[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680024669.8
• 申請(qǐng)日: 2006-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN101218673A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬斯·J·迪馬塞卡;杰里·丹;威廉·D·范德里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/495
• 分類號(hào): H01L23/495
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳源;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及一種將半導(dǎo)體芯片安裝在塑料封裝中的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)

這種半導(dǎo)體裝置是為大家所共知的。以下是對(duì)這種裝置的總體設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單描述。圖1示出了半導(dǎo)體裝置1的示意截面。該裝置包括半導(dǎo)體芯片2，也被稱為“晶片”，其中包括一個(gè)集成電路(未示出)。所述裝置還包括導(dǎo)電引線框架10，其通常由諸如銅之類的金屬制成；引線框架10包括位于中心的晶片焊墊(die?pad)11和多根內(nèi)部引線12(圖1的截面圖中僅僅示出了其中的兩根)。晶片2通過粘合劑3附于晶片焊墊11上，其典型地是一種電和/或熱導(dǎo)粘合劑。典型地，晶片焊墊11具有四邊形形狀，通常甚至是正方形。不同的實(shí)施例可具有不同的尺寸；在一種典型的例子中，所述半導(dǎo)體裝置1的尺寸為7mm×7mm，其中晶片焊墊11的尺寸為5mm×5mm。

晶片11的集成電路具有在其表面并背離所述晶片焊墊11的多個(gè)接觸端，其中多個(gè)接觸端(未示出)通過引線鍵合線4連接到各根引線12，即諸如金絲的細(xì)線一端附于引線12上而另一端附于晶片12上。引線12為裝置1提供輸入和/或輸出端，從而接收或者提供輸入信號(hào)或輸出信號(hào)。由于這種鍵合線的使用本身是已知的，而且用于將這種鍵合線附于引線和晶片上的方法本身也是已知的，因此在此沒有必要再更進(jìn)一步詳細(xì)描述這些方法。

集成電路的某些點(diǎn)需要連接到公共電勢(shì)上，典型地為接地電平。因此，晶片11的集成電路還具有通過各根引線鍵合線5連接到晶片焊墊11的接觸端；這些連接晶片2和晶片焊墊11的引線鍵合線被稱為“向下鍵合線(downbond)”。

引線框架10、晶片2和鍵合線4和5的組裝被密封在一個(gè)塑料模制包6內(nèi)。對(duì)于某些類型的裝置，引線框架10被塑料完全包圍。圖1中裝置1的引線框架10是暴露的，即引線框架10的表面14可以與外界進(jìn)行電和熱接觸；下文中，背離晶片2的這個(gè)表面將被稱為底部表面14，而與其相對(duì)的表面則被稱為頂部表面15。典型地，如16所示，晶片焊墊11的底部表面14具有一個(gè)側(cè)凹16A，其也被稱為“半刻蝕”，它沿著晶片焊墊11的邊沿延伸，這樣塑料6和晶片焊墊11之間可以更好地嚙合。類似地，引線12典型地在其底部表面14具有側(cè)凹16B。本發(fā)明特別地涉及但并不限于暴露式引線框架封裝(exposed?leadframe?package)。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，向下鍵合線很脆弱，并且經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)向下鍵合的失效，而一次失效足以造成整個(gè)裝置不合格。根據(jù)本發(fā)明，向下鍵合的失效很可能是由兩種機(jī)制導(dǎo)致，后面將會(huì)對(duì)此予以說明。

制造這種裝置1的過程包括這些步驟：將晶片2組裝到引線框架10上，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)引線鍵合線4和5，以及隨后涂上塑料化合物6。塑料化合物6是在熔化狀態(tài)即高溫狀態(tài)下涂上去的并且需要冷卻，于是塑料的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致了機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生。此外，在其生命周期內(nèi)，裝置1可能會(huì)經(jīng)受其它的溫度循環(huán)，這同樣導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生。

圖2以更大的尺寸示出了被認(rèn)為很可能需要為向下鍵合線5的失效負(fù)大部分責(zé)任的兩種機(jī)制。如箭頭21所示，該塑料可直接施力在向下鍵合引線5上。如22所示，在晶片2和晶片焊墊11的接口處會(huì)發(fā)生剝離，而這個(gè)可被視為蠕變裂紋的剝離會(huì)沿著晶片焊墊11的頂部表面15增大。最終，向下鍵合線5會(huì)破裂(金屬疲勞和/或撕裂)，如24所示。

本發(fā)明的一個(gè)重要目的就是增加向下鍵合的可靠性。更具體地，本發(fā)明在于改進(jìn)半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)從而大大降低向下鍵合失效的幾率。

發(fā)明內(nèi)容

所述半導(dǎo)體裝置的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中，晶片焊墊11的頂部表面15完全是平坦的，即在其整個(gè)范圍內(nèi)它都在一個(gè)平面內(nèi)延伸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，晶片焊墊11的頂部表面15有些部分位于不同的水平面，并且相鄰的這種部分之間的過渡主要是階梯狀，至少一個(gè)這種階梯狀過渡被布置在晶片2和向下鍵合線5之間。已知的是這種階梯狀過渡為防止向下鍵合的失效提供了良好的保護(hù)。

優(yōu)選地，晶片焊墊具有位于所述晶片和所述向下鍵合線之間的一個(gè)或者多個(gè)凹槽，更優(yōu)選地是凹槽形如平行于晶片焊墊邊緣的縱向槽，所述凹槽完全由封裝的塑料材料填充。

美國(guó)專利6,569,755公開了一種半導(dǎo)體裝置，其中晶片焊墊具有位于向下鍵合線和晶片焊墊邊緣之間的一個(gè)凹槽，該凹槽由硅填充。這種設(shè)計(jì)并沒有保護(hù)向下鍵合線使之不發(fā)生由晶片向外的剝離蠕變，并且它削弱了晶片焊墊和塑料之間的嚙合。此外，用硅來填充需要額外的工藝步驟。