TWI382509B - 無外接腳式半導體封裝構造 - Google Patents

Description

無外接腳式半導體封裝構造

本發明係有關於一種半導體裝置，特別係有關於一種無外引腳式半導體封裝構造。

伴隨著半導體產品輕薄短小之發展趨勢，傳統具有外引腳之導線架因其由產品的側邊外露延伸並無法滿足趨勢，因此發展出一種無外引腳式半導體封裝構造，其是一種能符合小尺寸封裝與低成本的導線架基底半導體封裝構造，以引腳的下表面外露於封膠體底面以供對外表面接合，故能取代由封膠體側面延伸並彎折成形之外引腳，能符合低外形輪廓、重量輕之需求，並可縮小整體封裝構造的體積以及提高訊號傳遞的速度。然習知之無外引腳式半導體封裝構造仍會有可靠度降低之問題。

請參閱第1圖所示，為一種習知無外引腳式半導體封裝構造之截面示意圖。該無外引腳式半導體封裝構造100主要包含複數個引腳110、一晶片120、複數個銲線130以及一封膠體140。該些引腳110係排列在該封膠體140之底面兩側或周邊，但不具有由該封膠體140之側面往外延伸彎折的外引腳。利用一黏晶膠151，如膠帶(tape)或環氧膠，將該晶片120黏設於一晶片承座150上，而該晶片承座150通常是與該些引腳110為相同金屬材質並形成於同一導線架。該晶片120之主動面 上係設有複數個電極121，例如銲墊。該些銲線130係利用打線製程所形成，以連接該晶片120之該些電極121至相對應之該些引腳110之上表面111。該封膠體140係以壓模(transfer molding)製程形成，以密封該些引腳110、該晶片120與該些銲線130，但顯露該些引腳110之下表面112與該晶片承座150之下表面在該封膠體140之底面，以供對外接合。由於該些引腳110的顯露面積過大，在熱循環試驗中，受到熱應力作用容易造成該些引腳110與該封膠體140的接合界面產生分層，特別是由該些引腳110之顯露切割後端113開始發生，導致引腳脫落與水氣侵入之問題，使得產品的可靠度低落。

再者，在應用上，該無外引腳式半導體封裝構造100應以表面接著(SMT)技術安裝至一印刷電路板(圖未繪出)。其係利用銲錫材料將該些引腳110之下表面112焊固於該印刷電路板上相對應之接墊，以達到電性導通與增進散熱之目的。銲錫材料不同於一般半導體封裝構造，如球柵陣列封裝所設置之銲球或是外接端子，在回焊時過於柔軟不足以維持封裝構造的表面接合縫隙。因此，習知無外引腳式半導體封裝構造100與被表面接合印刷電路板之間的表面接合縫隙顯得更小且無法控制，甚至水平度也有誤差。這將導致在某一引腳110下的銲錫接點易於受到熱應力的集中作用，而產生焊點斷裂之問題。

此外，該些引腳110之切割後端113顯露在該封膠體140之側面亦會引起金屬氧化等問題，並容易產生天線效應(antenna effect)等高頻訊號干擾，使外部之雜散電荷累積在該些引腳110上，並進一步破壞內部晶片120。

有鑒於此，本發明之主要目的係在於提供一種無外引腳式半導體封裝構造，利用引腳之凸點彎曲組合方式可以防止引腳脫落與水氣侵入，以達到高可靠度。並可維持封裝構造的表面接合縫隙，甚至可以達到節省銲球或外接端子之設置，以避免焊點斷裂。

本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明所揭示之一種無外接腳式半導體封裝構造，主要包含複數個第一引腳、一第一晶片、複數個第一銲線以及一封膠體。每一第一引腳係具有一第一水平接指、一第一凸點彎曲及一相對遠離該第一水平接指之後端，其中該些第一水平接指係形成於一第一平面，該些第一凸點彎曲係突出至一第二平面，並且該第一平面與該第二平面為平行。該第一晶片係具有複數個第一電極。該些第一銲線係連接該第一晶片之該些第一電極與該些第一引腳之該些第一水平接指。該封膠體係密封該第一晶片、該些第一銲線、該些第一引腳之該些第一水平接指與該些第一引腳之後端，該封膠體係具有一底面，其係平行形成在該第一平面與該第二平面之 間，以使該些第一引腳僅有該些第一凸點彎曲為突出外露在該底面。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該封膠體之該底面至該第二平面之距離係可不大於該些第一凸點彎曲之厚度，以使該些第一凸點彎曲之內表面被該封膠體密封。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，可另包含一晶片承座，用以承載該第一晶片。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，可另包含一黏晶膠，其係黏接該第一晶片與該晶片承座。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，可另包含一膠帶，係黏附該第一晶片至該些第一水平接指。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該些第一凸點彎曲係可為圓弧形截面。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該些第一凸點彎曲係可為V形截面。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，可另包含複數個第二引腳、一第二晶片以及複數個第二銲線。每一第二引腳係具有一第二水平接指及一第二凸點彎曲，其中該些第二凸點彎曲係可接合至該些第一引腳。該第二晶片係可設置於該第一晶片上並具有複數個第二電極。該些第二銲線係可連接該第二晶片之該些第二電極 與該些第二引腳之該些第二水平接指。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，可另包含一覆線膠層，係形成於該第一晶片與該第二晶片並局部包覆該些第一銲線。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該些第一引腳之被密封後端係可具有非平面端面。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該些第一引腳之被密封後端係可為分叉狀或鋸齒狀。

在前述無外接腳式半導體封裝構造中，該些第一凸點彎曲之至少一個係可位在該第一晶片之底部覆蓋區。

由以上技術方案可以看出，本發明之無外接腳式半導體封裝構造，具有以下優點與功效：一、藉由引腳只有突出於封膠體底面之凸點彎曲為外露，可以防止引腳脫落與水氣侵入，以達到高可靠度。

二、利用引腳之凸點彎曲的突出高度能維持封裝構造的表面接合縫隙，甚至可以達到節省銲球或外接端子之設置，以避免焊點斷裂。

三、藉由引腳形成之凸點彎曲可做為該無外接腳式半導體封裝構造之一體化外接端子，以節省封裝步驟與成本。

四、封膠體密封引腳之後端，避免天線效應等高頻訊號干擾，以增進封裝產品之可靠度。

五、藉由引腳之被密封後端形成為分叉狀或鋸齒狀，可 增進引腳在封膠體內之咬合度。

依據本發明之第一具體實施例，一種無外接腳式半導體封裝構造舉例說明於第2圖之截面示意圖。該無外接腳式半導體封裝構造200主要包含複數個第一引腳210、一第一晶片220、複數個第一銲線230以及一封膠體240。

如第2圖所示，該些第一引腳210係形成於該無外引腳式半導體封裝構造200之兩側邊或四周側邊。該些第一引腳210係為一導線架之一部份，其材質可為導電性金屬材質，例如銅。每一第一引腳210係具有一第一水平接指211、一第一凸點彎曲212及一相對遠離該第一水平接指211之後端213。該些第一水平接指211係供打線接合。在本實施例中，該些第一水平接指211係延伸至該第一晶片220之下方，用以承載該第一晶片220，而為一種晶片在引腳上(COL,ChiP－On－Lead)之封裝形態。其中，該些第一水平接指211係形成於一第一平面P1，該些第一凸點彎曲212係突出至一第二平面P2，並且該第一平面P1與該第二平面P2係為平行。因此，如第2圖所示，該些第一凸點彎曲212係遠離該第一平面P1而往下彎曲至該第二平面P2。

具體而言，如第3圖所示，該些第一凸點彎曲212係可利用沖壓方式形成，其係將該些第一引腳210放置在一模板10上，該模板10係具有複數個與上述該些第 一凸點彎曲212相同形狀之凹槽11，再利用複數個具有相對該些凹槽11形狀之沖壓具20往下沖壓該些第一引腳210而形成該些第一凸點彎曲212。該些第一引腳210之厚度可被薄化而具有良好可加工性能，以形成該些第一凸點彎曲212，通常其厚度約在數十微米。在本實施例中，該些第一凸點彎曲212係可為圓弧形截面，以模擬習知的銲球更具有與引腳一體化之優點。但不受局限地，該些第一凸點彎曲212之截面亦可為各種形狀，如V形(第5圖所示)、矩形或其他形狀。並且，相鄰之第一引腳210之該些第一凸點彎曲212可為交錯排列設置，以分散焊接凸點，並增加與外界電性連接用之輸入/輸出連接端點，以增加與外部印刷電路板之固著性。因此，該些第一凸點彎曲212的形成不需要繁複步驟與附加額外元件便能形成，可作為一體化外接端子，以替代銲球(容後詳述)。該些第一引腳210可放置於該模板或承載板上進行半導體封裝作業。

如第2圖所示，該第一晶片220係具有複數個第一電極221，例如銲墊，其係位於該第一晶片220之主動面。可利用該些第一銲線230電性連接該第一晶片220之該些第一電極221與該些第一引腳210之該些第一水平接指211。該些第一銲線230可利用打線製程所形成，其材質可為金。該些第一銲線230之兩端打線接合點的形成方式係可採用超音波接合、熱壓接合或熱超音波接合等方式，以電性連接該第一晶片220與該些第一 引腳210。此外，如第2圖所示，該無外接腳式半導體封裝構造200可另包含一膠帶250，例如雙面PI膠帶，係黏附該第一晶片220至該些第一水平接指211，用以固定該第一晶片220並且不使該些第一水平接指211電性接觸至該第一晶片220之背面。

如第2圖所示，該封膠體240係為一種內含矽氧填充物的絕緣性熱固性樹脂，如環氧模封化合物(EMC,epoxy molding compound)，可利用模封(或稱轉移成形)方法形成。該封膠體240係密封該第一晶片220、該些第一銲線230、該些第一引腳210之該些第一水平接指211與該些第一引腳210之後端213，以使該些內部元件與外界氣密隔離而免受外界衝擊或污染。具體而言，該封膠體240係具有一底面241，其係平行形成在該第一平面P1與該第二平面P2之間，以使該些第一引腳210僅有該些第一凸點彎曲212為突出外露在該底面241。較佳地，如第2圖所示，該封膠體240之該底面241至該第二平面P2之距離係可不大於該些第一凸點彎曲212之厚度，以使該些第一凸點彎曲212之內表面被該封膠體240密封，故在封膠時，該封膠體240係一併充填入該些第一凸點彎曲212之內表面空間，可強化該些第一凸點彎曲212之強度。該封膠體240由該底面241至該第一平面P1的封膠縫隙可利用一下模具具有複數個深度小於該些第一凸點彎曲212的凹坑定義之，而上述封膠模具之形狀可大致與第3圖所示的模具 10相同，但凹坑的深度小於該模具10之凹槽11之深度，並在凹坑內設有吸盤或夾具以在封膠時固定該些第一引腳210。

因此，上述的無外接腳式半導體封裝構造200具有以下幾點主要功效。由於該些第一引腳210只有第一凸點彎曲212是突出地外露於該封膠體240之底面241，該些第一引腳210之其餘部位皆被密封在該封膠體240內，特別是在該封膠體240之側面不會有引腳外露之切割後端。故在熱循環試驗或實際運算中，可以防止第一引腳210的脫落與水氣侵入，以達到高可靠度。

再者，利用該些第一引腳210之第一凸點彎曲212的突出高度能維持該無外接腳式半導體封裝構造200的表面接合縫隙，甚至可以達到節省銲球或外接端子之設置，以避免焊點斷裂。故該些第一凸點彎曲212做為該無外接腳式半導體封裝構造200之一體化外接端子，以節省封裝步驟與成本。

此外，由於該些第一引腳210僅有該些第一凸點彎曲212外露，其餘係密封在該封膠體240內，故能避免該些第一引腳210受到天線效應等高頻訊號干擾，以防止破壞該第一晶片220或內部元件，以增進封裝產品之可靠度。

較佳地，如第4A圖所示，在一實施例中，該些第一引腳210之被密封後端213係可具有非平面端面，例如分叉狀。如第4B圖所示，在另一變化實施例中，該些第一引腳210 之被密封後端213’係可為鋸齒狀。因此，在被該封膠體240密封該些被密封後端213、213’之後，可增進該些第一引腳210在該封膠體240內之緊密咬合度。

依據本發明之第二具體實施例，另一種無外接腳式半導體封裝構造說明於第5圖之截面示意圖。主要元件係與第一具體實施例相同並以相同圖號表示之，故可以理解亦具有上述功效。每一第一引腳210係具有一第一水平接指211、複數個第一凸點彎曲212及一相對遠離該第一水平接指211之後端213。其中，在本實施例中，該些第一凸點彎曲212係為V形截面，可具有端子穿刺之功效。每一第一引腳210的第一凸點彎曲212的數量增加可以增加與外界電性連接的機率。至少一或部份之該些第一凸點彎曲212可位在該第一晶片220之底部覆蓋區，可以增進表面接合縫隙的維持精準度並提供良好的打線支撐。在本實施例中，該膠帶250可為完整平貼在該第一晶片220之背面，用以電性絕緣該第一晶片220並固定該些第一引腳210之第一水平接指211。

依據本發明之第三具體實施例，另一種無外接腳式半導體封裝構造說明於第6圖之截面示意圖。該無外接腳式半導體封裝構造300主要包含複數個第一引腳210、一第一晶片220、複數個第一銲線230以及一封膠體240。其中與第一實施例相同的主要元件將以相同符號標示，不再予以贅述。

請參閱第6圖所示，該無外接腳式半導體封裝構造 300可另包含一晶片承座350，用以承載該第一晶片220，並提供導熱與散熱，以使該無外接腳式半導體封裝構造300具有較佳之散熱效率，並使該些第一水平接指211可不延伸到該第一晶片220之下方。並可利用一黏晶膠351黏接該第一晶片220與該晶片承座350，以使該第一晶片220固著於該晶片承座350上。具體而言，該黏晶膠351係可利用網印或針筒點膠、貼附等方法形成在該晶片承座350上。該黏晶膠351係可選自於B階膠體、液態膠或聚亞醯胺(PI)膠帶之其中之一。較佳地，該晶片承座350係具有一凸點彎曲352，其係突出外露在該封膠體240之該底面241，其突出高度可與該些第一凸點彎曲212大致相同，也就可以提供在該底面241中央的表面接合縫隙的維持效果。

依據本發明之第四具體實施例，另一種無外接腳式半導體封裝構造說明於第7圖之截面示意圖。該無外接腳式半導體封裝構造400主要包含複數個第一引腳210、一第一晶片220、複數個第一銲線230以及一封膠體240。其中與第一實施例相同的主要元件將以相同符號標示，不再予以贅述。該無外接腳式半導體封裝構造400另包含一晶片承座450，用以承載該第一晶片220，並提供導熱與散熱。

如第7圖所示，該無外接腳式半導體封裝構造400可運用多晶片堆疊，另包含複數個第二引腳460、一第二晶片470以及複數個第二銲線480。該些第二引腳460 係對應排列在該些第一引腳210上方。每一第二引腳460係具有一第二水平接指461及一第二凸點彎曲462，其中該些第二凸點彎曲462係可接合至該些第一引腳210，而達到上下引腳的電性導通。該第二晶片470係可設置於該第一晶片220上並具有複數個第二電極471。該些第二銲線480係可連接該第二晶片470之該些第二電極471與該些第二引腳460之該些第二水平接指461，以達到電性連接。

更具體地，該無外接腳式半導體封裝構造400中，可另包含一覆線膠層490，係形成於該第一晶片220與該第二晶片470之間並局部包覆該些第一銲線230，可用以承載該第二晶片470並可固定該些第一銲線230之晶片端。

因此，在本實施例中，該無外引腳式半導體封裝構造400可以不需額外設置內部電性端子，便能達到上下晶片堆疊之電性連接目的，並且不受限地，可依此架構往上堆疊更多晶片與引腳。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，本發明技術方案範圍當依所附申請專利範圍為準。任何熟悉本專業的技術人員可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

P1‧‧‧第一平面

P2‧‧‧第二平面

10‧‧‧模板

11‧‧‧凹槽

20‧‧‧沖壓具

100‧‧‧無外接腳式半導體封裝構造

110‧‧‧引腳

111‧‧‧上表面

112‧‧‧下表面

113‧‧‧外露後端

120‧‧‧晶片

121‧‧‧電極

130‧‧‧銲線

140‧‧‧封膠體

150‧‧‧晶片承座

151‧‧‧黏晶膠

200‧‧‧無外接腳式半導體封裝構造

210‧‧‧第一引腳

211‧‧‧第一水平接指

212‧‧‧第一凸點彎曲

213‧‧‧後端

213’‧‧‧後端

220‧‧‧第一晶片

221‧‧‧第一電極

230‧‧‧第一銲線

240‧‧‧封膠體

241‧‧‧底面

250‧‧‧膠帶

300‧‧‧無外接腳式半導體封裝構造

350‧‧‧晶片承座

351‧‧‧黏晶膠

352‧‧‧凸點彎曲

400‧‧‧無外接腳式半導體封裝構造

450‧‧‧晶片承座

460‧‧‧第二引腳

461‧‧‧第二水平接指

462‧‧‧第二凸點彎曲

470‧‧‧第二晶片

471‧‧‧第二電極

480‧‧‧第二銲線

490‧‧‧覆線膠層

第1圖：習知無外引腳式半導體封裝構造之截面示意圖。

第2圖：為依據本發明第一具體實施例的一種無外接腳式半導體封裝構造之截面示意圖。

第3圖：繪示依據本發明第一具體實施例的該無外引腳式半導體封裝構造的第一凸點彎曲形成方法之截面示意圖。

第4A及4B圖：為依據本發明第一具體實施例的該無外引腳式半導體封裝構造的第一引腳在不同變化例之俯視圖。

第5圖：為依據本發明第二具體實施例的一種無外接腳式半導體封裝構造之截面示意圖。

第6圖：為依據本發明第三具體實施例的一種無外接腳式半導體封裝構造之截面示意圖。

第7圖：為依據本發明第四具體實施例的一種無外接腳式半導體封裝構造之截面示意圖。

P1‧‧‧第一平面

P2‧‧‧第二平面

200‧‧‧無外接腳式半導體封裝構造

210‧‧‧第一引腳

211‧‧‧第一水平接指

212‧‧‧第一凸點彎曲

213‧‧‧後端

220‧‧‧第一晶片

221‧‧‧第一電極

230‧‧‧第一銲線

240‧‧‧封膠體

241‧‧‧底面

250‧‧‧膠帶

Claims (14)

1. 一種無外接腳式半導體封裝構造，包含：複數個第一引腳，每一第一引腳係具有一第一水平接指、至少一第一凸點彎曲及一相對遠離該第一水平接指之後端，其中該些第一水平接指係形成於一第一平面，該些第一凸點彎曲係突出至一第二平面，並且該第一平面與該第二平面為平行；一第一晶片，係具有複數個第一電極；複數個第一銲線，係連接該第一晶片之該些第一電極與該些第一引腳之該些第一水平接指；複數個第二引腳，每一第二引腳係具有一第二水平接指及一第二凸點彎曲，其中該些第二凸點彎曲係接合至該些第一引腳；一第二晶片，係設置於該第一晶片上並具有複數個第二電極；複數個第二銲線，係連接該第二晶片之該些第二電極與該些第二引腳之該些第二水平接指；以及一封膠體，係密封該第一晶片、該第二晶片、該些第一銲線、該些第二銲線、該些第二引腳、該些第一引腳之該些第一水平接指與該些第一引腳之後端，該封膠體係具有一底面，其係平行形成在該第一平面與該第二平面之間，以使該些第一引腳之該些第一凸點彎曲為突出外露在該底面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構 造，其中由該封膠體之該底面至該第二平面之距離係不大於該些第一凸點彎曲之厚度，以使該些第一凸點彎曲之內表面被該封膠體密封。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，另包含一晶片承座，用以承載該第一晶片。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無外接腳式半導體封裝構造，另包含一黏晶膠，其係黏接該第一晶片與該晶片承座。
5. 如申請專利範圍第3項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該晶片承座係具有一凸點彎曲，其係突出外露在該封膠體之該底面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，另包含一膠帶，係黏附至該第一晶片至該些第一水平接指。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一凸點彎曲係為圓弧形截面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一凸點彎曲係為V形截面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，另包含一覆線膠層，係形成於該第一晶片與該第二晶片並局部包覆該些第一銲線。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一引腳之被密封後端係具有非平面端面。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一引腳之被密封後端係為分叉狀。
12. 如申請專利範圍第10項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一引腳之被密封後端係為鋸齒狀。
13. 如申請專利範圍第1項所述之無外接腳式半導體封裝構造，其中該些第一凸點彎曲之至少一個係位在該第一晶片之底部覆蓋區。
14. 一種無外接腳式半導體封裝構造，包含：複數個第一引腳，每一第一引腳係具有一第一水平接指、至少一第一凸點彎曲及一相對遠離該第一水平接指之後端，其中該些第一水平接指係形成於一第一平面，該些第一凸點彎曲係突出至一第二平面，並且該第一平面與該第二平面為平行；一第一晶片，係具有複數個第一電極；複數個第一銲線，係連接該第一晶片之該些第一電極與該些第一引腳之該些第一水平接指；以及一封膠體，係密封該第一晶片、該些第一銲線、該些第一引腳之該些第一水平接指與該些第一引腳之後端，該封膠體係具有一底面，其係平行向不重疊地形成在該第一平面與該第二平面之間之間隙，以使該些第一引腳僅有該些第一凸點彎曲為突出外露在該底面。