JP2002540600A - 電子部品のプラスチックモールドパッケージ用のリードフレーム防湿バリヤ - Google Patents

電子部品のプラスチックモールドパッケージ用のリードフレーム防湿バリヤ

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Abstract

(57)【要約】 中空のプラスチックのエンクロージャ内に密封されたダイと該ダイ回路にアクセスするために該エンクロージャの壁を貫通している導電性リードを有する電子部品パッケージが、該リードの表面が該エンクロージャの材料と界接する箇所にのみ該リードに熱硬化型の接着剤を塗布し、該リードの周りに該パッケージをモールド成形し、次いで該接着剤を成形工程中または後硬化中に硬化させることによって、製造される。接着剤は、リードの周りに気密封止部を形成するように、そしてパッケージの製造および他の回路への電気的接続の形成の際に行われる典型的な工程中に接着剤成分が曝される熱サイクルの中においても、また完成され組み込まれた製品が使用中に曝される典型的な環境変化の中においても、前記封止部を維持するように、配合される。特に、この接着剤は、リードとエンクロージャの材料の間の熱膨張係数の差に順応し、しかも蒸気気密封止を維持するように、選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品のパッケージングの技術分野に属する。この発明は、チ
ップを環境から保護するとともにエンクロージヤの外のリードからダイ回路への
電気的アクセスを提供する中空エンクロージャの中に集積回路ダイを収容するこ
とに関する。この発明は、具体的には、一般に水分および汚染ガスが浸透しない
ようにするバリヤとしてのエンクロージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品パッケージは、ダイの保護エンクロージャとしての役をするとともに
、ダイ回路と、印刷配線板などのキャリヤまたは基板上の回路との間の電気接続
を許容する。この発明の対象のパッケージは、ダイを完全に囲うものであって、
最初はその壁に埋包された電気リードすなわち「トレース」を有する開放容器と
して形成される。この容器がその壁の中に埋包されたリードを有して形成される
と、ダイがこの容器内に置かれてリードに電気的に接続される。次いで、この容
器を閉じて、さらなる電気的接続や電気的使用を含むさらなる処理のために密封
する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在ダイに使用されている極端に細い回路ラインと高い電流密度で、安定した
信頼性の高い性能を達成するには、パツケージが一旦封止されたならば、水蒸気
その他の大気中の気体がパッケージ中に入らないようにすることが非常に重要で
ある。ダイを密封して、ダイがこれらの気体に曝されないように保護することに
よって、パッケージは、湿気その他の潜在的に有害な環境におけるダイの機能を
高める。ダイとパッケージの外側の部品との間の電気接続を形成するリードは、
パッケージの壁を貫通する金属の薄い帯状体であり、その帯状体の内側端はダイ
回路系に結合されそして外側端は基板回路系に結合するために利用可能になって
いる。これら帯状体とパッケージの壁とは、異なる材料でできているので、これ
ら両者の間に確実な結合を形成して、対蒸気バリヤとして作用させることは困難
である。この難しさは、これら材料の膨張率および収縮率に大きな差がある場合
、特に厳しい。この膨張と収縮は、ダイボンディング、ワイヤボンディングおよ
び半田づけなどの処理ステップ中にパッケージが遭遇する熱サイクルの中で起こ
る温度変化に応答して生じる。温度変化は、パツケージが使用される典型的な環
境の中でも生じるし、またダイ自体の中で使用される高い電流密度によっても生
じる。その結果、リードが壁を貫通している箇所は、特にギャップの形成を被り
やすく、そこから気体がパッケージに入ってダイを汚染することになりやすい。
【０００４】 金属リードとパッケージの壁との界面を封止する典型的な方法は、リードの上
に直接その壁をモールド成形することによってパッケージを形成する方法である
。射出成形法またはトランスファ成形法が典型的に利用され、これらの方法は、
溶融している熱硬化型の樹脂で始まり、その樹脂は成形工程中またはそれより短
時間後に後硬化工程で硬化する。これらの成形法は、金属とプラスチックの間の
機械的接合を形成するが、先に挙げた諸理由のため、高い電流密度を免れないパ
ッケージにとって十分に効果的であるとはいえない。さらに、これらの工程にお
いて、成形器具は典型的には１００℃〜１７５℃の範囲内の温度に制御されるが
、リードの金属表面は温度がこの温度よりかなり低い。この温度差が、前記溶触
樹脂の硬化を阻害し、そのうえに、その接合強さを低下させる。成形コンパウン
ドとして使用される典型的な樹脂は、それ自体接着性を有しているために、成形
器具に接着するのを防止するための剥離剤を必要とすることから、追加の漏洩源
が生じる。典型的な剥離剤は、マイクロクリスタリンワックスであり、これは成
形コンパウンドの配合物中に混入される。この剥離剤も、残念ながら、成形コン
パウドと金属リードとの間の接合を弱くする。
【０００５】 この発明の発明者らが知る限り、今まで使用されたり書かれたりしてはいない
が、一つの解決策としては、パッケージ本体をリードの上に成形する前に、単に
リードフレーム全体を接着剤コンパウンドでコートして、その成形用コンパウン
ドを硬化させるときに、その接着剤がリードと成形コンパウンドの間に化学結合
を形成する方法が考えられよう。その解決策の難しさは、リードとダイとの間に
形成しなければならない電気接続の厳しい性質である。接合箇所のリード表面の
いかなる汚染も、信頼性の高い電気接続がつくられるワイヤボンディング工程を
阻むであろう。この汚染は、成形工程が完了した後に行う高価でかつ困難な洗浄
工程でしか防止できない。この問題は、ダイとの電気的接触を高めるために銀ま
たは金などの導電性材料でメッキしたリードの場合、一層悪化する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記に列挙した諸問題は、この発明により、熱硬化型の（ここでは、「熱によ
り硬化可能な」を意味する訳語として使用する）接着剤を、パッケージの壁に接
触するリードの表面の領域に選択的に塗布し、次いで、そのリードの周りにパッ
ケージをモールド成形することによって、対処される。したがって、その接着剤
は、モールド成形工程自体によって、またはパッケージ本体の後硬化中に硬化さ
れる。この接着剤は、一旦硬化されると、リードとパッケージ本体との間の界面
に、気体に対して実質的に非透過性の封止部を形成する。最適の一種類の接着剤
または複数種類の接着剤の混合物の選択は、リード金属の熱膨張率とパッケージ
本体の膨張率との間に差がある場合、その差の大きさに応じてなされる。接着剤
には、熱膨張率の程度に差がある場合に、封止部に弾力を与えるのに必要な熱可
塑性成分を含有させてもよい。界面を形成する金属の領域に接着剤の塗布を局在
させることにより、リードとダイ回路との間に強固な電気的接触を形成する性能
が保持される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の上記その他の目的、特徴および利点が、以下の説明によって一層明
らかになるであろう。
【０００８】 上記に指摘したように、接着剤または接着剤組成物の最適の選択は、電気リー
ドとパッケージ本体に使用される材料によって決まる。それぞれについて、広範
囲の材料を使用することができ、多数のそのような材料が電子材料に関する刊行
文献に開示され、それら材料の有用性について産業界で知られている。
【０００９】 リードに使用できる金属の例（および Minges, M.L.他編「Electronic Materi
als Handbook」Vol.1、ASM International、Materials Park, Ohio、１９８９年
に示されているそれら金属の記号）は、 銅 銅-鉄合金：Ｃ１９４００、Ｃ１９５００、Ｃ１９７００、Ｃ１９２１０ 銅-クロム合金：ＣＣＺ、ＥＦＴＥＣ６４７ 銅-ニッケル-ケイ素合金：Ｃ７０２５、ＫＬＦ１２５、Ｃ１９０１０ 銅-スズ合金：Ｃ５０７１５、Ｃ５０７１０ 銅-ジルコニウム合金：Ｃ１５１００ 銅-マグネシウム合金：Ｃ１５５００ 鉄-ニッケル合金：ＡＳＴＭ Ｆ３０（Alloy 42） 鉄-ニッケル-コバルト合金：ＡＴＴＭ Ｆ１５（Kovar） 軟鋼 アルミニウム である。これらのうち好ましいのは、銅、銅が少なくとも９５重量％を占める銅
含有合金、鉄が約５０〜約７５重量％を占める鉄−ニッケル合金、および鉄が約
５０〜７５重量％を占める鉄−ニッケル−コバルト合金である。鉄−ニッケル合
金の Alloy 42（Ｆｅ５８％、Ｎｉ４２％）および鉄−ニッケル−コバルト合金
の Kovar（鉄５４％、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％）、並びに各種の銅合金が特に重
要である。
【００１０】 パッケージ本体、すなわちエンクロージャの材料として使用できる材料のタイ
プは、熱硬化性材料と熱可塑性材料の両者である。熱可塑性材料の例は、エポキ
シ樹脂と改質エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、改質ポリイミド、ポリ
エステル、およびケイ素樹脂である。熱可塑性材料の例は、ポリフェニレンスル
フィド、液晶ポリマ、ポリスルホン、およびポリエーテルケトンである。熱硬化
性材料は、典型的にはトランスファ成形法でモールド成形されるが、熱可塑性材
料は、典型的には射出成形法でモールド成形される。しかし、それぞれについて
、異なるモールド成形法を使用することができる。
【００１１】 これら材料の重要なパラメータで、使用される接着剤を選択するのに影響する
のは、熱膨張係数（「ＣＴＥ」）であり、これは百万分率（重量）毎摂氏度の単
位で表される。ＣＴＥは、使用される材料によって広範囲にわたって変化するの
で、リードのＣＴＥの範囲をパッケージ本体（プラスチックモールドのエンクロ
ージャ）の材料のＣＴＥの範囲とオーバラップさせることができる。しかし、こ
の発明のある種の実施態様では、これらの範囲がオーバーラップしない。例えば
、リードフレーム（リードを含む）が約５ｐｐｍ／℃〜約１５ｐｐｍ／℃の範囲
のＣＴＥを有するのに、パッケージ本体の材料が硬化時（硬化された状態）に約
１６ｐｐｍ／℃〜約５０ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することもある。あるい
は、リードフレーム材料のＣＴＥとパッケージ本体の材料のＣＴＥが、少なくと
も約１０ｐｐｍ／℃異なるか、または最大約１００ｐｐｍ／℃異なるか、または
約２０ｐｐｍ／℃〜約５０ｐｐｍ／℃の範囲内の値で異なることもある。ＣＴＥ
の値の差が上記のようなタイプの場合、接着剤組成物は、好ましくは熱可塑性成
分を、単独接着剤成分としてまたは熱硬化性接着剤成分との混合物として含有さ
せる。
【００１２】 接着剤として、単独でまたは混合して使用するのに適切な特定の樹脂の例は、
下記のとおりである。 熱硬化性樹脂： D.E.R. 322：ビスフェノールＡ含有エポキシ樹脂（Dow Chemical Company、米
国ミシガン州ミッドランド） ARALDITE(登録商標) ECN 1273：エポキシクレゾールノボラック（Ciba-Geigy
Corporation、米国ニューヨーク州アーズリー） ARALDITE(登録商標) MY 72：多官能価液状エポキシ樹脂（Ciba-Geigy Corpora
tion） QUARTEX(登録商標) 1410：ビスフェノールＡ含有エポキシ樹脂（Dow Chemical
Company） EPON (登録商標) 828、1001F、58005：改質ビスフェノールＡエポキシ樹脂（S
hell Chemical Company、米国テキサス州ヒューストン） 熱可塑性樹脂： Phenoxy PKHJ：フェノキシ樹脂（Phenoxy Associates） ポリスルホン類。
【００１３】 上記接着剤組成物は、随意に、その組成物に各種の望ましい特性を与える一種
または複数種の成分を含有する。例としては、硬化剤、泡止め剤、モイスチャゲ
ッタ（乾燥剤）、および嵩を増すための充填剤がある。硬化剤の例は、ポリアミ
ン類、ポリアミド類、ポリフェノール類、重合体チオール類、ポリカルボン酸類
、酸無水物類、ジシアンジアミド、シアノグアニジン、イミダゾール類、および
ルイス酸類例えば、三フッ化ホウ素とアミン類などとの複合体である。泡止め剤
の例は、疎水性のシリカ類例えばケイ素樹脂類とシラン類、フルオロカーボン類
例えばポリ四フッ化エチレン、脂肪酸アミド類例えばエチレンジアミンステアア
ミド、スルホナミド類、炭化水素ワックス類、および固体脂肪酸類とエステル類
である。モイスチャゲッタの例は、活性アルミナと活性炭素である。モイスチャ
ゲッタとして働く具体的な製品は、供給業者（米国ニュージャージー州ジャージ
ーシティ所在の Alpha Metals）が、GA200-2、SD1000、およびSD800として特定
する製品である。充填剤の例は、アルミナ、二酸化チタン、カーボンブラック、
炭酸カルシウム、カオリンクレイ、雲母、シリカ類、タルク、および木粉である
。
【００１４】 パッケージが形成されるモールド成形法は、周知であり広く利用されているの
で、この明細書では詳細に考察しない。しかし、一般に、モールド成形は、一連
の金属リードを備えたリードフレームアセンブリ上に行われ、その金属リードは
、接続ウェブで接続されかつ各パッケージごとに一つのグループとして別々のグ
ループに配置され、隣接グループ同士は成形が完了したとき最終的に除去される
さらなる接続ウェブで接続されている。また、上記アセンブリは、リードに沿っ
た所定の位置にダムを備えており、そのダムは、成形コンパウンドの機械的スト
ップとして働いて成形コンパウンドを閉じこめるのに役立つ。なお、これらのダ
ムも、成形されたパッケージを分離する前に除去される。射出成形法、トランス
ファ成形法、インサート成形法および反応射出成型法などの従来の成形法が、使
用される材料に応じて使用される。
【００１５】 接着剤は、パッケージのエンクロージャのプラスチックモールドがリードに接
触する箇所に対応する、リードフレームの特定の箇所に塗布される。接着剤は、
そのシステムの特定の必要に応じて、リードフレームの片面または両面に塗布す
ればよい。塗布方法は、パッケージの壁の中に埋包されない領域に接着剤を所在
させることを実質的に避けるために、所望の領域に局在させる。この種の局在化
された塗布は、通常の印刷もしくはスタンプする方法、または好ましくは、米国
特許第５，８１６，１５８号「Inverted Stamping Process」、発明者 Richard
J. Ross、１９９８年１０月６日発行、に開示されている方法と装置によってイ
ンバーテッドスタンピング法（inverted stamping）により達成することができ
る。なお、当該特許の内容は、ここに援用するものである。
【００１６】 以下の諸実施例は、厳密に例示のために提供するものである。
【００１７】
【実施例】
以下に示す例は、熱硬化性配合物、熱可塑性配合物、およびこれら二種の配合
物の各種混合物を代表する接着剤配合物の例である。
【００１８】 １．エポキシ熱硬化性接着剤 成分 重量部 EPON 828 ２５ EPON 100F ５０ Dicy CG1400（シアノグアニジン） ５ タルク ５ 二酸化チタン ５ Cab-O-Sil(登録商標) Ｍ５（ヒュームドシリカ） １０。
【００１９】 ２．フェノキシ熱可塑性接着剤 成分 重量部 Phenoxy PKHJ ９５ タルク ３ Cab-O-Sil(登録商標) Ｍ５ ２。
【００２０】 ３．ポリスルホン熱可塑性接着剤 成分 重量部 ポリスルホン（分子量＝２０，０００ ９５ 二酸化チタン ５。
【００２１】 ４．複合エポキシ／フェノキシ接着剤（熱硬化性と熱可塑性の組合せ） 成分 重量部 EPON 828 ４５ Phenoxy PKHJ ４５ Dicy CG1400 ３ タルク ５ カーボンブラック ２。
【００２２】 ５．複合エポキシ／ポリスルホン接着剤（熱硬化性と熱可塑性の組合せ） 成分 重量部 D.E.R. 332 ３０ ポリスルホン（分子量＝２０，０００ ６０ Dicy CG1400 ２ タルク ４ Cab-O-Sil(登録商標) Ｍ５ ４。
【００２３】 上記は、主として例証の目的のため提供している。この明細書に記載の方法の
材料、手順、条件および他のパラメータは、この発明の精神と範囲を逸脱するこ
となく、種々のやり方でさらに変形または置換できることが当業者であれば容易
に分かるであろう。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月２３日（２００１．４．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シェファー， トニー， ビー． アメリカ合衆国 94501 カリフォルニア 州 アラメダ ブロードウェー 1206 (72)発明者 ニー， ジョン， チアン アメリカ合衆国 94501 カリフォルニア 州 オークランド マッキンリーアベニュ ー 102 ナンバー16 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 EA11 EA12 FA00 5F067 AA04 EA02 EA04 EA06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性金属リードの周りにエンクロージャの壁をモールド成
    形することによって当該エンクロージャ内に密封されるべきダイにアクセスする
    ために前記導電性金属製リードが貫通しているプラスチックモールドのエンクロ
    ージャを形成する方法において、 （ａ）成形時に、前記エンクロージャの壁に接触する前記リードの表面の領域に
    選択的に熱硬化型の接着剤を塗布するステップと、 （ｂ）前記熱硬化型の接着剤を塗布された前記リードの周りに前記エンクロージ
    ャの壁を成形するステップと、 （ｃ）前記エンクロージャの壁の成形中または成形後に前記熱硬化型の接着剤を
    硬化させるステップとを含んでなり、 前記熱硬化型の接着剤は、硬化したときに前記リードの周りの前記エンクロー
    ジャの壁を実質的に気体非透過性となるように封止すべく選択される ことを特徴とする改良された方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 前記熱硬化型の接着剤が、熱硬化性樹脂類、熱可塑性樹脂類、および熱硬化性
    樹脂類と熱可塑性樹脂類との混合物からなる群から選択された要素である ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、 前記熱硬化型の接着剤が、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂の混合物である ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、 前記金属リードが、銅、銅-鉄合金類、銅-クロム合金類、銅-ニッケル-ケイ素
    合金類、銅-スズ合金類、銅-ジルコニウム合金類、銅-マグネシウム-リン合金類
    、鉄-ニッケル合金類、鉄-ニッケル-コバルト合金類、軟鋼、またはアルミニウ
    ムである ことを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、 前記プラスチックのエンクロージャが熱硬化性プラスチックで形成され、そし
    て(ｂ)のステップが前記エンクロージャの壁をトランスファ成形法で成形するこ
    とを含んでいる ことを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、 前記プラスチック製エンクロージャが、熱可塑性材料で形成され、そして（ｂ
    ）のステップが前記エンクロージャの壁を射出成形法で成形することを含んでい
    る ことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、 前記熱可塑性材料が、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマ、ポリスルホン
    、またはポリエーテルケトンである ことを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の方法において、 前記リードと硬化時の前記プラスチックモールドのエンクロージャの材料が、
    互いに少なくとも約１０ｐｐｍ／℃異なる熱膨張係数を有している ことを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の方法において、 前記リードが銀または金でメツキされている ことを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の方法において、 前記熱硬化型の接着剤が、その中に分散された乾燥剤を有する樹脂で構成され
    ている ことを特徴とする方法。
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