CN204289428U - 半导体键合引线及半导体封装结构 - Google Patents

半导体键合引线及半导体封装结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种半导体键合引线及半导体封装结构，所述半导体键合引线包含第一端部、弯角部及尾部；其中，所述第一端部固定在半导体部件的第一键合点上；所述弯角部至少含有一个弯角；所述尾部固定在所述半导体部件的第二键合点上；且所述引线与连接所述第一键合点和所述第二键合点的最短路径不重合。本实用新型的半导体键合引线包含弯角部，可使引线与常规引线的最短路径保持适当距离，这大大降低了相邻引线间的互感。

Description

半导体键合引线及半导体封装结构
技术领域
本实用新型涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种半导体键合引线及半导体封装结构，该半导体键合引线可以大大降低半导体封装结构中相邻引线间的互感。
背景技术
在半导体器件制造中，半导体键合引线常被用于实现电互连，例如键合在裸芯片的焊垫与引线框架间的半导体键合引线。为了达到最好的电传导性能，半导体键合引线通常是在两个键合点之间走尽量短的路径。
在现有引线键合技术中，借助引线键合机上的引线键合治具(即劈刀)来完成引线的键合动作。引线的材料通常为金属丝，例如金线、银线、铜线。劈刀的形状如中空的细针管，引线穿过劈刀的管部，从劈刀的端部伸展出来。通过键合机自动控制劈刀实现引线的自动进给，从而完成引线键合动作。
一般而言，引线键合操作步骤为：(1)在引线一端形成球状体，该球状体末端被键合到芯片焊垫即第一键合点上；(2)劈刀向上抬起，并使引线形成一个圆弧，接着以引线框架上的引脚作为第二键合点，并朝第二键合点方向拉伸引线；(3)在第二键合点位置键合引线；(4)切断引线，完成一次键合。
现有的裸芯片单元通常设计有十几个、甚至多达几十个焊垫，而且裸芯片单元也在朝着越来越小的趋势发展，这样高密度的焊垫设计会给引线键合带来许多问题。同时也会增加相邻引线间的互感。因此，某些易受互感影响的半导体产品或有特殊功能的引脚的性能会受到严重影响，例如射频集成电路(RF IC)产品。
实用新型内容
为解决以上问题，本实用新型提出一种半导体键合引线及半导体封装结构，该半导体键合引线的弯角部可以调节相邻引线间的距离，从而减小相邻引线间的互感。
本实用新型实施例提供一种半导体键合引线，所述引线包含第一端部、弯角部及尾部；其中，所述第一端部固定在半导体部件的第一键合点上；所述弯角部至少含有一个弯角；所述尾部固定在所述半导体部件的第二键合点上；且所述引线与连接所述第一键合点和所述第二键合点的最短路径不重合。
一个实施例中，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径不重合。
一个实施例中，所述引线还包括连接所述第一端部和所述弯角部的头部，所述头部使所述引线靠近所述第一端部的部分贴近所述半导体部件所在平面。
一个实施例中，所述引线的弯角部包含由至少三个相连的折线部构成的至少两个弯角。
一个实施例中，所述引线的弯角部包含两个弯角，且所述引线与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径构成梯形结构。
一个实施例中，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径构成梯形结构。
一个实施例中，所述引线的弯角部包含三个弯角。
一个实施例中，所述引线位于连接所述第一键合点和所述第二键合点的最短路径的第一侧或第二侧。
一个实施例中，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影位于连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径的第一侧或第二侧。
本实用新型实施例还提供一种半导体封装结构，所述半导体封装结构至少含有一条上述半导体键合引线。
本实用新型实施例的半导体键合引线包括弯角部，该弯角部具有至少一个弯角，这种引线不走常规引线(打线)的最短路径，且可与常规引线路径保持适当小的距离，是一种超低引线弧，能在保持良好电传导性能的同时，大大减小相邻引线间的互感，尤其适合对互感影响有特殊要求的半导体部件。
本实用新型实施例的半导体封装结构含有至少一条本实用新型实施例的半导体键合引线，该半导体键合引线与常规引线的最短路径之间可保持适当小的距离(在引线的第一端部所在平面内)，因此，本实用新型实施例的半导体封装结构在保持良好的电传导性能和较低的引线发热的同时，可具有较小的相邻引线间的互感。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本实用新型一个实施例的半导体键合引线的俯视示意图；
图2是本实用新型另一个实施例的半导体键合引线的俯视示意图；
图3是形成图1中半导体键合引线的引线键合方法的劈刀的运动轨迹示意图；
图4A-4J是图3中引线键合方法的步骤示意图；
图5A是根据图4A-4J步骤形成的半导体键合引线的左视示意图；
图5B是图4J步骤后带有切断的引线的劈刀示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
本实用新型实施例的半导体键合引线包含第一端部、弯角部及尾部。其中，第一端部固定在半导体部件的第一键合点上，弯角部至少含有一个弯角，较佳地，包含两个或三个弯角，具体弯角个数视需要而定，尾部固定在半导体部件的第二键合点上；且半导体键合引线与连接该第一键合点和该第二键合点的最短路径(各种常规引线路径)不重合，较佳地，半导体键合引线在半导体部件所在平面的投影与连接该第一键合点和该第二键合点的直线路径不重合。
半导体键合引线还可以包含头部。半导体键合引线的头部连接第一端部和弯角部，且半导体键合引线的头部使半导体键合引线靠近该第一端部的部分贴近该第一端部所在平面(也是该半导体部件所在的平面)。
图1是本实用新型一个实施例的半导体键合引线的俯视示意图。如图1所示，半导体键合引线202的弯角部含有两个弯角(202e、202g)，这样的弯角部由三个相连的折线部(202d、202f、202h)构成。半导体键合引线202的第一端部202a固定在裸芯片的焊垫204(第一键合点)上，第一端部202a连接有半导体键合引线的头部，半导体键合引线202的头部包括弧部202b和颈部202c(如图5A所示)，折线部202d(连接第一端部和弯角部的折线部也称为第一接合部)的右端连接弯角部的第一个弯角202e，弯角202e由呈一定夹角的折线部202d和折线部202f构成，然后，呈一定夹角的折线部202f和折线部202h(连接弯角部和尾部的折线部也称为第二接合部)构成第二个弯角202g，最后，折线部202h与半导体键合引线202在第二键合点(例如另一焊垫或引脚框架)上的尾部202i相连接。半导体键合引线202与连接该第一键合点和该第二键合点的最短路径(各种常规引线路径)不重合。较佳地，半导体键合引线202在半导体部件所在平面的投影与连接该第一键合点和该第二键合点的直线路径206不重合。
当半导体键合引线的弯角部含有n(n＝1、2、3…)个弯角时，半导体键合引线含有n+1(n＝1、2、3…)个折线部，即n+1个相连的折线部构成n个弯角，例如三个相连的折线部构成两个弯角。
本实用新型实施例的半导体键合引线可以位于连接两键合点的最短路径(各种常规引线路径)(传统上利用劈刀直接从第一键合点取最短路径移动到第二键合点形成的半导体键合引线)的任意一侧。较佳地，半导体键合引线在半导体部件所在平面的投影位于连接两键合点的直线路径的任意一侧。该直线路径与半导体键合引线或其在半导体部所在平面的投影可以组成不同的形状或结构，例如三角形、梯形、矩形、多边形。较佳是形成梯形，此时，通过调节折线部(第一接合部)202d及/或折线部(第二接合部)202h在半导体部件所在平面的投影路径与直线路径(常规引线在半导体部件所在平面的投影)的夹角，来调节半导体键合引线与常规引线或其相邻半导体键合引线间的距离。
半导体键合引线在半导体部件所在平面的投影可以位于连接第一键合点和第二键合点的直线路径(在第一端部/半导体部件所在平面内)的任意一侧。如图1所示，半导体键合引线202在半导体部件所在平面的投影位于直线路径206的上侧(第一端部所在平面内)，且直线路径206和半导体键合引线202在第一端部202a所在平面的投影构成梯形结构。在另一实施例中，如图2所示，半导体键合引线202在半导体部件所在平面的投影位于直线路径206的下侧(第一端部所在平面内)。因此，实用新型实施例半导体键合引线的具体位置、弯角数量、路径等可视其所在半导体部件的需要而定。
本实用新型实施例的半导体键合引线因具有弯角部而与常规引线路径不重合，且可与常规引线路径保持适当小的距离，从而具有超低的引线弧，能在保持良好电传导性能的同时，大大减小相邻引线间的互感，适于对互感影响有特殊要求的半导体部件。
本实用新型实施例的半导体封装结构可以包含基板、焊垫、引线框架等结构，并含有至少一条上述半导体键合引线，以实现电互连。由于本实用新型实施例的半导体键合引线的结构具有位置灵活的优点，本实用新型实施例的半导体封装结构可以在保持良好电传导性能和较低的半导体键合引线发热的同时，具有较小的相邻半导体键合引线间的互感。
下面将通过半导体键合引线的形成方法说明本实用新型实施例的结构特点及优点。为描述简便，下述说明中将用“引线”代替“半导体键合引线”。
本实用新型实施例的半导体键合引线的引线键合方法包括步骤：(1)在第一键合点键合，以使引线的一端固定在半导体部件上；(2)形成引线的头部，以使引线更好地靠近半导体部件所在的平面、尽量减小引线的长度、保持引线的良好电传导性，在另一个实施例中，可以不包含形成引线的头部的步骤；(3)形成引线的弯角部，以使两键合点间的引线或其在第一端部所在平面的投影与连接上述两键合点的最短路径(常规引线的路径)或直线路径在不重合或贴合的同时保持适当小的距离，以在保持引线良好电传导性能的同时降低相邻引线间的互感；(4)在第二键合点键合，以使引线的另一端固定在半导体部件上。
本实用新型实施例的半导体键合引线键合方法适用于各种需要利用引线实现电互连的半导体部件，例如陶瓷和塑料材料的球栅阵列结构(BGA)的印刷电路板(PCB)，单芯片或多芯片、陶瓷和塑料四方扁平封装(CerQuads and PQFPs)、芯片尺寸封装(CSPs)、板上芯片(COBs)。为描述方便，本实用新型实施例中将以单个裸芯片作为所应用的半导体部件说明本实用新型的优点，但并非用以限制本实用新型所适用的半导体部件。
本实用新型实施例的半导体键合引线键合方法中所使用的引线键合治具可以是各种带有引线并能实现引线键合功能的治具，例如楔形劈刀、毛细管劈刀。本实用新型实施例中将以穿有引线的毛细管劈刀(简称劈刀)以球形键合的方式说明本实用新型的优点，但并非用以限制本实用新型所使用的引线键合治具类型或引线端部的形状。
图3是形成图1中半导体键合引线的引线键合方法的劈刀的运动轨迹示意图；图4A-4J是图3中引线键合方法的步骤示意图。下面将根据图4A-4J并结合图3来说明在裸芯片上的一个焊垫(第一键合点)和另一个焊垫或引线框架(第二键合点)间实现引线互连的过程。
步骤1：在第一键合点键合。
如图4A所示，使穿有引线的劈刀200在裸芯片的一个焊垫(第一键合点)上键合，形成引线202的第一端部202a，以使引线的一端固定在裸芯片的焊垫上。
步骤2：形成引线的头部。
引线202的头部包括弧部202b和颈部202c(如图5A所示)，并通过折线部(第一接合部)202d与弯角部连接。
接着步骤1，结合图3，如图4B所示，劈刀200沿着远离第一端部202a的第一方向移动并延伸引线到达第一位置，例如沿垂直于第一端部202a所在平面向上的方向移动劈刀200，并同时使线夹放线以延伸引线202至设定高度RH，劈刀200到达B点(轨迹如图3中AB所示)，线夹停止放线，形成引线弧部202b。
接着，劈刀200沿朝向另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)的第二方向移动到达第二位置(该过程中线夹不放线)，例如沿相对前一动作所在位置(第一位置B点)斜向下并接近或朝向另一焊垫(或引脚框架)的方向(如图4D所示)移动劈刀200至设定宽度RD，劈刀200到达C点(轨迹如图3中BC所示)，或者例如沿平行于第一端部所在平面且接近或朝向另一焊垫(或引脚框架)的方向(如图4C所示)移动劈刀200至设定宽度RD，劈刀200到达C1点(轨迹如图3中BC1所示)，形成引线颈部202c。
再接着，如图4E所示，劈刀200沿远离前一动作所在位置(第二位置)的第三方向移动并延伸引线到达第三位置，例如沿垂直于第一端部202a所在平面且远离C或C1点向上的方向移动劈刀200，并同时使线夹放线以延伸引线202，劈刀200到达D点(轨迹如图3中CD或C1D所示)，线夹停止放线，形成折线部(第一接合部)202d(对于含有头部的引线，第一接合部是连接头部与弯角部的折线部，对于没有头部的引线，第一接合部是连接第一端部与弯角部的折线部)。
步骤3：形成引线的弯角部。
形成引线的弯角部的步骤包括至少一个形成弯角的动作。接着步骤2，结合图3，如图4F所示，劈刀200沿远离另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)的第四方向移动至第四位置(该过程中线夹不放线)，例如沿平行于第一端部202a所在平面且远离前一动作所在位置(第三位置D点)移动劈刀200(如图4F所示)，在劈刀200碰触到第一端部202a之前停止移动，劈刀200到达E1点(轨迹如图3中DE1所示)，或者例如沿相对于前一动作所在位置(第三位置D点)斜向下的方向移动劈刀200(未图示)，在劈刀200碰触到第一端部202a之前停止移动，劈刀200到达E点(轨迹如图3中DE所示，DE与EE1(CD)夹角为J1)。
本实用新型实施例中，上述第四方向可以是与步骤2中第二方向完全相反的任意方向。
接着，如图4G所示，劈刀200沿远离前一动作所在位置(第四位置)的第五方向移动并延伸引线202至第五位置，例如沿垂直于第一端部202a所在平面且远离前一动作所在位置(第四位置E或E1点)向上的方向移动劈刀200(如图4G所示)，劈刀200到达F点(轨迹如图3中EF或E1F所示)，形成第一个折线部202f。呈一定夹角的折线部(第一接合部)202d和第一个折线部202f构成弯角部的第一个弯角202e，这是本实用新型实施例中形成弯角的常规方法。
若要形成多个弯角，可以重复上述常规形成弯角的动作。在本实用新型实施例中，弯角部至少包含一个弯角，较佳地，含有两个或三个弯角，最好至少包含两个弯角，具体弯角个数可视半导体部件的需要而定。
在利用上述形成弯角的常规方法形成弯角后，还包含为后续在第二键合点键合做准备的动作。可以使最后一个折线部的形成动作与前述弯角折线部的常规形成动作略有不同，也可以在利用常规方法形成弯角部后直接移动劈刀及延伸引线。
如图4H所示，劈刀200从前一动作所在位置(例如第五位置)沿远离另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)的第七方向移动(线夹不放线)至第七位置，例如从F点沿相对于F点斜向下且远离另一焊垫(或引脚框架)的方向移动劈刀200(如图4H所示)，在劈刀200碰触到第一端部202a之前停止移动，劈刀200到达G点(轨迹如图3中FG所示)，或者例如从前一动作所在位置(第五位置F点)沿平行于第一端部202a所在平面且远离另一个焊垫(或引脚框架)的方向移动劈刀200(未图示)，在劈刀200碰触到第一端部202a之前停止移动，劈刀200到达G1点(轨迹如图3中FG1所示)。
之后，如图4I所示，劈刀200沿远离前一动作所在位置(第七位置)且靠近另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)的第八方向移动并延伸引线至靠近或接近另一个焊垫或引脚框架上方的第八位置，例如，沿图3中的G1H(或GH)轨迹移动劈刀200，并使线夹放线延伸引线202，劈刀上升到最高点H点，此时完成形成最后一个弯角的动作，并且线夹所放出的引线长度足以连接裸芯片上的一个焊垫(第一键合点)和另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)。
在另一个实施例中，不利用如上所述的形成最后一个弯角的动作来形成最后一个弯角，而是按前述常规方法形成最后一个弯角，然后直接移动劈刀至第二键合点。该移动劈刀至第二键合点的动作包括：沿远离形成最后一个弯角后劈刀所在位置并朝向另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)的第六方向移动劈刀并延伸引线(类似于图3中G1H(或GH)轨迹)，至靠近另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)上方的第六位置；然后移动劈刀远离所述第六位置至第二键合点。
步骤4：在第二键合点键合。
接着步骤3，如图4J所示，在劈刀200达到另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)后，在另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)键合，使引线202的另一端固定在裸芯片上。连接最后一个弯角与尾部的折线部也可以称作第二接合部。之后，如图5A、5B所示，劈刀200切断引线202，形成引线的尾部202i，完成在裸芯片上一个焊垫(第一键合点)和另一个焊垫或引脚框架(第二键合点)间的一次键合。继而可以进行下一次引线键合动作。
在上述形成半导体键合引线的步骤中，第一方向、第三方向与第五方向都是大体向上的方向，它们两两之间可以是相同或相近的方向，较佳地，均为垂直于引线的第一端部所在平面向上的方向。第二方向、第四方向、第六方向均可与第一键合点和第二键合点间的直线路径呈一个夹角，以使引线在其第一端部所在平面的投影与第一键合点和第二键合点间的直线路径不重合。
上述步骤中的用语，“延伸”引线意味着在劈刀移动的过程中同时使线夹放线；“移动”引线意味着在劈刀移动的过程中线夹关闭停止放线；沿“朝向”或“接近”某一位置的方向，并不必须指向该位置的方向，仅指劈刀大体上移动的方向，且除特殊说明外并不表示距离该位置的远近；在某一位置的“上方”不必须指在该位置的正上方，沿某一位置“向上”的方向不必须是指向该位置的方向，仅指大体上指向该位置。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体键合引线，其特征在于，所述引线包含第一端部、弯角部及尾部；
其中，所述第一端部固定在半导体部件的第一键合点上；所述弯角部至少含有一个弯角；所述尾部固定在所述半导体部件的第二键合点上；且所述引线与连接所述第一键合点和所述第二键合点的最短路径不重合。
2.如权利要求1所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径不重合。
3.如权利要求2所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线还包括连接所述第一端部和所述弯角部的头部，所述头部使所述引线靠近所述第一端部的部分贴近所述半导体部件所在平面。
4.如权利要求1至3任一项所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线的弯角部包含由至少三个相连的折线部构成的至少两个弯角。
5.如权利要求4所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线的弯角部包含两个弯角，且所述引线与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径构成梯形结构。
6.如权利要求5所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影与连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径构成梯形结构。
7.如权利要求4所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线的弯角部包含三个弯角。
8.如权利要求1或2所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线位于连接所述第一键合点和所述第二键合点的最短路径的第一侧或第二侧。
9.如权利要求8所述的半导体键合引线，其特征在于，所述引线在所述半导体部件所在平面的投影位于连接所述第一键合点和所述第二键合点的直线路径的第一侧或第二侧。
10.一种半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构至少含有一条如权利要求1至9任一项所述的半导体键合引线。
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