CN105659379B - 具有嵌入式管芯的模制引线框架封装 - Google Patents

具有嵌入式管芯的模制引线框架封装 Download PDF

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Abstract

一种半导体封装。该半导体封装包括第一侧、第二侧、模制基板、管芯和引线框架。半导体封装的第二侧与半导体封装的第一侧相对。管芯和引线框架被嵌入到模制基板中。引线框架也被定位在半导体封装的第一侧和第二侧之间，以提供半导体封装的第一侧和第二侧之间的第一电连接。

Description

具有嵌入式管芯的模制引线框架封装
相关申请
本专利申请要求来自2013年8月29日提交的、题为“MOLDED LEAD FRAME PACKAGEWITH EMBEDDED DIE”的临时美国专利申请No.61/871,366的优先权，其公开内容在其整体上通过引用并入本文。
背景技术
本发明涉及用于创建半导体封装基板的方法。在固态电子器件中，半导体封装基板是用于做出半导体管芯和其他电路之间的电连接的机械载体。半导体管芯是用作在其上放置电子器件（诸如晶体管、二极管以及集成电路）的基础的薄切片材料，例如硅、锗、或砷化镓。在一些实施方式中，半导体基板是通过在塑料中嵌入金属引线框架来构成。在其他实施方式中，半导体基板是通过结合到有机膜的图案化铜层构成。半导体管芯结合到半导体封装基板以形成多个半导体管芯和其他无源电路之间的电连接。
发明内容
本发明提供了用于创建将嵌入式管芯和引线框架结构并入单个基板的模制封装基板的方法。该基板概念适合于在芯片和导线或倒装芯片配置中的麦克风和非麦克风封装二者。
本发明还提供了并入许多关键设计要求的模制封装基板设计。该设计要求包括管芯到半导体基板中的低成本嵌入，任意两个半导体管芯之间的高密度互连，用于在单个封装中的两个堆叠的管芯的低热阻通路，和引线框架的双侧半蚀刻，该双侧半蚀刻产生与用于组装这样的设备的标准表面安装设备工艺兼容的隔离端口孔和密封环。
本发明进一步提供了一种半导体封装。半导体封装包括第一侧、第二侧、模制基板、管芯和引线框架。半导体封装的第二侧与半导体封装的第一侧相对。管芯和引线框架被嵌入到模制基板中。管芯包括被定位在管芯的第一侧上的第一电接触表面。引线框架也被定位在半导体封装的第一侧和第二侧之间，以提供半导体封装的第一侧和第二侧之间的第一电连接。
本发明附加地提供了一种制造半导体封装的方法。半导体封装包括第一侧和第二侧。半导体封装的第二侧与半导体封装的第一侧相对。该方法包括提供模制基板，将管芯嵌入到模制基板中，以及将引线框架嵌入到模制基板中。管芯包括被定位在管芯的第一侧上的第一电接触表面。引线框架被定位在半导体封装的第一侧和第二侧之间，以提供半导体封装的第一侧和第二侧之间的第一电连接。
本发明的其他方面通过考虑详细描述和附图将变得清楚。
附图说明
图 1A图示了半导体封装的横截面侧视图。
图1B图示了在图1A中的半导体封装的俯视图。
图1C图示了在图1A中的半导体封装的横截面俯视图。
图2图示包括图1A中的半导体封装的组装后的封装的横截面侧视图。
图3A图示了麦克风封装的横截面侧视图。
图3B图示在图3A中的嵌入式管芯的俯视图。
图3C图示了在图3A中的麦克风封装的横截面侧视图。
图3D图示了在图3A中的麦克风封装的俯视图。
图3E图示了在图3A中的麦克风封装的仰视图。
图4图示包括在图3A中的麦克风封装的组装后的麦克风封装。
图5图示组装后的麦克风封装。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明并不在其应用方面被限制到在以下描述中阐述或在所附的附图中图示的构造和组件布置的细节。本发明能够有其他实施例并且以各种方式被实践或实行。
此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意指涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。术语“安装”、“连接”和“耦合”被广义地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接和耦合。此外，“连接”和“耦合”不局限于物理或机械连接或耦合，且可包括电连接或耦合，无论是直接还是间接的。
在一些实施方式中，半导体封装100包括，除其他组件外，第一侧102、第二侧104、模制基板110、具有第一侧122和第二侧124的引线框架120、嵌入式管芯 130，以及第一多个柱凸块140，如图1A-1C所示的。半导体封装100的第一侧102与半导体封装100的第二侧104相对。
嵌入式管芯130被嵌入在模制基板110中。在一些实施方式中，嵌入式管芯130是专用集成电路。在一些实施方式中，嵌入式管芯130是硅管芯。嵌入式管芯130包括多个暴露的电接触（即，连接）表面132，其被定位在嵌入式管芯130的第一侧134上。在一些实施方式中，嵌入式管芯130还包括第二多个暴露的电接触表面（未示出），其被定位在嵌入式管芯130的第二侧136上。嵌入式管芯130的第二侧136与嵌入式管芯130的第一侧134相对。
引线框架120也嵌入模制基板110中。引线框架122的第一侧被半蚀刻。引线框架120提供了半导体封装100的第一侧102和第二侧104之间的电连接。由引线框架120所形成的电连接的热和应力特性至少部分基于引线框架120的尺寸和材料而变化。
第一多个柱凸块140提供在半导体封装102的第一侧和嵌入式管芯130的第一侧134之间的电连接。由多个柱凸块140形成的电连接的热和应力特性至少部分基于多个柱凸块140的尺寸、材料和数量而变化。在一些实施方式中，多个柱凸块140由铜制成。在一些实施方式中，多个柱凸块140是由金、铂或本领域中已知的任何其他电镀金属制成。
如图2所示，组装后的半导体封装200包括，除其他组件外，图1A-1C的半导体封装100、第二管芯210、第二多个柱凸块220和第三多个柱凸块230。第二管芯210包括，除其他组件外，第一多个暴露的电接触表面212和第二多个暴露的电接触表面214，这两者都定位在第二管芯210的第一侧216上。第二多个柱凸块220结合到引线框架120的第一侧122和第二多个暴露的电接触表面214，以便提供第二管芯210和半导体封装104的第二侧之间的电连接。第三多个柱凸块230结合到第一多个柱凸块140和第一多个暴露的电接触表面212，以提供第二管芯210和嵌入式管芯130之间的电连接。在一些实施方式中，第二管芯210是微机电系统（“MEMS”）管芯。
在一些实施方式中，麦克风封装300包括，除其他组件外，第一侧302、第二侧304、模制基板310、引线框架320、嵌入式管芯330，第一多个柱凸块340和声学端口孔350，如在图3A的横截面侧视图中所示的。麦克风封装300的第一侧302与麦克风封装300的第二侧304相对。
嵌入式管芯330包括第一多个暴露的电接触表面332，其定位在嵌入式管芯330的第一侧334和第二侧336上，如图3A所示。嵌入式管芯330的第二侧336与嵌入式管芯330的第一侧334相对。嵌入式管芯330还包括第二多个暴露的电接触表面338，其定位在嵌入式管芯330的第一侧334上，如图3B所示。图3B是嵌入式管芯330的第一侧334的侧视图。在一些实施方式中，第二多个暴露的电接触表面338被定位为平行于第一多个暴露的电接触表面332，也如图3B所示。在一些实施方式中，嵌入式管芯330还包括第三多个暴露的电接触表面（未示出），其被定位在嵌入式管芯330的第二侧336上。
引线框架320被半蚀刻在第一侧321和第二侧322上，以形成端口孔结构324和密封环结构325，如在图3C的横截面侧视图中所示的。引线框架320的第二侧322与引线框架320的第一侧321相对。半蚀刻引线框架320的第一侧321和第二侧322允许模制基板310形成在密封环结构325之间的焊料坝以允许回流焊料附着，而没有由于端口孔结构324的焊料润湿所致的堵塞端口孔350的风险。在一些实施方式中，除了圆形以外的其他形状被用于端口孔结构324。
蚀刻在微制造中用于在制造期间从引线框架的表面化学地去除层。彻底蚀刻包括完全彻底从一侧到相对侧去除引线框架的一部分。半蚀刻（即，局部蚀刻）包括从一侧到相对侧未完全彻底去除引线框架的一部分。图3C图示了分别通过半蚀刻引线框架320的第一侧321和第二侧322创建的腔326、327。通过半蚀刻每一侧在引线框架的相对侧上形成不同的图案。此外，利用模制基板填充通过半蚀刻引线框架的两侧形成的腔在模制基板中形成定义的图案。
引线框架320进一步包括第一多个电接触表面328和第二多个电接触表面329，如在图3D和3E中所示的。图 3D和3E分别为麦克风封装300第一侧302和第二侧304的侧视图。第一多个电接触表面328提供在引线框架320和第一多个柱凸块340之间的连接点。这允许引线框架320和嵌入式管芯330之间的多个电连接。第二多个电接触表面329提供电接触点以将金属盖（未示出）连接到模制基板310。
组装后的麦克风封装400包括，除其他组件外，图3A-3E的麦克风封装300、MEMS管芯410、金属盖420、后体积430、第一多个导线440，以及第二多个导线445，如在图4的横截面侧视图示出的。MEMS管芯410包括，除其他组件外，第一侧412、第二侧414和多个暴露的电接触表面416。MEMS管芯410的第二侧414与MEMS管芯410的第一侧412相对。多个暴露的电接触表面416被定位在MEMS管芯410的第一侧412上。MEMS管芯410的第二侧414结合到引线框架320的第一侧321。金属盖420被结合到引线框架320的第二多个接触表面328。在一些实施方式中，接地的手指沿着麦克风封装400的边缘暴露，以形成模制基板310和金属盖420之间的电磁干扰法拉第笼。这个笼完成组装后的麦克风封装400的后体积430。在一些实施方式中，金属盖420到模制基板310的连接是用导电材料（例如银填充的环氧树脂）制成，用于金属盖420和模制基板310之间的适当电接地。
第一多个导线440提供了第一多个柱凸块340和引线框架320之间的电连接。这允许嵌入式管芯330和引线框架320之间的电连接。第二多个导线445提供第二多个柱凸块345和MEMS管芯416的暴露的电接触表面 416之间的电连接。这允许嵌入式管芯330和MEMS管芯410之间的电连接。
在一些实施方式中，嵌入式管芯330被直接结合到引线框架320，如在图5的横截面侧视图中所示。直接结合嵌入式管芯330到引线框架320（即，倒装芯片结合）创建了更加机械刚性的但仍具有与上文讨论的其他实施方式相同的电气质量的结构。
为清楚起见，各个图没有示出填充不足或过模制的应用。然而，之一或二者可以与上面讨论的实施方式结合使用，以便提供对安装在模制基板的第一侧上的组件的环境或机械保护。

Claims (12)

1.一种半导体封装，包括：
第一侧；
与第一侧相对的第二侧；
模制基板；
嵌入到所述模制基板中的管芯，所述管芯包括被定位在所述管芯的第一侧上的第一电接触表面；
引线框架，其被嵌入所述模制基板中，并且被定位在所述半导体封装的第一侧和第二侧之间，以提供所述半导体封装的第一侧和第二侧之间的第一电连接，
其中所述引线框架包括半蚀刻的第一侧，所述半蚀刻的第一侧与所述半导体封装的第一侧平行，
其中所述引线框架还包括与所述半蚀刻的第一侧相对并且平行于所述半导体封装的第二侧的半蚀刻的第二侧，并且
其中所述引线框架的半蚀刻的第一侧和半蚀刻的第二侧具有选自包括端口孔结构和密封环结构的组的至少一个结构；
第一柱凸块，所述第一柱凸块
被嵌入所述模制基板中，
被定位在所述第一电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间，以提供在所述第一电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间的第二电连接，并且
与所述引线框架间隔开。
2.如权利要求1所述的半导体封装，其中所述管芯还包括选自包括专用集成电路和硅管芯的组的至少一个组件。
3.如权利要求1所述的半导体封装，其中所述第一电接触表面直接耦合到所述引线框架的所述半蚀刻的第一侧。
4.如权利要求1所述的半导体封装，还包括
第二管芯，所述第二管芯包括被定位在所述第二管芯的第一侧上的第二电接触表面和被定位在所述第二管芯的第一侧上的第三电接触表面；
第二柱凸块，其被定位在所述第二电接触表面和所述第一柱凸块之间以提供在所述第二电接触表面和所述第一柱凸块之间的第三电连接；以及
第三柱凸块，其被定位在所述第三电接触表面和所述引线框架的半蚀刻的第一侧之间以提供在所述第三电接触表面和所述引线框架的半蚀刻的第一侧之间的第四电连接。
5.如权利要求1所述的半导体封装，其中所述管芯还包括被定位在所述管芯的第一侧上并且平行于所述第一电接触表面的第二电接触表面，并且其中所述半导体封装还包括
第二柱凸块，所述第二柱凸块
被嵌入所述模制基板中，
被定位在所述第二电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间，以提供在所述第二电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间的第三电连接，
与所述引线框架间隔开；以及
第一导线，其耦合到所述第二柱凸块和所述引线框架的半蚀刻的第一侧。
6.如权利要求1所述的半导体封装，还包括
MEMS管芯，所述MEMS管芯包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、和被定位在所述MEMS管芯的第一侧上的第三电接触表面，并且所述MEMS管芯的第二侧耦合到所述引线框架的半蚀刻的第一侧；以及
耦合到所述第一柱凸块和所述第三电接触表面的第一导线。
7.一种制造半导体封装的方法，所述半导体封装包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述方法包括：
提供模制基板；
将管芯嵌入到所述模制基板中，所述管芯包括被定位在所述管芯的第一侧上的第一电接触表面；将引线框架嵌入到所述模制基板中，所述引线框架被定位在所述半导体封装的第一侧和第二侧之间，以提供所述半导体封装的第一侧和第二侧之间的第一电连接，
半蚀刻所述引线框架的与所述半导体封装的第一侧平行的第一侧；
半蚀刻所述引线框架的与所述半蚀刻的第一侧相对的并且平行于所述半导体封装的第二侧的第二侧，
其中所述引线框架的半蚀刻的第一侧和半蚀刻的第二侧具有选自包括端口孔结构和密封环结构的组的至少一个结构；
将第一柱凸块嵌入所述模制基板中；以及
将所述第一柱凸块定位在所述管芯的第一电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间，以提供在所述第一电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间的第二电连接，并且将所述第一柱凸块定位成与所述引线框架间隔开。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述管芯还包括选自包括专用集成电路和硅管芯的组的至少一个组件。
9.如权利要求7所述的方法，还包括将所述第一电接触表面直接耦合到所述引线框架的半蚀刻的第一侧。
10.如权利要求7所述的方法，还包括
将第二柱凸块耦合到所述第一柱凸块；
将所述第二柱凸块耦合到第二电接触表面以提供在所述第二柱凸块与所述第二电接触表面之间的第三电连接，所述第二电接触表面被定位在第二管芯的第一侧上；
将第三柱凸块耦合到所述第二管芯；以及
将所述第三柱凸块耦合到所述引线框架的半蚀刻的第一侧。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述管芯还包括被定位在所述管芯的第一侧上并且平行于所述第一电接触表面的第二电接触表面，并且所述方法还包括
将第二柱凸块嵌入所述模制基板中，
将所述第二柱凸块定位在所述第二电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间，以提供在所述第二电接触表面和所述半导体封装的第一侧之间的第三电连接，并且将所述第二柱凸块定位成与所述引线框架间隔开；
将第一导线耦合到所述第二柱凸块；以及
将所述第一导线耦合到所述引线框架的半蚀刻的第一侧。
12.如权利要求7所述的方法，还包括
将第一导线耦合到所述第一柱凸块；
将所述第一导线耦合到第三电接触表面，所述第三电接触表面被定位在MEMS管芯的第一侧上；以及
将所述MEMS管芯的第二侧耦合到所述引线框架的半蚀刻的第一侧，所述MEMS管芯的第二侧与所述MEMS管芯的第一侧相对。
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