形成于半导体封装模塑料中的腔和形成方法

技术领域

本公开大体上涉及一种用于管芯的半导体封装，并且更具体地说，涉及形成于半导体封装的模塑料中的减小封装中的管芯的一部分上的机械应力的腔，以及形成方法。

背景技术

管芯是上面形成集成电路的一块半导材料，例如硅。管芯通常安装在引线框的管芯垫上，并且接合线在管芯与引线框的引线之间形成电连接。管芯和引线框的一部分包封在例如环氧模塑料(EMC)的模塑料(MC)中以形成半导体封装，所述半导体封装安装在印刷电路板(PCB)上。

EMC由若干成分制成，包括按重量计通常占EMC的85％的二氧化硅填充剂材料、树脂和硬化剂。管芯上的填充剂材料的重量、直接接触管芯的填充剂材料的不规则形状以及EMC与管芯之间的热膨胀系数的差异中的一者或多者会在管芯上产生力，这被称为机械应力。尤其当应力施加在包括应力敏感电路的管芯的一部分上时，应力会影响管芯的操作。应力敏感电路的例子是电池管理系统(BMS)的带隙参考电路，所述带隙参考电路提供与BMS的操作相关联的参考电压。应力产生带隙电路的参考电压的电压漂移，从而影响BMS的操作。为减小此应力，可将例如硅酮的凝胶材料直接放置在具有应力敏感电路的管芯部分上以减小应力，随后用EMC包封管芯和凝胶材料以形成半导体封装。使用凝胶材料的替代性解决方案包括将管芯附接膜堆叠在管芯上，或在管芯上堆叠管芯附接膜，然后堆叠虚设管芯或间隔件，以在管芯与随后包封所述管芯和虚设管芯的EMC之间形成中间交接部。虚设管芯或间隔件是不具有任何集成电路的硅块，使得EMC直接接触虚设管芯或间隔件而非安装在引线框的管芯垫上的管芯，从而减小EMC与管芯之间的应力。

发明内容

根据一种实施方式，一种半导体封装包括：

引线框，其具有管芯垫；

管芯，其布置在所述管芯垫上，所述管芯包括集成电路；

其中所述管芯和所述引线框的至少一部分利用模塑料(MC)包封，所述MC的在所述管芯的第一部分上的第一厚度小于在所述管芯的第二部分上的第二厚度以在所述MC中形成腔，所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分。

在一个或多个实施方式中，所述腔填充有凝胶材料。

在一个或多个实施方式中，所述第一厚度小于所述第二厚度。

在一个或多个实施方式中，所述第一部分上的所述第一厚度大体上为0.08mm。

在一个或多个实施方式中，所述MC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述MC的所述二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的所述二氧化硅填充剂的含量。

在一个或多个实施方式中，所述管芯的所述第一部分包括应力敏感电路，并且所述第二部分不包括所述应力敏感电路。

在一个或多个实施方式中，所述应力敏感电路是带隙参考电路。

在一个或多个实施方式中，所述MC包括具有大于所述第一厚度的范围从大体上0.1到0.15mm的大小的二氧化硅填充剂。

在一个或多个实施方式中，所述第一部分的顶部表面直接接触EMC层的底部表面，并且所述EMC层的顶部表面形成所述腔的底部。

根据另一种实施方式，一种方法包括：

将管芯附连在引线框的管芯垫上，其中所述管芯包括集成电路；利用模塑料(MC)包封所述管芯和所述引线框的至少一部分，

所述MC的在所述管芯的第一部分上的第一厚度小于在所述管芯的第二部分上的第二厚度以在所述MC中形成腔，所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分；以及

利用凝胶材料填充所述腔。

在一个或多个实施方式中，包封所述管芯和所述引线框包括在所述管芯的应力敏感电路上利用所述第一厚度的MC包封所述管芯以及在所述应力敏感电路之外利用所述第二厚度的MC包封所述管芯。

在一个或多个实施方式中，包封所述管芯和所述引线框包括通过激光挖掘过程形成所述腔。

在一个或多个实施方式中，利用所述MC包封所述管芯和所述引线框包括：将所述管芯和引线框定位在模塑工具中，所述模塑工具在所述管芯的所述第一部分上方形成第一区域并在所述管芯的所述第二部分上形成第二区域；以及将所述EMC注入所述第一区域和所述第二区域中。

在一个或多个实施方式中，所述MC的填充剂材料大小大于第一腔的高度。

在一个或多个实施方式中，所述MC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述MC的所述二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的所述MC的所述二氧化硅填充剂的含量。

在一个或多个实施方式中，所述管芯的所述第一部分包括带隙参考电路。

根据另一种实施方式，一种半导体封装包括：

引线框，其包括管芯垫；

管芯，其布置在所述管芯垫上，所述管芯包括具有带隙参考电路的集成电路；并且

其中所述管芯利用环氧模塑料(EMC)包封，所述EMC在所述管芯的具有所述带隙参考电路的第一部分上具有第一厚度，并且在所述管芯的不具有所述带隙参考电路的第二部分上具有第二厚度，其中所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分，所述第一厚度小于所述第二厚度，并且腔填充有凝胶材料。

在一个或多个实施方式中，所述第一厚度大体上为0.08mm，并且所述第二厚度大体上为0.6mm。

在一个或多个实施方式中，所述EMC包括大小大于大体上0.1mm的二氧化硅填充剂。

在一个或多个实施方式中，所述EMC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述EMC的所述二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的所述EMC的所述二氧化硅填充剂的含量。

附图说明

图1A到1B分别是根据本发明的示例性实施例的用于管芯的半导体封装的示例俯视图和横截面图。

图2A到2D示出根据本发明的示例性实施例的与制造半导体封装相关联的制造步骤的例子。

图3A到3C示出根据本发明的示例性实施例的与制造半导体封装相关联的制造步骤的替代性例子。

图4是根据本发明的示例性实施例的与制造半导体封装相关联的功能的示例流程图。

附图的目的是为了示出示例实施例，但应理解，实施例不限于图中所示的布置和手段。

具体实施方式

将凝胶材料放置在管芯上并将凝胶材料包封在半导体封装中并非一种减小具有应力敏感电路的管芯部分上的机械应力的理想解决方案。布置在管芯上的凝胶中的污染物或杂质可产生影响管芯的电路操作的不合需要的电流，或影响接合线与引线框的接合垫之间的接合线连接的可靠性。另外，半导体封装内部的凝胶材料可能会在封装内部与管芯分层。减小机械应力的替代性解决方案，例如使用在封装内部形成的虚设管芯或间隔件，还会增加制造成本。

管芯上的模塑料(MC)的厚度通常是均一的，这在具有应力敏感电路的管芯部分上会产生一定量的机械应力。本文公开的实施例涉及通过相比于管芯的其它部分减小具有应力敏感电路的管芯部分上的MC厚度来减小具有应力敏感电路的管芯部分上的机械应力。在例子中，包括应力敏感电路的管芯部分上的MC厚度小于不具有应力敏感电路的其它管芯部分上的厚度，从而减小机械应力。MC包封管芯，并且MC的腔直接形成于具有应力敏感电路的管芯部分上方，以减小具有应力敏感电路的管芯部分上的机械应力。由于腔的形成，MC的一层在该层底部直接接触具有应力敏感电路的管芯部分，并且该层的顶部形成腔的底部。在例子中，腔填充有凝胶材料，并且与封装的其它区域相比，MC的所述层的二氧化硅填充剂的含量少。在应力敏感电路上形成腔然后用凝胶材料填充所述腔会减小具有应力敏感电路的管芯部分上的机械应力，而不存在与利用MC包封具有应力敏感电路的管芯以及凝胶材料、间隔件或虚设管芯相关联的缺点。

图1A和1B分别是根据本发明的示例性实施例的半导体封装的示例俯视图和横截面图。所述封装包括多个部件，包括引线框102、管芯104和接合线106。引线框102通常是金属结构，具有在引线框102的中心的管芯垫108和在引线框102的外周处的引线110。在例子中，引线框102可大体为0.2mm厚。管芯104通过示为大体上0.02到0.03mm厚的管芯附接层101的环氧树脂层附接到管芯垫108，并且接合线106在管芯104与引线框102的引线110的接合垫之间形成电连接。在例子中，管芯104可以是上面形成集成电路的一块0.2mm厚的半导材料，例如硅。

管芯104可具有带有对机械应力敏感的应力敏感电路112的集成电路。在例子中，机械应力可以是作用在应力敏感电路112上的力，例如在轴向方向上的力或垂直于应力敏感电路112表面的力，示为竖直方向。应力敏感电路112可以是带隙参考电路。带隙参考电路是与温度无关的参考电压电路，广泛用于电池管理系统等集成电路中。使用金属氧化物晶体管或双极结型晶体管时，不论电源变化、温度变化或来自装置的电路负载如何，带隙参考电路都可产生恒定电压。该电路通常具有约1.25V的输出电压(接近0K时硅的理论1.22eV(0.195aJ)带隙)，但此输出电压可能会依据施加于带隙参考电路112的机械应力而漂移或变化。

通常，引线框102、管芯104和接合线106可利用环氧模塑料(EMC)等模塑料(MC)包封。包封是利用MC或EMC形成封闭覆盖或部分封闭覆盖的过程。EMC可由球体或不规律形状的离散大小范围从0.08mm到0.15mm的树脂、硬化剂和二氧化硅填充剂等填充剂构成。在例子中，EMC可通常由按重量计大体上85％的填充剂材料构成，所述填充剂材料由于包封而直接接触管芯102并对应力敏感电路112外加机械应力。因具有接触管芯104的填充剂的EMC所致的轴向方向上的机械应力(轴向应力)可通过下式计算：

其中：

Δε＝(α

并且t

基于上述轴向应力σ

管芯104上的EMC厚度通常可能是均一的，并且在应力敏感电路112上产生一定量的机械应力。本文公开的实施例涉及通过相比于没有应力敏感电路112的管芯104的其它部分上的EMC厚度减小具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的EMC厚度来减小具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的机械应力。在例子中，具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的EMC厚度可小于不具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的EMC厚度，以减小应力敏感电路112上在轴向和竖直方向上的机械应力。例如，从封装顶部的表面120到不具有应力敏感电路112的管芯104的部分的EMC厚度可大于从表面122到具有应力敏感电路112的管芯104的部分的EMC厚度。在轴向方向上的机械应力(轴向应力)可减小，因为在具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的EMC厚度减小。此外，具有减少量的填充剂材料的EMC的减小厚度也可减小应力敏感电路112上的重量，从而减小应力敏感电路112上竖直方向上的应力。

在例子中，模塑料(MC)可包封管芯104，并且MC的腔114可直接形成于具有应力敏感电路112的管芯104的至少一部分上方，以减小具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的机械应力。由于腔114的形成，MC的层116在层116的底部直接接触具有应力敏感电路112的管芯104的部分，并且MC的表面122处的层116的顶部形成腔114的底部。在例子中，管芯垫108可大体上为0.2mm厚，并且管芯104可大体上为t

图2A到2D示出根据本发明的示例性实施例的与制造封装相关联的制造步骤的例子。制造步骤可在图2A中通过将管芯104堆叠在引线框102的管芯垫108上而开始。在例子中，可使用形成为管芯附接层101的环氧树脂层将管芯104接合到引线框102的管芯垫108。接着在图2B中，引线框102的至少一部分和管芯104可利用EMC包封。在例子中，EMC可在管芯104上以大体上0.6mm的厚度包封管芯104。在例子中，管芯104上的EMC厚度在制造过程中初始地还可大体上是均一的。在图2C中，可在管芯104的一部分上的EMC中形成腔114。管芯104的部分可包括应力敏感电路112。此外，在不具有应力敏感电路112的其它管芯部分上不形成腔114。在例子中，腔114可通过激光挖掘过程形成，该过程通过激光在EMC中形成腔114，并使EMC的层116直接形成于具有应力敏感电路112的管芯104的部分上。在图2D中，腔114可填充有凝胶材料118，该凝胶材料118与EMC的层116接触以隔离湿气并增加半导体封装的刚度，同时相比于具有在管芯104上厚度均一的MC，减小应力敏感电路112上的机械应力。

图3A到3C示出根据本发明的示例性实施例的与制造封装相关联的制造步骤的替代性例子。代替在包封管芯104和引线框102之后在管芯104上方形成具有EMC层116的腔114，可通过模塑工具形成腔114，如本文所描述。

制造步骤可在图3A中通过将管芯104堆叠在引线框102的管芯垫108上而开始。在例子中，可使用形成管芯附接层101的环氧树脂层来将管芯104接合到引线框102的管芯垫108。在图3B中，接合到管芯垫108的管芯104可位于模塑工具320内。模塑工具320可具有形成多个区域的顶部部分326和底部部分328，所述多个区域包括不含应力敏感电路112的管芯104的部分上的较大区域322和含有应力敏感电路112的管芯104的部分上的较小区域324。在例子中，区域322可具有大体上0.6mm的高度，并且区域324可具有大体上0.08mm的高度。如箭头所示，EMC可从模塑工具320的一侧或两侧330、332注入模塑工具320中。EMC可填充模塑工具320中的空隙，使得EMC的层116形成于具有应力敏感电路112的管芯104的部分上。在具有应力敏感电路112的管芯104的部分上方的腔324的高度可小于EMC中填充剂的大小，使得大小大于所述高度的二氧化硅填充剂可能不进入区域324，并且区域324中填充剂的含量可小于区域322中的含量，这相比于具有在管芯104上厚度均一的MC，将使层116的杨氏模数和泊松比减小并且使具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的机械应力减小。区域324中较低含量的填充剂也可减小管芯104的所述部分上的层116的重量并减小竖直应力。区域324可形成层116，该层116会减小具有应力敏感电路112的管芯104的部分上的机械应力。在图3C中，从模塑工具320移除封装，并且腔114可填充有与EMC的层116接触的凝胶材料118。

在一些例子中，模塑过程可能由于EMC未恰当地流入应力敏感电路112上方的层116中而在该层116中产生空隙。凝胶材料118可补偿这种不完全EMC填充的存在。

图4是根据本发明的示例性实施例的与制造半导体封装相关联的功能的示例流程图400。在402处，管芯104堆叠在引线框102的管芯垫108上。在例子中，可使用形成管芯附接层101的环氧树脂层来将管芯104粘附到管芯垫。在404处，利用MC包封管芯和引线框。在例子中，引线框而非引线可包封在MC中。此外，管芯第一部分上的MC厚度可小于管芯第二部分上的MC厚度，以在EMC中形成腔。在例子中，第一部分可包括集成电路的应力敏感电路112，而第二部分可不包括应力敏感电路112。此外，腔114的形成可形成MC的层116。层116的底部可与具有应力敏感电路112的管芯第一部分直接接触，并且作为MC表面122的层116的顶部可形成腔114的底部。在例子中，可使用激光挖掘过程或利用模塑工具的模塑过程来形成腔114。在406处，用凝胶材料填充腔114以形成半导体封装。腔114下方的层116可直接接触第一部分，并且相比于在MC中不形成腔114，会减小施加到应力敏感电路112的机械应力。

在一个实施例中，一种半导体封装包括：引线框，其具有管芯垫；管芯，其布置在所述管芯垫上，所述管芯包括集成电路；其中所述管芯和所述引线框的至少一部分利用模塑料(MC)包封，所述管芯的第一部分上的MC第一厚度小于所述管芯的第二部分上的第二厚度以在所述MC中形成腔，所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分。在实施例中，所述腔填充有凝胶材料。在实施例中，所述第一厚度小于所述第二厚度。在实施例中，所述第一部分上的第一厚度大体上为0.08mm。在实施例中，所述MC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述MC的二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的二氧化硅填充剂的含量。在实施例中，所述管芯的第一部分包括应力敏感电路，而第二部分不包括所述应力敏感电路。在实施例中，所述应力敏感电路是带隙参考电路。在实施例中，所述MC包括具有大于所述第一厚度的范围从大体上0.1到0.15mm的大小的二氧化硅填充剂。在实施例中，所述第一部分的顶部表面直接接触EMC层的底部表面，并且所述EMC层的顶部表面形成所述腔的底部。

在另一实施例中，一种方法包括：将管芯附连在引线框的管芯垫上，其中所述管芯包括集成电路；利用模塑料(MC)包封所述管芯和所述引线框，所述管芯的第一部分上的所述MC的第一厚度小于所述管芯的第二部分上的第二厚度以在所述MC中形成腔，所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分；以及利用凝胶材料填充所述腔。在实施例中，包封所述管芯和所述引线框包括在所述管芯的应力敏感电路上利用所述第一厚度的MC包封所述管芯以及在所述应力敏感电路之外利用所述第二厚度的MC包封所述管芯。在实施例中，包封所述管芯和所述引线框包括通过激光挖掘过程形成所述腔。在实施例中，利用所述MC包封所述管芯和所述引线框包括：将所述管芯和引线框定位在模塑工具中，所述模塑工具在所述管芯的所述第一部分上方形成第一区域并在所述管芯的所述第二部分上形成第二区域；以及将所述EMC注入所述第一区域和所述第二区域中。在实施例中，所述MC的填充剂材料大小大于第一腔的高度。在实施例中，所述MC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述MC的二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的所述MC的二氧化硅填充剂的含量。在实施例中，所述管芯的所述第一部分包括带隙参考电路。

在又一实施例中，一种半导体封装包括：引线框，其包括管芯垫；管芯，其布置在所述管芯垫上，所述管芯包括具有带隙参考电路的集成电路；并且其中所述管芯利用环氧模塑料(EMC)包封，所述EMC在所述管芯的具有所述带隙参考电路的第一部分上具有第一厚度，并且在所述管芯的不具有所述带隙参考电路的第二部分上具有第二厚度，其中所述MC直接接触所述管芯的所述第一部分和所述第二部分，所述第一厚度小于所述第二厚度，并且腔填充有凝胶材料。在实施例中，所述第一厚度大体上为0.08mm，并且所述第二厚度大体上为0.6mm。在实施例中，所述EMC包括大小大于大体上0.1mm的二氧化硅填充剂。在实施例中，所述EMC包括二氧化硅填充剂，其中所述第一部分上的所述EMC的二氧化硅填充剂的含量小于所述第二部分上的所述EMC的二氧化硅填充剂的含量。

上文已详细描述了几个实施方案，并且各种修改也是可能的。包括本说明书中描述的功能操作的所公开主题可在电子电路系统、计算机硬件、固件、软件或其组合中实施，例如在本说明书中公开的结构构件和其结构等同物中实施：潜在地包括可操作以使例如处理器之类的一个或多个数据处理设备执行所描述的操作的程序(例如编码在非暂时性计算机可读介质中的程序代码，所述非暂时性计算机可读介质可以是存储器装置、存储装置、机器可读存储基板或其它物理、机器可读介质，或它们中的一个或多个的组合)。

尽管本说明书含有许多细节，但这些细节不应被理解为限制可能主张的内容的范围，而是应理解为对特定于特定实施方案的特征的描述。在本说明书中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征还可在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地或以任何合适的子组合形式在多个实施方案中实施。此外，尽管上文可能将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此主张，但在一些情况下，可将主张的组合中的一个或多个特征从组合中删除，并且所主张的组合可涉及子组合或子组合的变型。

同样，虽然在附图中按特定次序描绘操作，但这不应被理解为要求按所示的特定次序或按顺序次序执行此类操作或应执行所有所示操作以实现所要结果。在某些情况下，多重任务处理和并行处理可为有利的。此外，上文所描述的实施方案中的各种系统部件的分离不应被理解为要求在所有实施方案中都这样分离。

在具有连词“和”的列表之前使用短语“中的至少一个”不应被视为排他性列表，并且不应被理解为具有来自每一类别的一个项目的类别列表，除非另有特定说明。陈述“A、B和C中的至少一个”的句子可含有列出的项目中的仅一个、多个所列项目，以及列表中的项目中的一个或多个和未列出的另一项目。

其它实施方案属于所附权利要求书的范围内。