JP2002533926A - 埋込みフレームを有する窓付き非セラミック・パッケージ - Google Patents
埋込みフレームを有する窓付き非セラミック・パッケージInfo
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Abstract
Description
Mounted by Mass Reflow」という名称の米国特許出願
第09/172734号の一部継続出願である。
リフロー・プロセスによって回路板に取り付けることが可能な集積回路パッケー
ジに関する。
線源によって照明されたり照射される様々な適用例に使用される。窓付き集積回
路パッケージの1つの使用例がイメージ・センサである。
することができる。光検出器アレイは、光検出器アレイに入射する光に基づくイ
メージ・データを出力する。光検出器アレイはイメージを捕らえるために使用さ
れたり、その他のイメージ再生に使用することができる。カラー・フィルタ・ア
レイ(CFA)材料を光検出器と共に使用して、フルカラー・イメージを形成す
るためにイメージ・センサに入射する光をフィルタする。各フィルタは、光の所
定の色を対応する光検出器に導き、それにより光検出器によって感知される光の
色を決定する。複数組の光センサをまとめることによって、ある領域に到達する
光の強度および色を決定することができる。
よるはんだ付けを含む様々な技法によって回路板上に取り付けられる。しかし、
手動はんだ付けおよびホット・バーはんだ付けは、比較的遅くかつ高価なプロセ
スである。
ICパッケージの温度を約215〜225℃まで上げるいくつかの異なる技法で
ある。集積回路板のパッド上に位置するはんだがこのような高温で溶融してIC
パッケージ上のリードに接着する。はんだが冷却されると、ICパッケージは、
はんだパッドにしっかりと結合されて保たれる。マス・リフローは、赤外、対流
、気相技法を含む。
セラミック窓付きパッケージよりもコストが安いため、セラミック・パッケージ
よりも望ましい。しかし、近年まで、マス・リフロー・プロセスで試験された標
準的な窓付きプラスチック・パッケージは、蓋の割れ、ダイ・アタッチからのダ
イの剥離、プラスチックとガラス窓との間の熱膨張不一致による蓋シーラント分
離などの問題を有していた。近年まで、これらの窓付きプラスチック・パッケー
ジは、パッケージ・バルクがマス・リフロー・プロセスの高温に達しない手動は
んだ付けなどの技法を使用して回路板に取り付けられていた。
ra Corporation)に譲渡されている「Mass Reflowa
ble Windowed Non−Ceramic Package」という
名称の本願と同時係属の米国特許出願第09/172710号には、マス・リフ
ロー基板取付けに関する熱的要件に適合する窓付き非セラミック・パッケージが
記載されている。しかし、内部応力を減少する方法が望まれる。これは、長いベ
ーク時間を減少するまたはなくすることができ、より大きなパッケージ・サイズ
をマス・リフローすることができる。
内部にフレームが埋め込まれている。フレームは、成形化合物よりも小さい熱膨
張率(CTE)を有する。ICパッケージは、マス・リフロー・プロセスによっ
て回路板に固定することが可能である。
ク集積回路(IC)パッケージに対する改良を開示する。フレームがICパッケ
ージの成形化合物中に埋め込まれている。これは、マス・リフローに関連して高
温まで上昇させたときのICパッケージ内部の応力を低減させる。
Pパッケージを修正することにより、蓋が成形パッケージから離隔することなく
、またはダイが成形パッケージから剥離することなくそのプラスチック・パッケ
ージがマス・リフロー・プロセスに耐えることができるようになることを本出願
人は見出した。さらに、非セラミックICパッケージを高温安定性を有するCF
A材料と組み合わせて、マス・リフロー・プロセスにさらされているにもかかわ
らずその色性能を維持するイメージ・センサを生成することができる。
Reflowable Windowed Non−Ceramic Pack
age」という名称の本願と同時係属の米国特許出願第09/172710号に
も記載されているマス・リフローを施すことが可能なICパッケージについて説
明する。後続のセクションでは、ICパッケージの成形化合物中に埋込みフレー
ムを追加する改良について説明する。
を示す。非セラミック成形パッケージ12がパッケージ本体を構成している。一
実施形態では、非セラミック成形パッケージは、京セラが開発したオルトクレゾ
ールノボラックの低水分成形化合物など低水分プラスチックを用いて作成される
。一実施形態では、窪み22は、成形パッケージが形成された後に取り出すため
に用いられたエジェクタ・ピンの位置を示す。補遺1は、京セラの低水分成形化
合物の材料特性の一例を含む。
、ダイ・アタッチ14は、カリフォルニア州Rancho Dominguez
に本拠を置くAblestik Electronic Materials
and Adhesivesが製造する銀充填エポキシなど低剛性エポキシであ
る。
タッチ14はマス・リフロー・プロセスの高温に耐えられるように選択される。
ダイ・アタッチ14または成形パッケージ12からのダイ16の剥離がマス・リ
フロー中に問題となる場合がある。図3に関して論じるように、本出願人はダイ
・アタッチ用の2ステップ硬化プロセスがこの問題を解決することを見出した。
ら製造されるセラミック・フレーム32を備える。セラミック・フレーム32は
透明窓を保持する。一実施形態では、セラミック・フレーム32は、ガラス窓3
4を内側に保持する凹形棚を含む。一実施形態では、成形パッケージ12とセラ
ミック・フレーム32がビスフェノールA型エポキシを使用して密閉される。エ
ポキシ・シールを使用して、ガラス窓34に対してセラミック・フレーム32を
密閉することもできる。補遺2は、本発明と共に使用するのに適したビスフェノ
ールA型シーラントの特性をまとめたものである。
導体(CMOS)イメージ・センサに適している。これは、そのダイ・サイズが
比較的大きいためである(240ミル×240ミルを超える場合がある)。イメ
ージ・センサに適したパッケージの一実施形態は、ダイの感光性部分の面積より
もわずかに大きい面積を有する窓を含む。
、窓サイズは、ダイからの窓の距離に応じて変わる。図2および3は、蓋および
成形パッケージの一実施形態の概略図を示す。
30の一実施形態の概略を示す。最初の寸法はミル単位であり、括弧内の寸法は
ミリメートル単位である。一実施形態では、ガラス窓34は、セラミック・フレ
ーム32にある凹形棚40内に位置されている。
素に関して示されている最初の寸法はインチ単位であり、2番目の寸法(括弧内
)はミリメートル単位である。図示される実施形態は、ある特定のタイプのリー
ド・フレーム(カッド・フラット・パックQFP)を含むが、他のタイプのリー
ド・フレームを採用することもできる。さらに、ボール・グリッド・アレイ(B
GA)パッケージなどのリードレス・パッケージ、リードレス・チップ・キャリ
ア(LCC)パッケージ、デュアル・インライン・パッケージ(DIP)などの
リード付パッケージなどを含めた他のパッケージを使用することもできる。
スの一実施形態を示す。ステップ202で、ダイ・アタッチを成形パッケージに
設ける。一実施形態では、ダイ・アタッチは、前述したように銀充填エポキシな
ど低剛性エポキシから構成される。
ら前後に移動させて、ダイをダイ・アタッチにしっかりと固定する。ダイの後面
に金めっきを施すことなく、成形パッケージの滑らかな表面に対するダイの良好
な接着が達成される。
ダイ・アタッチの空洞をなくすることが重要である。ダイ・アタッチの空洞をな
くするためには1段階硬化プロセスよりも2段階硬化プロセスの方が良く機能す
ることが判明している。一実施形態では、ダイ・アタッチは、約1時間にわたり
約100℃でベークされ、次いで、さらに約1時間にわたって約150℃でベー
クされる。
ムとの間に取り付ける。
ビスフェノールA型エポキシを用いてセラミック・フレーム32に取り付けられ
たガラス窓34を備える。ベーキングによってエポキシを硬化する。一実施形態
では、約70分にわたって約150℃まで温度を上げることによって硬化を行う
。一実施形態では、ガラス窓34をセラミック・フレーム32に取り付けるのに
使用したのと同じエポキシを使用して、蓋を成形パッケージに固定する。ここで
も約70分にわたって約150℃まで温度を上げることによってエポキシを硬化
する。
の汚染物質粒子が100個未満であるレベル・クラス・サブ100に適合するク
リーン・ルーム内で層流フードを使用して実施される。これは、組立中にダイの
粒子汚染を防止する助けとなる。
ラッチ・ディグ規格は、ガラス中の最大許容欠陥を示す。より大きな欠陥は、イ
メージ・センサのイメージング性能を妨げる場合がある。
せるために、バッグ詰め直前に長時間ベーク・サイクルを使用することができる
。一実施形態では、密閉済みパッケージが48時間にわたって125℃でベーク
され、次いで保管または出荷用の防水バッグ内で真空密閉される。これにより、
密閉パッケージを、IPC(the Institute for Inter
connecting and Packaging Electrnic C
ircuits)レベル4表面取付け要件に適合させることができる(IPCは
、世界中の電子相互接続業界2300社を代表する同業組合である)。
ようにバッグから取り出され、マス・リフロー・プロセスを使用して回路板に取
り付けられる。様々なタイプのマス・リフロー・プロセスがある。一実施形態で
は、以下の条件に適合するIR/対流マス・リフロー・プロセスを採用する。 1)ピーク・パッケージ本体温度が約225℃ 2)215℃を超える時間が約30秒 3)183℃を超える時間が約140秒
なく、またはダイが成形パッケージから外れることなく上述のマス・リフロー・
プロセスに耐えることができる。
ジ) 図5は埋込みフレーム300を含む成形化合物の一実施形態の断面図を示す。
成形化合物がフレームをほぼ取り囲む(底部表面上では、取り囲むことができる
ことも、できないこともある)。一実施形態では、フレームはICパッケージの
窓の縁のセラミック・フレームのCTEに一致するセラミックから製造されてい
る。別の実施形態では、埋込みフレームは、成形化合物のCTEよりも低いCT
Eを有する材料から製造される。例えば、フレームは、リードで頻繁に使用され
る銅/タングステン合金または合金−42(ニッケル42%、鉄58%からなる
合金)を含むことができる。
ジニアリング検証ツールとして一般に使用される有限要素モデリングによってモ
デリングされてきた。表1は、成形化合物、ダイ・アタッチ、シリコン・ダイ、
窓シーラント、窓、セラミック・フレーム、リードに関するモデリングで使用さ
れるCTEの例示的な値を示す。表1はまた、モデリングで使用されたヤング率
(材料のスチフネスの表示)およびポアソン比(垂直方向に伸ばされたときの一
方向における変形の指標比)の値を示す。
力減少のモデルリングされた結果の概要である。モデルリングされた結果は、後
面ダイと成形パッケージの間、および蓋と成形パッケージの間のエポキシ・イン
タフェースに関して、埋込みフレームを有するICパッケージの応力が大幅に低
減することを示している。マス・リフロー温度など温度極値では、より大きなパ
ッケージ・サイズがより内部応力を受けやすいので、この応力低減により、マス
・リフローによってより大きなパッケージ・サイズを取り付けることがより簡単
になる。
パッケージに関する225℃でのモデルリングされたそりパターンを示す。埋込
みフレームを使用するとそりが大幅に減少することがわかる。
るために、正方形ループなどの簡単な設計、または図2の窓フレーム32のミニ
チュア・バージョンを使用することができる。本出願人は、図5および6に示さ
れるように埋込みフレームをダイの周縁部と重ねることにより最良の結果が得ら
れることを見出した。
合するクロス・バー302を埋込みフレーム300が備えることができる。窓フ
レーム32のミニチュア・バージョンでは、成形化合物中で棚が埋込みフレーム
をしっかりと保持する。より複雑な形状(例えばハニカム・パターン)のフレー
ムを使用することもでき、しかしフレームの追加のコストは十分低く、パッケー
ジ全体をセラミックとした全セラミック・パッケージよりも安価に維持されてい
るべきである。
られる。埋込みフレームがマス・リフロー・プロセス中に関係する応力を低減す
る。例えば、合金−42(CTE〜4.5ppm/C)、銅/タングステン合金
(CTE〜6.5ppm/C)、またはセラミック・フレーム(CTE〜7.4
ppm/C)から製造された埋込みフレームを採用することができる。
とができるモールドの一実施形態を示す。図9Aは、成形キャビティ340の内
側に埋込みフレーム300を置いた状態を示すモールドの側面断面図を示す。図
9Bは、埋込みフレーム300を見た図9Aの点線350に対応する成形キャビ
ティの上面図を示す。
置に保持する。成形キャビティの片側にあるランナおよびゲート360が成形化
合物を供給する。成形キャビティ340に対するランナおよびゲートの位置は、
成形化合物の流れが埋込みフレームの上面に圧力を加え、成形キャビティ340
内で埋込みフレームを下方に保つように設計されている。モールドの反対側にあ
るベント362は、成形化合物が成形キャビティ340内に供給されるときに、
空気を排気させるものである。成形化合物が成形キャビティ340に供給される
ときにリード・フレーム370を埋め込むこともできる。
は、周知のようにストリップの形で端と端を合せて接合される。成形パッケージ
は、別のプロセス・ステップで互いに離隔される。
サを備えるイメージング・システム400を示す。イメージ・センサは、マス・
リフロー・プロセスによって回路板に固定される。イメージ・センサ410は、
カメラ、シリコン・アイ、または他のイメージ・デバイスの一部として採用され
る。通常、イメージ・センサは、イメージ処理装置420およびメモリ430に
電気的に結合される。イメージング・システムはまた、ホスト・コンピュータ・
システムまたは他の出力デバイスなど他のシステムと通信するための相互接続回
路440を含むこともできる。イメージング・システムはまた、当技術分野で周
知のように、イメージ・センサに光を合焦するためにレンズ系(図示せず)を含
むこともできる。
コストを削減し、製造プロセスの速度を高める。また、手動はんだ方法よりも信
頼性の高い接続を提供することもできる。
可能な埋込みフレームを有するICパッケージが開示された。本明細書に記載の
特定の構成および方法は、本発明の原理の単なる例示にすぎない。記載の本発明
の範囲から逸脱することなく形態および詳細の多数の修正を行うことができる。
例えば、後面ダイと成形パッケージの間、および蓋と成形パッケージの間のエポ
キシ・インタフェースでの内部応力が埋込みフレームによって減少されて、長時
間ベーク・サイクルが必要なくなるであろう。本発明を特定の実施形態に関して
図示してきたが、そのように限定されるものとみなすべきではない。そうではな
く、記載の発明は、頭記の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
10の断面ブロック図である。
図である。
形態を示す図である。
モデリングを示す図である。
のモデリングを示す図である。
施形態を示す図である。
実施形態を示す図である。
えるイメージング・システムを示す図である。
ージ蓋30の一実施形態の概略を示す。最初の寸法はミル単位であり、括弧内の
寸法はミリメートル単位である。一実施形態では、ガラス窓34は、セラミック
・フレーム32にある凹形棚40内に位置されている。
素に関して示されている最初の寸法はインチ単位であり、2番目の寸法(括弧内
)はミリメートル単位である。図示される実施形態は、ある特定のタイプのリー
ド・フレーム(カッド・フラット・パックQFP)を含むが、他のタイプのリー
ド・フレームを採用することもできる。さらに、ボール・グリッド・アレイ(B
GA)パッケージなどのリードレス・パッケージ、リードレス・チップ・キャリ
ア(LCC)パッケージ、デュアル・インライン・パッケージ(DIP)などの
リード付パッケージなどを含めた他のパッケージを使用することもできる。
10の断面ブロック図である。
図である。
形態を示す図である。
モデリングを示す図である。
のモデリングを示す図である。
施形態を示す図である。
実施形態を示す図である。
えるイメージング・システムを示す図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 成形化合物よりも小さい熱膨張率(CTE)を有するフレー
ムが内部に埋め込まれた成形化合物と、 成形化合物に固定されたダイと、 ダイに光が到達できるように成形化合物に固定された窓と を備える集積回路(IC)パッケージ。 - 【請求項2】 フレームがセラミックである請求項1に記載のICパッケー
ジ。 - 【請求項3】 フレームが合金である請求項1に記載のICパッケージ。
- 【請求項4】 フレームが合金−42である請求項3に記載のICパッケー
ジ。 - 【請求項5】 さらに、成形化合物よりも小さいCTEを有する、窓を画す
る窓フレームを備える請求項1に記載のICパッケージ。 - 【請求項6】 窓フレームが前記フレームと同じ材料から製造される請求項
5に記載のICパッケージ。 - 【請求項7】 フレームがダイの周縁部の下方に位置する請求項1に記載の
ICパッケージ。 - 【請求項8】 モールド中にフレームを置き、 成形化合物でフレームをほぼ取り囲むICパッケージを作成する方法。
- 【請求項9】 成形化合物でフレームをほぼ取り囲むことが、成形化合物で
セラミック・フレームをほぼ取り囲むことによって行われる請求項8に記載の方
法。 - 【請求項10】 成形化合物でフレームをほぼ取り囲むことが、成形化合物
で合金フレームをほぼ取り囲むことによって行われる請求項8に記載の方法。 - 【請求項11】 成形化合物でフレームをほぼ取り囲むことが、プラスチッ
ク成形化合物で合金−42フレームをほぼ取り囲むことによって行われる請求項
8に記載の方法。 - 【請求項12】 さらに、 成形化合物にダイを固定し、 成形化合物に窓を取り付けてダイを被包することを含む請求項8に記載の方法
。 - 【請求項13】 成形化合物にダイを固定することが、ダイの周縁部がフレ
ームの上に位置するようにダイを位置決めすることを含む請求項12に記載の方
法。 - 【請求項14】 内部にフレームが埋め込まれた成形化合物にダイを取り付
け、 ダイを被包するために成形化合物に窓を取り付けたICパッケージを作成する
方法。 - 【請求項15】 成形化合物にダイを取り付けることが、ダイの周縁部がフ
レームの上に位置するようにダイを位置決めすることを含む請求項14に記載の
方法。 - 【請求項16】 成形化合物に窓を取り付けることが、さらに、 合金窓フレームに窓を取り付け、 成形化合物に合金窓フレームを取り付けること を含む請求項14に記載の方法。
- 【請求項17】 成形化合物に窓を取り付けることが、さらに、 セラミック窓フレームに窓を取り付けること、 成形化合物にセラミック窓フレームを取り付けること を含む請求項14に記載の方法。
- 【請求項18】 成形化合物よりも低い熱膨張率(CTE)を有する埋込み
フレームを有する成形化合物を備えるICパッケージを回路板に近接させて置い
て、 マス・リフロー・プロセスによってICパッケージを回路板に固定するICパ
ッケージを回路板に取り付ける方法。 - 【請求項19】 ICパッケージを回路板に固定することが、ICパッケー
ジを215℃を超える温度まで加熱することを含む請求項18に記載の方法。
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