CN102709256A - 一种空腔无引线塑料扁平封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空腔无引线塑料扁平封装，属于半导体封装技术领域。该封装包括载体，载体上固定芯片，载体的周围均布有引脚，引脚之间以及引脚与载体之间填充有塑封体，引脚与芯片之间通过键合线连接，芯片的上方设置有盖板，盖板的周边通过塑封体支撑，盖板、载体与塑封体之间形成腔体。本发明解决了具有外露可动结构的MEMS芯片以及光电半导体芯片无法塑封的问题，而且降低了封装的应力。

Description

一种空腔无引线塑料扁平封装
技术领域
本发明涉及一种半导体的扁平封装，属于半导体封装技术领域，尤其是一种空腔无引线塑料扁平封装。
背景技术
半导体封装是半导体芯片和外围电子电气系统之间的桥梁，它不仅是半导体芯片的机械支撑和保护结构，而且也为半导体芯片和外围电子电路的连接提供了电源和信号通路，同时也是半导体芯片的热量耗散通道。在半导体产业链中，半导体封装和测试是同设计、制造并列的三大支柱之一。
半导体封装主要包括金属封装、陶瓷封装、金属陶瓷封装和塑料封装。金属封装是一种气密性封装，通常采用传统金属工艺加工方法将材料加工成腔体形状。这种封装工艺要求较高，主要适用于小批量产品，封装价格较高昂。陶瓷封装具有良好的电、热、机械特性和尺寸稳定性，可以实现气密封装，也可以实现量产，但是其造价相对于塑料封装还是较高，相当于塑料封装造价的10倍甚至更高。
塑料封装是目前半导体封装领域应用最广的一种封装形式，占据了世界商业封装市场上97%以上的份额。该封装具有电气传输特性好、工艺成熟、可批量生产、成本低的优势，而且对比陶瓷和金属封装，封装外形更小、重量更轻。因此对于不要求气密性的半导体芯片，塑料封装是最具有竞争力的一种封装形式。
传统的塑料封装采用的是实体注塑封装，其生产过程描述如下：1、将芯片粘接到引线框架上，2、利用引线键合工艺将芯片的电气端口和引线框架的引脚进行连接，3、将粘接有芯片的引线框架放入专门的模具腔体中，4、往腔体中注入熔融的塑封料，熔融的塑封料在一定温度和压力下，将半导体芯片和引线框架包覆，5、经固化后，即形成了封装体。
传统的实体注塑封装，具有工艺较简单、生产批量大、封装成本低的优点，但是仍然存在一些问题：1、注塑封装的塑封料是把芯片整体包覆住了，因此，不适用MEMS芯片的封装，如具有可动结构的MEMS器件或者光电半导体芯片等；2、注塑封装的塑封料具有较大的热膨胀系数，同半导体芯片的材料不匹配，容易产生热应力问题，对于应力敏感的MEMS器件具有不利的影响。
经检索，申请号为200910117517.8的专利涉及一种双扁平无引脚封装件及其生产方法，该封装件通过上塑封体和下塑封体相接处，在下塑封体的下表面设置凹坑，来避免双面封装的翘曲和离层问题。但是该结构中的芯片被固封，只能适用于不可动结构的MEMS器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种空腔无引线塑料扁平封装，该封装解决了具有外露可动结构的MEMS芯片以及光电半导体芯片无法塑封的问题，而且降低了封装的应力，保证了芯片使用的可靠度和安全性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种空腔无引线塑料扁平封装，包括载体，所述载体上固定芯片，所述载体的周围均布有引脚，所述引脚之间以及引脚与载体之间填充有塑封体，所述引脚与芯片之间通过键合线连接，其特征在于所述芯片的上方设置有盖板，所述盖板的周边通过塑封体支撑，所述盖板、塑封体与芯片之间形成腔体。
对上述结构作进一步限制，所述引脚主要由内引脚和外引脚组成的阶梯形结构，其中内引脚的位置高于外引脚，内引脚的上表面与芯片上表面齐平，内引脚与芯片上的键合点之间通过键合线连接。本发明中外引脚与支撑框固定，内引脚的位置高于外引脚，且两者形成阶梯形，使内引脚与芯片齐平，从而缩短了两者之间的键合线长度，也降低了引线弧度，提高了信号的高频传输特性。
对上述结构作进一步限制，所述载体和芯片之间通过粘片胶粘接，所述盖板的周边与塑封体之间通过粘接料密封粘接。
本发明的生产工艺为：引线框架制作→塑封→半导体芯片处理（减薄、划片）→上芯→键合引线→封盖→打印→切割，即可完成本发明的生产制作。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1）本发明通过塑封体填充在载体、内引脚和外引脚之间的间隙中，并和盖板一起构成了封装内部的腔体，由于芯片和封装体的材料不同，膨胀系数也不同，从而解决了温度变化下现有注塑封装的应力大的问题，同时也解决了具有裸露可动结构的MEMS器件或者光电半导体芯片无法塑封的问题；
2）本发明改进引线框架的结构，该结构内引脚是由引线框架外引脚向载体方向延伸，并经机械冲压工艺制作出的一个悬空的台阶结构，其中内引脚高度高于引线框架和载体表面，因此缩短了键合引线长度，也降低了引线弧度，提高了信号的高频传输特性；
3）本发明中各元件结构的生产工艺均可与注塑封装方法兼容，可以实现大批量生产，具有较低的成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中平行侧表面的剖面示意图；
图3是图1中删除盖板后的结构示意图；
图4是带有支撑结构的单个引线框架结构示意图；
图中：1-载体，2-塑封体，3-外引脚，4-内引脚，5-粘接料，6-键合线，7-键合点，8-盖板，9-腔体，10-芯片，11-粘片胶，12-引线框架，13-支撑条，14-支撑框。
具体实施方式
根据附图1可知，本发明具体涉及一种空腔无引线塑料扁平封装，包括载体1，所述载体1上固定芯片10，载体1的周围均布有引脚，引脚之间以及引脚与载体之间通过塑封体2填充，塑封体2把引脚和载体1粘合为一体，塑封体2为绝缘材质，可通过注塑实现填充。
根据附图2可知，引脚与芯片10之间通过键合线6连接，芯片10的上方设置有盖板8，所述盖板8的周边通过塑封体2支撑，盖板8、载体1与塑封体2之间形成腔体9，该腔体9内安放外露可动结构的MEMS芯片，是本发明的主要创新之处。
图2中，盖板8是一个平板结构，材料可以是金属、陶瓷、玻璃或者塑料，盖板8的周边通过填充于引线框架12间隙内的塑封体2支撑。
根据附图4可知，引线框架12包括方形支撑框14，以及支撑框14上均匀固定的引脚，支撑框14的四角通过支撑条13与载体1固定连接。
从附图2和附图3中可以看出，引脚主要由内引脚4和外引脚3组成的阶梯形结构，其中内引脚4的位置高于外引脚3，内引脚4的上表面与芯片10上表面齐平，内引脚4与芯片10上的键合点7之间通过键合线6连接，电气信号可通过内引脚4传递至外引脚3，并提供给封装外部。
载体1和芯片10之间通过粘片胶11粘接，其中粘片胶11可以是导电胶、绝缘胶或者焊料。盖板8的周边与塑封体2之间通过粘接料5密封粘接，该粘接料5可以是粘接胶，也可以是塑料熔融物，若盖板8是和塑封体2相同的热塑性材料，则二者可采用超声焊接进行密封连接。
引线框架12的内引脚4是由外引脚3向载体1内部延伸，并经机械冲压工艺制作出的一个悬空的阶梯形台阶结构。塑封体2结构是一个具有台阶结构的塑料墙，台阶结构用于支撑内引脚4的悬空的台阶部分，并和外围的塑料墙一起形成了封装体的腔体9。
本发明的生产工艺过程如下：
a．引线框架12阵列制作
制作的引线框架12阵列是由一定数量的单体引线阵列排布而成。其中引线框架12上外引脚3和载体1处于同一高度，并通过载体1四角的金属支撑条13连接至框架阵列的支撑框14。内引脚4是由外引脚3向载体1方向延伸约0.5mm～1mm，然后经过冲压工艺形成，使得内引脚4高于外引脚3和载体1约0.2mm～0.6mm，形成一个悬空的台阶结构。
b．塑封
塑封设备采用通用注塑封装设备，使得塑封体2形成两部分填充结构。其中一部分是填充在载体1、内引脚4和外引脚3之间的塑料结构，起到支撑内引脚4、形成键合台阶的作用；另一部分位于外引脚3上部，形成了一个塑料墙结构，起到形成腔体9、支撑盖板8的作用。
c、半导体芯片处理
主要包括半导体芯片的减薄、划片等工艺。
d．上芯
采用自动上芯机，粘接胶11可使用绝缘胶或者导电胶，将半导体芯片10粘接至引线框架载体1上。
e．键合引线
采用引线键合机，使用键合线6将半导体芯片10上的键合点7同引线框架12的内引脚4连接到一起，实现半导体芯片10的电气信号通路。
f．封盖
将盖板8和塑封体2通过粘接料5粘接在一起。该盖板8材料可以是金属、陶瓷、玻璃或者塑料。该工艺可以采用粘接胶粘接工艺完成，也可以采用超声焊工艺实现（仅限于盖板8和塑封体2是同样的热塑性塑料材料）。
g．打印
同普通塑封工艺，采用激光标记或者丝印的方法在封装腔体盖板8上制作印章标记。
h．切割
将阵列式引线框架上的封装体按照设计规格切割成单个单元，并经检验后放入料盘。
该封装的生产工艺均可与传统注塑封装方法兼容，可以实现大批量生产，并且具有较低的成本。 

Claims (3)

1.一种空腔无引线塑料扁平封装，包括载体（1），所述载体（1）上固定芯片（10），所述载体（1）的周围均布有引脚，所述引脚之间以及引脚与载体（1）之间填充有塑封体（2），所述引脚与芯片（10）之间通过键合线（6）连接，其特征在于所述芯片（10）的上方设置有盖板（8），所述盖板（8）的周边通过塑封体（2）支撑，所述盖板（8）、塑封体（2）与芯片（10）之间形成腔体（9）。
2.根据权利要求1所述的一种空腔无引线塑料扁平封装，其特征在于所述引脚主要由内引脚（4）和外引脚（3）组成的阶梯形结构，其中内引脚（4）的位置高于外引脚（3），内引脚（4）的上表面与芯片（10）上表面齐平，内引脚（4）与芯片（10）上的键合点（7）之间通过键合线（6）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种空腔无引线塑料扁平封装，其特征在于所述载体（1）和芯片（10）之间通过粘片胶（11）粘接，所述盖板（8）的周边与塑封体（2）之间通过粘接料（5）密封粘接。
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