[实用新型]基于铜球预压平的芯片封装装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域的半导体封装领域，具体涉及一种基于铜球预压平的芯片封装装置。

背景技术

随着芯片制造技术的不断提高，完成同样功能的芯片面积越来越小，相应的芯片制造成本也越来越低，但封装所需要的材料成本和制程却没有较大的改善，因此半导体行业中，封装成本所占的比例也越来越凸显出来。以金线为材料的封装产品中，金线所占的成本比例达到了30%，而目前国际金价持续上涨，09年08年相比金线价格有30%的增长，就封装行业10%的利润计算，这样的涨幅会吃掉封装行业的所有利润。为了减少封装成本，铜线焊接工艺作为封装行业的救命稻草被广泛研究。铜线价格只有金线成本1/3-1/10，在封装成本中的比例也只有6%左右，极大的减少了封装成本，为半导体封装行业带来新的希望所以铜线焊接目前都作为重点研发方向。

另外芯片面积缩小之后，芯片内部层与层、线与线之间的间隔变得更薄更窄，而这些因素导致金属导线之间的信号产生了干扰。为了解决这一问题，在芯片制造中引入了低介电常数(low-k)材料，但低介电常数材料表现的很脆，这给后期的封装带来了新的难题，特别是在已经确立铜线作为发展方向的前提之下，难题更加的凸显。因为铜线的硬度(HV70)、屈服强度等物理参数高于金和铝，键合时需要施加更大的超声能量和键合压力，因此容易对硅芯片造成损伤，对于低介电常数材料的芯片甚至是破坏。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种基于铜球预压平的芯片封装装置，从解决铜线焊接，以及铜线与low-k材料的焊接两方面入手，探索出一种新的焊接方式而实现的封装装置，解决了铜线焊接对芯片造成的伤害，且降低了铜线焊接对芯片提出的高要求，以解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种基于铜球预压平的芯片封装装置，包括框架，框架上设有芯片座以及内引脚，芯片座上固定设置芯片，芯片上设有铜线键合点，铜线键合点与内引脚通过铜线键合，铜线键合点包括铝垫和铜片，铝垫和铜片焊接连接。其中，所述铜片由预压平的铜球实现，铜球经过在框架上预压平后，再与铝垫面与面接触，并借助超声能量实现焊接。

其中，所述铜线采用线径为2mil的铜线，此时，所述铝垫（即焊盘铝层）的最小厚度可达2.6um，当然大于该2.6um均可，为了降低成本，优选为2.6 um。通过上述结构，将铝垫由原来的3um减至2.6um，降低了芯片制造成本---改进后能焊接更薄的铝层而不影响质量，焊接线径为2mil铜线的芯片在制造时可以将焊盘铝层由3um减至2.6um，节约原材料，降低成本。

进一步的，所述框架尺寸为100*160 mil。

进一步的，所述框架由金属底板以及设置于金属底板上的导热层实现。更进一步的，所述导热层为陶瓷导热层或者镀银导热层。

与现有技术相比，本实用新型的优异效果在于：芯片损伤小---铜球压平阶段原先是在芯片上完成的，这种下压的力和后期的超声能量对芯片内部造成损伤，为了解决这种问题，本实用新型将在芯片上完成的压平铜球的工作转移到框架上完成；这样，避免了在芯片上压平铜球对硅芯片造成的损伤；铝飞溅减少---焊盘一般为Al-Si1%-Cu0.5%,相对铜球硬度来说较软，铜球与其接触后会将铝挤出焊区，造成相邻焊区短路，铝飞溅(挤出)的减少可以降低这类风险；另外，还降低了铝垫的厚度，进而在保证质量的情况下降低了芯片制造成本；本实用新型结构简单，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

现有技术中，第一点焊接都是在芯片上完成，而铜线焊接最主要的工作是将铜球底部压平，紧接着再进行热超声焊接，那么将铜球底部压平的工作将会在芯片上完成。为了使铜球能够很好的压平，势必要使用很大的冲击力和下压压力来解决，而大的压力会使铜球陷入芯片上的铝垫更多，留给下一步超声焊接的铝层厚度势必会减少，铝层厚度的减少或没有，在超声能量的作用下，铜球会穿透芯片焊区的铝层对芯片内部造成损害。

本实用新型主要减少和解决半导体封装中铜线焊接对芯片的伤害，为了解决这些问题，将压平焊球过程移植到承载芯片的框架上进行。框架有承载芯片、导热、产品支撑等作用，所以在框架上进行焊球的压平工作不会对产品品质产生影响，而且对压平焊球下压的冲击力和压力没有特别的限制，只要是焊接所需要的要求，都可以在上面完成。