JP2011040745A - 懸架された鉛のフレーム電子パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】電子デバイスをその支持基板から機械的に分離し、基板からデバイスへの機械的応力の伝播を除去する電子デバイスをパッケージングする装置及び方法を提供する。
【解決手段】装置は、フレーム１４サポート１８から中心開口部に延びる複数の細長い部材を含み、細長い部材の端部が電子デバイスを一緒に支持する。細長い部材の形状、材料および方向は、電子デバイス１２を支持することと、基盤から支持フレームへ伝播する機械的応力を吸収することの両方を結合する。ある実施形態では、吸収部分は、伝播された力の方向と実質的に垂直であり、伝播された力は垂直な部分の一端の機械的な置換によって吸収される。装置及び方法は、電子デバイスとその支持基板との間の熱応力ミスマッチの負の影響を除去する。
【選択図】図１

Description

[0001] 半導体デバイスがしばしば作られる材料は、それらの基板材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）とかなり異なるＣＴＥを有する。基板に直接結合されるデバイスの場合、熱膨張ミスマッチが無視される場合、応力は基板から半導体デバイスまで与えられ得る。充分な応力は、半導体デバイスに破壊された電気接続線またはダメージを至らせることができる。エンジニアリングをとおして、基板材料のＣＴＥは、より密接に半導体デバイスのＣＴＥにマッチするようにしばしばシフトされる。しかし、ＣＴＥ適合を成し遂げることは、エンジニアリグ・トレードオフを必要とする。

[0002] 別々の機能において、鉛フレームは、アセンブリ中、半導体デバイスを支持して、アセンブリの後、電気接続および半導体デバイスの入出力を提供するのに用いられる。鉛のフレームは、アセンブリ中には半導体デバイスを支持し、電気接続として役立つリードであるダイ・パドルを含む。半導体デバイスは、ワイヤボンディングまたはテープ自動ボンディングのいずれかによってリードに接続している。

[0003] 本発明は、
デバイスをその支持基板から機械的に分離する電子デバイスをパッケージングし、基板からデバイスへの機械的な応力の伝播を除去するための装置及び方法を提供する。

装置は、フレーム・サポートから中心開口部まで伸びる複数の細長い部材を含み、細長い部材の端が、電子装置を一緒に支持する。細長い部材の形状、材料および方向は、電子装置を支持することと、基板から支持フレームまで伝播される機械的応力を吸収することとの両方を組み合わせる。ある実施形態では、吸収部分は、伝播された力の方向に対して実質的に垂直であり、伝播された力は、垂直な部分の一端の機械的な置換によって吸収される。装置および方法は、電子デバイスとその支持基板との間の熱膨張ミスマッチの負の影響を除去するのに特に効果的である。

[0004] 本発明の好ましい他の実施形態は、以下の図面を参照して以下に詳細に記載される。

[0005] 図１は、アセンブリ中に本発明によって形成された電子半導体パッケージ・アセンブリの斜視図を示す。 [0006] 図２は、図１の電子半導体パッケージ・アセンブリの平面Ｘ線図を示す。 [0007] 図３は、本発明による完了した電子半導体パッケージ・アセンブリの断面図を示す。

[0008] 図１は、電子半導体デバイス（ダイ）１２、鉛のフレーム14、および、鉛製のフレーム・サポート18を含むアセンブリ中の、半導体電子パッケージ・アセンブリ10の斜視図を示す。鉛のフレーム14は、周辺部サポート22および複数のサポートフィンガー26を含む。鉛製のフレーム・サポート18は、中心開口部34を囲む。

[0009] ダイ12は、微小電気機械システム（MEMS）センサであるが、また、いかなる種類の半導体デバイスでありえる。本実施形態では、ダイ10は広い、平坦なアスペクト比を有する矩形のMEMSセンサである。

[0010] サポートフィンガー26は、鉛のフレーム14の中心の方へ、周辺部サポート22から内方に伸びる金属または重合体でできている細長い部材である。サポートフィンガー26は、固いが、柔軟性がなくない。サポートフィンガー26は、急速な加速中に置換に抵抗するのに十分に固いが、熱膨張ミスマッチからの印加応力によって生じるような、段階的に印加される場合には、置換を吸収するために十分に可撓性である。

[0011] サポートフィンガー26は、周辺部サポート22の一番上の内部のエッジで、周辺部サポート22につながるが、別の接続ポイントもあり得る。サポートフィンガー26は、それらの長さと比較して幅および厚みにおいて、概して狭いが、より広くて厚いフィンガーは可能である。周辺部サポート22は、薄い、平坦なフレームである。周辺部サポート22はその幅と比較して薄いが、他のアスペクト比が可能である。

[0012] 鉛製のフレーム・サポート18は、リングまたはフレームである。鉛製のフレーム・サポート18は、広範囲にわたる幅および厚みを有することができる。中心開口部34はまた、サイズの範囲にあるが、中心開口部34の寸法は概して鉛製のフレーム・サポート18の幅および厚みより大きい。

[0013] 本実施形態では、ダイ12、鉛製のフレーム・サポート18および周辺部サポート22の各々は、実質的に水平面内の次の内部のそれらに横たわる：つまり、鉛製のフレーム・サポート18内部のダイ12、および、周辺部サポート22内部の鉛製のフレーム・サポート18となる。鉛のフレーム14のサポートフィンガー26は、鉛製のフレーム・サポート18の上面の上に延び、そして、ダイ12の下部面の下に延びる。サポートフィンガー26が、鉛製のフレーム・サポート18の上を通りという事実によって、鉛製のフレーム・サポート18は、鉛のフレーム14を担持する。鉛のフレーム14のサポートフィンガー26がダイ12の下を通るという事実によって、鉛のフレームは、ダイを担持する。

[0014] 図２は、ダイの下のサポートフィンガー26の位置で、ダイ12を介した、Ｘ線平面図を示す。支持フィンガー26は、おそらくダイの底面部材上の結合パッド28で、ダイ12の下側と接触する。少なくとも、サポートフィンガー26の両端部分は、はんだ、テープ自動ボンディング(TAB)、または、導電性エポキシオペレーションによるサポートフィンガー26に対するダイ12上の結合パッド28のとりつけを容易にするためにアルミニウム薄膜堆積または電解金堆積で被覆されうる。図２の視点では、周辺部サポート22は、切り離されて、鉛フレーム14から取り除かれる。

[0015] 図３は、アセンブリの後、ダイ12、鉛製のフレーム・サポート18、鉛製のフレーム・サポートフィンガー26、基板38、蓋42、および、第１および第２の密封ジョイント48、50を含む半導体電子パッケージ・アセンブリ10の断面図を示す。鉛製のフレーム周辺部サポート22は、最終的な組立てステップの間、その除去のために不在である。本実施形態では、サポートフィンガー26は、前述の実施形態より長く、鉛製のフレーム・サポート18の下で伸びる。

[0016] 基板38は、第１の封止ジョイント48によって、鉛製のフレーム・サポート18の底面部材に結合される。基板38は、半導体電子パッケージ・アセンブリ10の全ての他の要素をサポートするために構造を提供する。蓋42は、第２の封止ジョイント50によって、鉛のフレーム支持体22の上部表面に結合される。蓋42は、外側の環境からダイ12を切り離す。ダイ12が密封して封止されるか、水分だけに対して封止されるかまたは全く封止されないかによって、蓋42は任意である。第１および第２の封止ジョイント48、50は、例えば、はんだ、エポキシ、接着剤またはガラス・フリットのような業界標準技術を使用する。

[0017] 本実施形態では、複数のサポートフィンガー26は、複数の水平パッド52を形成するために鉛製のフレーム・サポート18の下に伸びる。水平パッド52は、サポートフィンガー26がまた、電気接続として使われている場合、複数のフィンガー26が外側の電気インタフェースに取り付けられることが可能である位置である。本実施形態では、サポートフィンガー26は、最初に基板38の下から伸びて、鉛のフレームサポート18の外側の表面に沿って上方へ延びる。次いで、前述の実施形態にて説明したように、それらは鉛製のフレーム・サポート18の上部表面、および、ダイ12の下を超えて伸びる。

[0018] 断面図は、熱膨張のような印加剪断応力のために、基板38の置換を吸収するために、柔軟性をサポートフィンガー26に提供するサポートフィンガー26の垂直部分44を示す。例えば、（製造中、はんだ還流ステップに続くような）冷却環境では、CTEミスマッチのために、基板38は、ダイ12よりも著しく収縮する。ダイ12が基板38に直接結合される場合、基板38の収縮からの圧縮応力は、より収縮していないダイ12に伝えられるだろう。本発明に従えば、収縮基板38からの圧縮応力は、それが結合される鉛製のフレーム・サポート18に与えられる。しかし、これらの応力は、ダイ12を懸架するサポートフィンガー26の垂直部分44の柔軟性のために、ダイ12へ移されない。本実施形態では、垂直部分44の頂部は、収縮鉛製フレーム・サポート18のために内部へ動くが、垂直部分44の底部は実質的に固定されたままである。サポートフィンガー26の他の形状および方向は、基板を拡大するかまたは収縮させることによって伝えられる応力を得ることは可能である。

[0019] オートメーション化した製造およびハンドリングの容易さの目的のために、鉛のフレーム14および特に周辺部サポート22は、穴、溝、ノッチ、及び／又は、当業者に周知の他の手段を含むことができる。ある実施形態では、鉛のフレーム14の厚みは、0.25と1mmとの間であり、周辺部サポート22の幅は2と20mmとの間にある。サポートフィンガー26のいかなる数もまた可能であり、図1、2または3の実施形態に示される数より多くのサポートフィンガー26がありうる。サポートフィンガー26はまた、鉛のフレーム14の周辺部サポート22に沿って幅、ピッチおよび分布の変化を有することができる。ある実施形態では、サポートフィンガー26の厚みは、厚さ0.25と1mmとの間であり、周辺部サポート22と同様であり、サポートフィンガー26の幅は、0.1と1mmとの間にある。

[0020] 鉛製のフレーム・サポート18はまた、カーブして、丸くなることができ、または、不規則な形状を有してもよく、カーブして、丸くなるか、不規則に形づくられた断面側形状を有することができる。鉛のフレーム支持体18はまた、不完全なリングであってもよい。例えば、鉛製のフレーム・サポート18は、ダイ12周辺で互いの反対側に配置される2つの半円区域、または、ダイ12の両側上の4つの短い独立でまっすぐな部分を含むことができる。鉛製のフレーム・サポート18は、例えば、低いパフォーマンスまたはコストに敏感な用途のための密封したアプリケーションまたは重合体のためのセラミックなど様々な材料から製造されることができる。

[0021] 鉛製のフレーム・サポート18の外側および下のサポートフィンガー26の部分はまた、サポートフィンガー26の垂直部分44がそうするのと同じ方法で、機械式アイソレータとして役立つことができる。図3の例示の実施形態では、「C」スタイル形状が示されるが、鉛製のフレーム・サポート18の外側および下のサポートフィンガー26のための他の形状もまた可能である。

[0022] 半導体電子パッケージ・アセンブリ10の効果は、電子半導体デバイス12と基板38との間の他のソースまたはCTEミスマッチのため、剪断応力の負の影響であり、基板38は基板３８のリエンジニアリングを必要とせずに避けられる。鉛製のフレーム・サポート18も、ダイ12を封止するために便利なサポートを平坦な蓋42に提供する中心開口部34の利点を提供する。半導体電子パッケージ・アセンブリ10はまた、比較的簡単に製造されることができ、オートメーション化した製造法の役に立つ。

[0023] サポートフィンガー26および鉛製のフレーム・サポート18は、多くの形状、方位および材料組成物をとることができる。
本発明の実施形態の独占的で固有の権利または特権は、以下の特許請求の範囲に規定される。

Claims (3)

1. 電子パッケージ・アセンブリ（４０）であって、
   電子デバイス（１２）と、
   フレーム（１４）と、
   基板（３８）と、
   前記電子デバイスと前記フレームとの間に延びる複数の細長い部材（２６）と、
   を有し、
   前記フレームが、前記細長い部材を支持し、少なくとも２つの細長い部材が、前記フレームのキャビティ内で少なくとも一部の電子デバイスを支持し、少なくとも１つの細長い部材が、前記フレームから伝播された剪断応力を吸収するように構成され、
   前記フレームの第１の応力が、前記基板の第１の応力に結合され、
   少なくとも２つの細長い部材が、前記フレームの第２の面から前記電子デバイスの第１の面に延び、前記フレームの第２の面が、前記フレームの第１の面に対向するフレームの側にあり、前記電子デバイスの第１の面が前記基板の第１の面に面する、
   ことを特徴とする電子パッケージ・アセンブリ。
2. 少なくとも１つの前記細長い部材が、前記伝播された剪断応力の方向に対して鋭角に向けられ、少なくとも１つの前記細長い部材が、前記伝播された剪断応力の方向に対して実質的に垂直に向けられた部分を含み、少なくとも１つの前記細長い部材が金属からなり、複数の前記細長い部材が、周辺サポートによって互いにリンクされる、ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
3. 請求項１に記載のアセンブリが、前記フレームの第２の面に結合された蓋（４２）を更に有し、
   少なくとも１つの細長い部材の少なくとも端部が、電気的接続を向上させるための材料で処理され、前記電子デバイスが微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）センサまたは加速度計を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

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