CN113192921A - 一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构，属于半导体封装领域。针对现有技术中存在的框架背面贴耐高温膜，此高温膜成本高，经高温加热后发软，球焊打线作业性差，包封易产生溢料沾污成品，降低封装良率的问题，本发明提供一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构，包括基板正面设置有油墨层，油墨层覆盖在正面金属区域表面以及正面引脚侧面，正面引脚凸出于油墨层；基板背面设置有油墨层，油墨层覆盖在背面金属区域表面以及背面引脚侧面，背面引脚凸出于油墨层。它可以规避原有框架高温膜的使用，降低了框架的成本，其次提高了球焊的作业性，规避了包封溢料导致的产品良率降低。

Description

一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，更具体地说，涉及一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构。

背景技术

数十年来，集成电路封装技术一直追随着集成电路的发展而发展，人们一直在小体积与高性能之间寻求最好的平衡点。从70年代的DIP插入式封装到SOP表面贴片式封装，再到80年代的QFP扁平式贴片封装，芯片的封装体积一直朝着小型化发展，结构性能也在不断地提升。到了90年代，QFN四面扁平无脚式封装的出现，是在QFP的基础上将原先在封装体周围的输出脚收放到封装体底部，从而在贴片作业时大大减少了所占的空间。QFN封装有效地利用了引线脚的封装空间，从而大幅度地提高了封装效率。

现有技术中封装框架的制作工艺为：取一块基板，基板正面承载裸片，基板背面连接外部电路，在基板正面贴干膜，通过曝光显影在基板正面形成需要蚀刻的形状，对基板正面进行蚀刻，被干膜覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出正面引脚，同样的工艺对基板背面进行贴膜、曝光、蚀刻露出背面引脚。现有技术没有对基板正面非引脚的区域进行处理，基板直接裸露，后续球焊打线时容易短路，后续也可能因灰尘、水分等外界环境因素造成绝缘恶化、腐蚀。

现有技术为避免包封时塑封树脂溢到引线脚，在框架背面贴耐高温胶带，如中国实用新型专利，公开号CN202259243U，公开日2012-05-30，公开了一种球焊后框架贴膜封装件，该方案在球焊后再进行框架贴膜，可避免球焊时因焊接温度过高引起的管脚背面胶膜发软导致的球焊作业相差问题，但框架经过前道工艺，框架有变形问题，球焊后贴膜，框架与膜结合差，容易加剧塑封溢料等缺陷。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的没有对基板正面保护，球焊打线作业性差的问题，以及在框架背面贴耐高温膜进行背面保护，膜与基板的结合力降低，包封易产生溢料沾污成品，降低封装良率的问题，本发明提供一种封装框架结构、制作方法和芯片封装结构，它在基板的正面设置正面油墨层，防止焊接时短路，使得在球焊打线时操作性强，打线速度快，质量高，并且起到绝缘密封的作用，使得电路高密度化成为可能。它在基板的背面设置背面油墨层，规避原有框架背面高温膜的使用，在解决球焊时温度过高导致产品良率低问题的基础上，还能降低成本。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种封装框架结构，包括：

基板，其承载裸片的一面为正面，另一面为背面，基板正面有正面引脚，基板背面有背面引脚，正面引脚用于装片、打线，背面引脚用于后续封装电镀后，产品上PCB板；

正面油墨层，正面油墨层覆盖基板正面除正面引脚外的区域，正面引脚凸出于正面油墨层；

背面油墨层，背面油墨层覆盖基板背面除背面引脚外的区域，背面引脚凸出于背面油墨层；

金属镀层，设置于正面引脚上。

封装框架结构的制作方法如下：

取一块基板，基板主要起承载保护封装前的裸片（die）与电连接裸片（die）和电路板的作用；

在基板正面贴干膜，干膜紧贴基板正面，干膜为一种光敏性材料，通过后续曝光可以在基板表面形成需要蚀刻的形状；

对干膜进行烘烤，将干膜烘干有利于后续显影，如果干膜烘不干会造成显影不净；

对干膜进行光照曝光，将底片与干膜对位，在通过光照，将底片图形转移到感光干膜上；

通过显影液对干膜显影，未经曝光的干膜会被显影液冲洗掉，已曝光的部分保留，未经曝光的区域是需要蚀刻的区域，显影使得覆盖需要蚀刻区域的干膜被除去，露出基板正面需要蚀刻的区域；

对基板正面进行蚀刻，被干膜覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出正面引脚；

在基板正面设置正面油墨层，油墨层作为一种保护层，涂覆在印制电路板不需焊接的线路和基材上。

进一步的，设置正面油墨层和背面油墨层的方法相同，具体的方法如下：

在基板表面刷一层油墨，基板的表面为正面或背面；

对基板表面进行预固化、曝光、显影、光固化，去除引脚表面多余的油墨，使得引脚高于油墨；

经过一次烘烤，一次固化油墨；

固化后的油墨通过曝光、显影将引脚显出；

二次烘烤，进行二次固化油墨，二次烘烤使得油墨硬化，固定在基板上。

在基板背面贴干膜，干膜紧贴基板背面，干膜为一种光敏性材料；

对干膜进行烘烤，将干膜烘干有利于后续显影，如果干膜烘不干会造成显影不净；

对干膜进行光照曝光，将底片与干膜对位，在通过光照，将底片图形转移到感光干膜上；

通过显影液对干膜显影，被曝光的区域是需要蚀刻的区域，显影使得覆盖需要蚀刻区域的干膜被除去，露出基板背面需要蚀刻的区域；

对基板背面进行蚀刻，被干膜覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出背面引脚；

在基板背面设置背面油墨层，设置背面油墨层的具体方法与在基板正面设置正面油墨层的方法相同，在基板背面设置背面油墨层可以规避现有技术的耐高温膜的使用。

正面引脚电镀有金属镀层，金属镀层可以增强正面引脚的导电性、抗腐蚀性、耐磨性。

一种芯片封装结构，在基板正面进行芯片植入，形成集成电路或分立元件的列阵式集合体半成品；

对已经完成芯片植入作业的半成品进行打线，形成引线；

对打线后的半成品进行包封，后固化，形成包封；

在基板背面引脚上电镀金属；

对半成品进行切割，形成单颗产品。

3.有益效果

本发明在基板的正面设置正面油墨层，正面油墨层可以保证焊接工艺中，防止因桥连产生的短路；只在必须焊接的部分进行焊接，避免焊料浪费；减少对焊接料槽的铜污染；防止因灰尘、水分等外界环境因素造成绝缘恶化、腐蚀；具有高绝缘性，使电路的高密度化成为可能；并且使得在球焊打线时操作性强，打线速度快，质量高。在基板的背面设置油墨层规避了耐高温膜的使用，降低了框架的生产成本，避免了球焊高温导致膜与基板的结合力降低，后续包封时不会产生溢料。

附图说明

图1为本发明的基板结构示意图；

图2为本发明的基板正面贴干膜后结构示意图；

图3为本发明的基板正面干膜曝光显影后结构示意图；

图4为本发明的基板正面蚀刻后结构示意图；

图5为本发明的基板正面刷油墨后结构示意图；

图6为本发明的基板正面露出引脚后结构示意图；

图7为本发明的基板背面贴干膜后结构示意图；

图8为本发明的基板背面干膜曝光显影后结构示意图；

图9为本发明的基板背面蚀刻后结构示意图；

图10为本发明的基板背面刷油墨后结构示意图；

图11为本发明的基板背面露出引脚后结构示意图；

图12为本发明的基板正面引脚电镀后结构示意图。

图中标号说明：1、基板；2、干膜；3、正面引脚；4、正面油墨层；5、背面引脚；6、背面油墨层；7、金属镀层。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种封装框架结构，制作方法如下：

如图1所示，取一块基板1，基板1主要起承载保护封装前的裸片（die）与电连接裸片（die）和电路板的作用，基板1材质一般为铜，厚度一般为0.1mm、0.127mm、0.152mm、或0.203 mm，基板1尺寸一般为258mm*78mm、258mm*83mm、300mm*93mm或300mm*100mm。

如图2所示，在基板1正面贴干膜2，干膜2紧贴基板正面，干膜2（Dry film）在涂装中是相对湿膜（Wet film）而言的，干膜2是一种高分子的化合物，它通过紫外线的照射后能够产生一种聚合反应（由单体合成聚合物的反应过程）形成一种稳定的物质附着于板面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。

对干膜2进行烘烤，将干膜2烘干有利于后续显影，如果干膜2烘不干会造成显影不净。

对干膜2进行光照曝光，将底片与干膜2对位，在通过光照，将底片图形转移到干膜2上。

如图3所示，通过显影液对干膜2显影，未经曝光的干膜2会被显影液冲洗掉，已曝光的部分保留，未经曝光的区域是需要蚀刻的区域，显影使得覆盖需要蚀刻区域的干膜2被除去，露出基板1正面需要蚀刻的区域。

如图4所示，对基板1正面进行蚀刻，蚀刻是指让金属接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹陷，被干膜2覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出正面引脚3。

在基板1正面设置正面油墨层4，正面油墨层4可以保证焊接工艺中，防止因桥连产生的短路；只在必须焊接的部分进行焊接，避免焊料浪费；减少对焊接料槽的铜污染；防止因灰尘、水分等外界环境因素造成绝缘恶化、腐蚀；具有高绝缘性，使电路的高密度化成为可能。

设置正面油墨层4的具体方法在于：

如图5所示，在基板1正面刷一层油墨；此处可直接使用SMT刷胶设备进行刷墨，油墨为感光材料，是一种液态光成像阻焊油墨，依据产品的电性能、耐热温度、阻燃性、可靠性等一系列特性选取合适的油墨，本实施例中一种丙烯酸低聚物。作为一种保护层，涂覆在印制电路板不需焊接的线路和基材上，或用作阻焊剂，目的是长期保护所形成的线路图形。

如图6所示，对基板1正面进行预固化、曝光、显影、光固化，去除正面引脚3表面多余的油墨，使得正面引脚3高于正面油墨层4。

经过一次烘烤后，一次固化油墨，一次烘烤温度在75±5℃，时间为50±10min。

固化后的油墨通过曝光、显影将引脚显出，显影时候使用显影药水为碳酸钠。

二次烘烤，进行二次固化油墨，二次烘烤温度在175±5℃，时间为4h，二次烘烤使得油墨硬化，固定在基板1上，且由于此次的烘烤，油墨收缩40%左右，采用二次固化以及曝光显影的方法，可以保证油墨不会脱落，保证后续的工艺顺利进行的同时，去除了正面引脚3上面的油墨。

如图7所示，在基板1背面贴干膜，干膜紧贴基板1背面，对干膜进行烘烤，对干膜进行光照曝光。

如图8所示，通过显影液对干膜显影，未经曝光的区域是需要蚀刻的区域，显影使得覆盖需要蚀刻区域的干膜被除去，露出基板1背面需要蚀刻的区域。

如图9所示，对基板1背面进行蚀刻，蚀刻工艺与正面蚀刻相同，被干膜覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出背面引脚5。

如图10和图11所示在基板1背面设置背面油墨层6，设置背面油墨层6的具体方法与在设置正面油墨层4的方法相同，在基板1背面设置背面油墨层6可以规避原有框架高温膜的使用降低了框架的成本，其次提高了球焊的作业性，规避了包封溢料导致的产品良率降低。

如图12所示，正面引脚3电镀有金属镀层7，镀层采用银，通过电镀可以增强正面引脚3的导电性、抗腐蚀性、耐磨性，增强芯片的可靠性，延长芯片的使用寿命。

在封装框架结构制作完成后，在框架的基板1正面进行芯片植入，形成集成电路或分立元件的列阵式集合体半成品；

对已经完成芯片植入作业的半成品进行打线，用引线连接芯片和正面管脚，引线为金线、银线、铜线或铝线；

对打线后的半成品进行包封，后固化，形成包封；

在基板背面引脚5上电镀金属，形成金属镀层7，金属采用银，通过电镀可以增强背面引脚5的导电性、抗腐蚀性、耐磨性，提高产品上PCB板后的可靠性；

对半成品进行切割作业，产品分离，形成单颗产品。

本实施例通过在基板1的背面设置背面油墨层6，规避了耐高温膜的使用，降低了框架的生产成本，避免了球焊高温导致膜与基板1的结合力降低，后续包封时不会产生溢料。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，还在于，优选的，在步骤A还包括将刷油墨后的基板1放在真空箱中，进行抽真空。抽真空时候，选用0.08-0.1MPa，时间在5-10min即可，在刷油墨的过程中，由于油墨中有气泡，将刷油墨后的基板1放在真空箱中，进行抽真空，有效防止产品内部气泡的产生，保证了产品的质量，防止引入新的缺陷。且由于前后两步的烘烤步骤，抽真空的步骤也有效防止在烘烤阶段，气泡导致烘烤时候油墨层的碎裂和不平整，影响整体性能，也会防止油墨收缩时候的高度不一致，造成管脚凸出高度不一致，在后续工艺中会造成刷胶缺陷，引入新的短路缺陷，如几个管脚上锡量差异，导致产品SMT回流焊后会出现滑移、立碑等可靠性风险。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种封装框架结构，其特征在于，包括：

基板（1），所述基板（1）承载裸片的一面为正面，另一面为背面，基板（1）正面有正面引脚（3），基板（1）背面有背面引脚（5）；

正面油墨层（4），正面油墨层（4）覆盖基板（1）正面除正面引脚（3）外的区域，正面引脚（3）凸出于正面油墨层（4）。

2.根据权利要求1所述的一种封装框架结构，其特征在于，还包括背面油墨层（6），背面油墨层（6）覆盖基板（1）背面除背面引脚（5）外的区域，背面引脚（5）凸出于背面油墨层（6）。

3.根据权利要求1所述的一种封装框架结构，其特征在于，还包括金属镀层（7），金属镀层（7）设置于正面引脚（3）上。

4.一种封装框架结构的制作方法，其特征在于：对基板（1）正面进行蚀刻，露出正面引脚（3），设置正面油墨层（4），正面油墨层（4）覆盖基板（1）正面蚀刻后凹陷的区域，正面引脚（3）凸出于正面油墨层（4）；对基板（1）背面进行蚀刻，露出背面引脚（5），设置背面油墨层（6），背面油墨层（6）覆盖基板（1）背面蚀刻后凹陷的区域，背面引脚（5）凸出于背面油墨层（6）。

5.根据权利要求4所述的一种封装框架结构的制作方法，其特征在于，设置正面油墨层（4）和背面油墨层（6）的方法在于：

在基板（1）表面刷一层油墨；

对基板（1）表面进行预固化、曝光、显影、光固化，去除引脚表面多余的油墨，使得引脚高于油墨；

经过一次烘烤，一次固化油墨；

固化后的油墨通过曝光、显影将引脚显出；

二次烘烤，进行二次固化油墨，二次烘烤使得油墨硬化，固定在基板（1）上。

6.根据权利要求5所述的一种封装框架结构的制作方法，其特征在于：所述的油墨为黑色油墨。

7.根据权利要求5所述的一种封装框架结构的制作方法，其特征在于：在基板（1）正面刷一层油墨后将基板（1）放在真空箱中，进行抽真空。

8.根据权利要求5所述的一种封装框架结构的制作方法，其特征在于：一次烘烤温度在75±5℃，时间为50±10min，二次烘烤温度在175±5℃，时间为4h。

9.根据权利要求4-8任一所述的一种封装框架结构的制作方法，整体实现方法如下：

取一块基板（1）；

在基板（1）正面贴干膜（2）；

对干膜（2）进行烘烤；

对干膜（2）进行光照曝光；

通过显影液对干膜（2）显影，使得覆盖需要蚀刻区域的干膜（2）被除去，露出基板（1）正面需要蚀刻的区域；

对基板（1）正面进行蚀刻，被干膜（2）覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出正面引脚（3）；

在基板（1）正面刷油墨；

对基板（1）正面进行预固化、曝光、显影、光固化，去除正面引脚（3）表面多余的油墨，使得正面引脚（3）高于油墨；

在基板（1）背面贴干膜；

对干膜进行烘烤；

对干膜进行光照曝光；

通过显影液对干膜显影，使得覆盖需要蚀刻区域的干膜被除去，露出基板（1）背面需要蚀刻的区域；

对基板（1）背面进行蚀刻，被干膜覆盖的区域不会被蚀刻，蚀刻的区域凹陷，从而露出背面引脚（5）；

在基板（1）背面刷黑色油墨；

对基板（1）背面进行预固化、曝光、显影、光固化，去除背面引脚（5）表面多余的油墨，使得背面引脚（5）高于油墨；

在正面引脚（3）上电镀金属。

10.一种芯片封装结构，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的封装框架结构，在基板（1）正面进行芯片植入，形成集成电路或分立元件的列阵式集合体半成品；

对已经完成芯片植入作业的半成品进行打线，形成引线；

对打线后的半成品进行包封，后固化，形成包封；

在基板背面引脚（5）上电镀金属；

对半成品进行切割，形成单颗产品。

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