线路3相互隔开，就可以同时实现跨线和/或高度 差的键合。
68.如图10-15所示，作为本发明的一种实施方式，柔性耐高温绝缘软板4 中间开设空缺部8，空缺部8用于放置一个或多个半导体芯片2；对于有些种 类的半导体芯片2，以模拟半导体芯片2或数字半导体芯片2为例，其一般需 要将半导体芯片2的多个部位键合在不同的金属引脚上，很多半导体芯片2 也需要在半导体芯片2外周部位(四周、三侧或两侧)键合上金属引线线路3， 可通过在空缺部8四周、三侧或者两侧的柔性耐高温绝缘软板4内预先
设置 与半导体芯片2相适配的金属引线线路3，来适配半导体芯片2四周、三侧或 者两侧均需要键合的情况；如图13-15所示，为了使后续第二连接部32与pcb 板连接时更加方便，通过布设金属引线线路3，让第二连接部32从柔性耐高 温绝缘软板4的一侧引出。
69.如图16所示，作为本发明的一种实施方式，为了使得塑封料5更好的进 入柔性耐高温绝缘软板4覆盖的下部，在柔性耐高温绝缘软板4避开金属引 线线路3的部位开设若干导料穿孔9；对于隆起的柔性耐高温绝缘软板4，最 好是在隆起的部位形成导料穿孔9，对于双层或多层柔性耐高温绝缘软板4构 成的连接方式，可以在整体成型后，通过蚀刻的方式形成导料穿孔9，也可以 在预先的单层柔性耐高温绝缘软板4上形成导料穿孔9。
70.如图17所示，作为本发明的一种实施方式，为了使得第一连接部31更 好的与半导体芯片2进行连接，在第一连接部31的端部可设置扩展部10，以 增大第一连接部31与半导体芯片2的接触面积，进而更加方便与半导体芯片2上的焊盘连接，当扩展部10连接上半导体芯片2后，扩展部10之间不得相 互接触，以免出现短路。
71.如图18所示，作为本发明的一种实施方式，第二连接部32端部可设置 插接部11，封装后插接部11从柔性耐高温绝缘软板4的侧面露出，插接部 11的形状与pcb板上所需连接的部位适配。
72.需要说明的是，在所有实施例中，柔性耐高温绝缘软板4的形状可根据 需求进行设计；各孔、槽、缺口等，也可根据实际的需求，开设成所需的形 状。
73.本实用工作原理：
74.参照说明书附图，使用本发明时，预先在柔性耐高温绝缘软板4内开设 凹槽，将金属引线线路3放入凹槽内，使金属引线线路3的中间部分处于柔 性耐高温绝缘软板4的内部，在金属引线线路3两端形成第一连接部31和第 二连接部32；将半导体芯片2固定连接在基岛1上，将第一连接部31连接半 导体芯片2上的焊盘，最后用塑封料5将连接在一起的半导体芯片2、基岛1 和柔性耐高温绝缘软板4进行封装，且让第二连接部32从塑封料5侧面露出； 通过上述方法，在金属引线线路3键合的过程中，仅需要一次连接，即可实 现所有金属引线线路3与半导体芯片2同时连接，提高键合的效率，同时， 将第二连接部32露出，以作为金属引脚使用与外部的pcb板连接，减少了键 合次数，便于后续进行连接和固定；柔性耐高温绝缘软板4本身采用聚酰亚 胺或聚酯薄膜作为基材，具有良好的绝缘效果，可有效避免电源线或信号线 彼此间碰触引起短路以及彼此距离过近引起电弧现象的发生。
75.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右
”ꢀ
等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描 述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对发明的限制。此外，
ꢀ“
第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二
”ꢀ
的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除 非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
76.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限 制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的 技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
发明的保护范围之内。