JP2822272B2 - リードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリア - Google Patents

リードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリア

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semiconductor device
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ミューレン，ウィリアム・ビー・ザ・サード
アービッシュ，グレン・エフ
フレイマン，ブルース・ジェイ
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Motorola Solutions Inc
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Citizen Watch Co Ltd
Motorola Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に電子デバイスに関し、さらに詳しく
は、半導体デバイス用パッケージに関し、特にトランス
ファー成形された半導体パッケージに関する。
背景 ピン・グリッド・アレイ・パッケージはプラグイン型
パッケージにおいて非常に多くのピンを設けるので、集
積回路パッケージングにおいて広く利用されている。標
準的な間隔（例えば、２中心点間で2.5mm）を有するピ
ンのアレイはセラミック基板上に配置され、ピンが基板
の一面から外側に延在して、主プリント回路板上のソケ
ットと結合するようになっている。集積回路または半導
体デバイスは、セラミック基板の上面上に装着され、集
積回路のボンディング・パッドと基板上のトレースとの
間でワイヤ・ボンディングが行なわれる。集積回路，リ
ードおよびワイヤ・ボンドは封入体（encapsulant）に
よって被覆され、パッケージを完成する。
二種類の封入方法が利用されている。第１の方法で
は、グロブ・トップ（glob top）またはチップ・オン
・ボード（chip−on−board）技術のように、集積回路
チップおよび関連する相互接続がプラスチック樹脂内に
封入される。第２の方法では、デバイスおよびセラミッ
ク基板上に熱硬化性プラスチック材料をトランスファー
成形することによってアセンブリが封入される。トラン
スファー成形では、封入されるアセンブリは金属モール
ド内に配置され、このモールドは形成すべき被覆の形状
を定める凹部を有する。固形プラスチックが加熱され、
ゲートを介してモールドに圧入される。この熱と圧力と
によって、プラスチックは液化し、集積回路を取り巻く
モールド中空部に流入する。このモールドは加熱され、
プラスチックを硬化させ、そして成形されたアセンブリ
はモールドから取り外される。トランスファー型の基本
的特性は米国特許第4,460,537号において教示されてい
る。
プラスチック・ピン・グリッド・アレイ・アセンブリ
の構造は、セラミックのそれと同様である。セラミック
基板を利用せずに、エポキシ・ガラスまたはポリエステ
ル・ガラスのプリント回路板などの低コストの基板が基
板として用いられる。これらの基板の製造は、従来のプ
リント回路板の製造工程と同じ組立工程および方法で行
なわれる。パッケージのピンは回路板のめっき貫通穴
（plated throughhole）に装入され、圧力装着（perss
−fit）またはリフロー半田付けされる。
従来技術の第1a図および第1b図において、プラスチッ
ク成形ピン・グリッド・アレイ10は、基板12の底面から
延在するピン14のアレイを含む基板12の周りに形成され
ている。プラスチック・コンパウンド16は基板の周りに
トランスファー成形され、完成されたパッケージを形成
する。基板は、基板12のエッジ部をモールドの位置合わ
せバンプ（registration bump）に対して配置すること
によってモールド内で位置合わせされる。成形が完成す
ると、位置合わせバンプは凹部またはリブ（rib）13と
して、完成されたピン・グリッド・アレイ・パッケージ
に現われる。成形ピン・グリッド・アレイ・パッケージ
を形成する別の方法や構成では、傾斜側壁18を用いて、
成形部品を成形プレスから取り外すのを助けている。こ
のようなトランスファー成形プラスチック・ピン・グリ
ッド・アレイ・パッケージは米国特許第4,935,581号に
おいて教示されている。
セラミック・ピン・グリッド・アレイに比較して、プ
ラスチック・ピン・グリッド・アレイの利点は、低コス
トであり、電気性能が良好なことである。しかし、これ
らの利点にもかかわらず、低密度で脆いピンはピン・グ
リッド・アレイ・パッケージにおいて主な問題として残
っている。リード付きピンを基板に取付ける必要性によ
り、ピン・グリッド・アレイ・パッケージにおいて固有
の密度制限がある。従来のパッケージは2.5mm間隔で配
置されたピンを利用し、より新しいパッケージでは、1.
25mmセンタ・ピンの高密度化が期待されているが、コス
トが高い。1.25mmセンタを実現するためには、高価なマ
ルチレイヤ基板構造を利用しなければならない。さら
に、ピンを製造し、取付けるコストは高くなる。大型ピ
ン・グリッド・アレイ・パッケージは、パッケージ・リ
ードが曲がったり傾いたりするため、主回路板に組み立
てるのが困難である。パッケージの寸法が大きくなる
と、これらの問題も大きくなる。高密度の１・25mmセン
タのパッケージでは、リードの直径が小さいためリード
が曲がりやすい。
プラスチック・ピン・グリッド・アレイ・パッケージ
を利用する場合、大きな集積回路チップを用いることも
制限される。従来では、プラグイン・チップ・キャリア
を必要とする小さな集積回路を有する家電電子機器用と
してのみこれらのパッケージを利用するのが常識であっ
た。大型チップを利用する場合、基板とシリコン・チッ
プとの間の熱膨張差に対処するためのセラミック基板が
用いられる。従来のセラミックおよびプリント回路板の
ピン・グリッド・アレイ・パッケージにおいて見られる
密度，リードの脆性，電気性能，コストおよび信頼性と
いう固有の問題を克服する低コストで高密度のプラスチ
ック・パッケージが必要なのは明らかである。
発明の概要 本発明に従って、パッド・アレイ・チップ・キャリア
・パッケージが提供され、このパッケージは、底面上に
半田パッドのアレイを有し、かつ、上面に電気的かつ物
理的に装着された半導体デバイスを有する樹脂性回路担
体基板からなる。保護プラスチック被覆は半導体デバイ
スの周りでトランスファー成形され、回路担体基板の上
面の実質的にすべてを被覆する。
本発明の別の実施例では、主回路板に容易に半田付け
されるパッド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ
を設けるため、半田バンプがパッド上に形成される。
本発明のさらに別の実施例では、半導体デバイスの下
の回路担体基板にメタル補強材（metal stiffener）が
ボンディングされる。半導体デバイスは基板に電気的に
接続され、被覆が半導体デバイスの周りにトランスファ
ー成形されて、回路担体基板の上面の実質的にすべてを
被覆する。
図面の簡単な説明 第1a図は、従来のピン・グリッド・アレイ・パッケー
ジの斜視図である。
第1b図は、従来のピン・グリッド・アレイ・パッケー
ジの切り欠き斜視図である。
第２図は、本発明による樹脂成形されたパッド・アレ
イ・チップ・キャリアの斜視図である。
第３図は、本発明によるパッド・アレイ・チップ・キ
ャリアの底面の平面図である。
第４図は、第２図および第３図のの線AAから見た部分
的な断面図である。
第５図は、本発明の別の実施例の同じ部分的な断面図
である。
第６図は、本発明の別の実施例の同じ部分的な断面図
である。
好適な実施例の詳細な説明 第２図において、リードレスのトランスファー成形さ
れたパッド・アレイ・チップ・キャリア20は、集積回路
チップまたは半導体デバイス24を回路担体基板（circui
t carrying substrate）22上に配置することによって
形成される。回路担体基板は、エポキシ・ガラスまたは
ポリイミド・ガラスなどの樹脂性プリント回路板である
が、ポリイミド，ポリエステルまたはポリエチルイミド
膜からなる可撓性回路板など他の材料からなってもよ
い。基板22は、基板の上面にメタライゼーション・パタ
ーン25を有する。集積回路24は基板22に接着ボンディン
グあるいは共晶ボンディングされ、メタライゼーション
・パターン25にワイヤ・ボンディングされる。また集積
回路24は、フリップ・チップ・ボンディングまたはTAB
（tape−automated−bonding）によって基板22に取付け
ることもできる。基板およびチップのアセンブリは成形
機に入れられる。一般に、トランスファー成形機が用い
られるが、用いる材料に応じて、射出成形や反応射出形
成（RIM:reaction injection molding）などの他の成
形方法も利用できる。トランスファー成形は熱硬化材料
を用いるが、射出形成は熱可塑材料を利用し、RIMは熱
可塑性であるがモールド内で反応して熱硬化する材料を
利用する。被覆26は、チップおよびすべての関連する相
互接続を封入し、被覆するためにチップの周りで成形さ
れる。実際には、成形コンパウンド26は基板22のエッジ
部まで延在するが、基板がモールド内にある間基板を保
持または固定する手段を設けるため、成形コンパウンド
２は基板22のエッジ部からある距離で中断することが好
ましい。基板22を成形コンパウンド26の本体以上に延在
させることにより、（従来技術のように）成形された本
体において切り欠き部やリブを設ける必要が無くなる。
基板22の底面は、特定の構成（第３図参照）で配置さ
れた半田パッド34のアレイ35を有する。一般に半田パッ
ドは円形であるが、他の形状でもよい。半田パッド34
は、パッド・アレイ・チップ・キャリアと主回路板（図
示せず）との間で電気的な相互接続を行なう。半田パッ
ド34は、回路板の他の部分と同じメタライゼーション
（一般に銅）からなり、金などの別の材料で被覆して、
半田バッドが酸化することを防ぐことができる。パッド
・アレイ・チップ・キャリアを主プリント回路板に半田
付けする場合、半田パッドは半田めっきで被覆するか、
あるいは半田ペースト，半田玉または他の方法でリフロ
ーして、半田パッド上に半田バンプを作ることができ
る。
第４図において、基板22はチップ・ボンディング・メ
タライゼーション・パッド43を含み、このパッド43に対
して導電性接着剤を用いてチップ24が取付けられる。共
晶ボンディングなどの他の取付け手段も利用できる。こ
のチップは、一般に金またはアルミニウムのメタル細線
49によってメタライゼーション・パターン25に電気的に
ワイヤ・ボンディングされる。メタライゼーション・パ
ターン25から半田パッド34への電気接続は、めっき貫通
穴42によって行なわれる。プリント回路板の上面のメタ
ライゼーション・パターン25は、めっき貫通穴42におい
て環状リングとして中断する。プリント回路板の底面上
の電気接続は、めっき貫通穴42を別の環状リンクに接続
し、メタライゼーション・パターンを半田パッド34まで
延在させることによって行なわれる。一般に、半田マス
ク41がメタライゼーション・パターンおよびめっき貫通
穴42上に配置されるが、必要に応じて省いても、あるい
は部分的に用いてもよい。チップを装着し、電気接続を
行なった後、熱可塑または熱硬化成形コンパウンド（好
ましくは熱硬化エポキシ）を用いてアセンブリはトラン
スファー成形される。成形コンパウンド26はチップ24お
よびワイヤ・ボンディング49を封止し、プリント回路板
22の上面のほとんどすべてを被覆する。プリント回路板
の上面は成形コンパウンドによって完全には被覆されて
おらず、モールドにアセンブリを固定し、かつ組立工程
におけるその後の取り扱いを簡単にするために成形コン
パウンドの周辺部の小さな部分が露出されたままになっ
ていることがわかる。チップ・キャリアの周辺部におい
てプリント回路板の上面の一部を露出することにより、
成形しやすくするために被覆内にリブまたは凹部を設け
る必要が無くなる。所望の構成に応じて、回路板の露出
部は被覆の１つの面,2つの面,3つの面またはすべての面
上にあってもよい。
本発明の別の実施例（第５図）は、バンプを有する半
田パッドを形成するため半田パッド54上に半田バンプ52
を利用している。半田パンブを利用することにより、パ
ッド・アレイ・チップ・キャリアは主回路板（図示せ
ず）上の半田パッドに容易に半田付けすることができ
る。半田バンプの高さは、表面装着相互接続ができる十
分な高さで、一般に約３ミルないし約30ミルで、半田パ
ッド54とほぼ同じ直径でなければならない。
本発明の別の実施例（第６図）は、スチール，ニッケ
ル，銅クラッド・アンバ（copper clad invar），合
金42などの材料、もしくは約13,000メガパスカル（mega
pascal）以上の弾性係数を有する材料の薄板からなるメ
タル部材または補強部材（stiffener）60を用いてい
る。補強材の厚さは、使用する材料の種類に応じて約0.
08ないし0.25mmである。この補強材は、接着材料68を用
いてプリント回路板62のパッド63に接着ボンディングさ
れる。次にチップ64は、前例のように導電性接着材67を
用いて補強材60に取付けられる。このメタル補強材は、
プリント回路板とシリコン・チップの熱膨張係数の差に
よって生じる機械的応力を低減する働きをする。この応
力を低減することにより、プラスチック・パッド・アレ
イ・チップ・キャリア・パッケージにおいてより大きな
集積回路チップを用いることができる。前の実施例と同
じようにして、ワイヤ・ボンディング69によってチップ
と回路板62との間で電気接続を行う。被覆66は前例と同
様に成形され、集積回路64,ワイヤ・ボンディング69,補
強材60およびプリント回路板62の上面を封入する。
マルチレイヤ回路板構造およびめくら穴（blind vi
a）を利用することによって、さらに高密度化を実現す
ることができる。ピンの必要を省くことにより、センタ
間でわずか20ミルの相互接続間隔を有するチップ・キャ
リアを実現することができる。より大きな集積回路を装
着し、封入して、低コストのパッケージを容易に製造す
ることができる。
本明細書において説明したパッド・アレイ・チップ・
キャリアのさまざまな変更や修正は当業者に想起され、
このような変更や修正が添付の請求の範囲に含まれる範
囲で、これらの変更や修正は本発明の一部であると理解
される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミューレン，ウィリアム・ビー・ザ・サ ード アメリカ合衆国フロリダ州ボカ・ラト ン、サウス・ウエスト・12・コート9651 (72)発明者 アービッシュ，グレン・エフ アメリカ合衆国フロリダ州コーラル・ス プリングス、ノース・ウエスト・17・ス トリート9917 (72)発明者 フレイマン，ブルース・ジェイ アメリカ合衆国フロリダ州プランテーシ ョン、ノース・パイン・アイランド・ロ ード・ナンバー114・721 (56)参考文献 特開 昭57−79652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−277753（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−102738（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−92936（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−191639（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4961105（ＵＳ，Ａ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相対する第１及び第２平面を有する、リー
    ドレス回路を担体するリードレス回路担体絶縁基板； 前記リードレス回路担体絶縁基板の前記第１平面上で電
    気的かつ機械的に搭載される半導体デバイス； 前記リードレス回路担体絶縁基板の前記第２平面には、
    表面実装はんだパッドのアレイが形成され、前記アレイ
    の一部は前記半導体デバイスの下に設けられ； 前記半導体デバイスは、前記リードレス回路担体絶縁基
    板を貫通するめっき貫通孔によって前記表面実装はんだ
    パッドに電気的に結合され、前記めっき貫通孔は前記表
    面実装はんだパッドから離れて位置し； 前記半導体デバイスの周りでトランスファー成形される
    樹脂から成る保護被膜であって、前記リードレス回路担
    体絶縁基板の第１平面の一部を覆い、リードレス・パッ
    ド・アレイ・チップ・キャリアを形成する保護被覆； によって構成されることを特徴とするリードレス・パッ
    ド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ。
  2. 【請求項２】前記保護被覆は前記リードレス回路担体絶
    縁基板よりも小さく、前記保護被覆の周辺部における前
    記リードレス回路担体絶縁基板の前記第１平面の一部を
    露出することを特徴とする請求項１記載のリードレス・
    パッド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ。
  3. 【請求項３】前記リードレス回路を担体する絶縁基板
    は、ガラス強化されたプリント回路基板であることを特
    徴とする請求項１記載のリードレス・パッド・アレイ・
    チップ・キャリア・パッケージ。
  4. 【請求項４】前記リードレス回路担体絶縁基板は、柔軟
    性のあるフィルムであることを特徴とする請求項１記載
    のリードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリア・パ
    ッケージ。
  5. 【請求項５】前記柔軟性のあるフィルムは、ポリイミ
    ド，ポリエステル，又はポリエチリミドから成る群から
    選択されることを特徴とする請求項４記載のリードレス
    ・パッド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ。
  6. 【請求項６】相対する第１および第２平面を有するリー
    ドレス回路担体絶縁基板； 前記リードレス回路担体絶縁基板の前記第１平面上に電
    気的かつ機械的に搭載された半導体デバイス； 前記リードレス回路担体絶縁基板の前記第２平面は、実
    質的に同一な平面において表面実装はんだパッドのアレ
    イを有し、前記表面実装はんだパッドは、前記リードレ
    ス回路担体絶縁基板の前記第２平面を実質的に覆うよう
    にチェス盤風に配置され、前記表面実装はんだパッドの
    アレイの一部は前記半導体デバイスの下に設けられ； 前記表面実装はんだパッド上のはんだバンプ； 前記半導体デバイスは、前記リードレス回路担体絶縁基
    板を貫通するめっき貫通孔によって前記表面実装はんだ
    パッドと電気的に接続され、前記めっき貫通孔は前記表
    面実装はんだパッドから離れて位置し； 前記半導体デバイスの周りでトランスファ成形される樹
    脂から成る保護被膜であって、前記リードレス回路担体
    絶縁基板の前記第１平面の一部を覆い、リードレス・パ
    ッド・アレイ・チップ・キャリアを形成する保護被膜； によって構成されることを特徴とするリードレス・パッ
    ド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ。
  7. 【請求項７】前記保護被覆は前記回路担体絶縁基板より
    も小さく、前記保護被覆の周辺部における前記回路担体
    絶縁基板の前記第１平面の一部を露出することを特徴と
    する請求項６記載のリードレス・パッド・アレイ・チッ
    プ・キャリア・パッケージ。
  8. 【請求項８】前記回路担体絶縁基板の中央部に配置さ
    れ、前記半導体デバイスの実装領域を与えるメタル補強
    部材をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項
    ６記載のリードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリ
    ア・パッケージ。
  9. 【請求項９】相対する第１及び第２平面を有するプリン
    ト回路板であって、前記第１平面はメタライゼーション
    ・パターンを有する、プリント回路板； 前記メタライゼーション・パターンに機械的に取付けら
    れた少なくとも一つの半導体デバイス； 前記半導体デバイスを前記メタライゼーション・パター
    ンに電気的に接続するワイヤ・ボンド； 前記プリント回路板の第２平面と実質的に同一の平面上
    にあるマトリクス状に配置されたはんだパッドであっ
    て、マトリクス状に配置された前記はんだパッドの一部
    は前記半導体デバイスの下に設けられる、はんだパッ
    ド； マトリクス状に配置された前記はんだパッドを前記メタ
    ライゼーション・パターンに電気的に接続する、前記プ
    リント回路板における導電性の貫通孔であって、前記導
    電性の貫通孔は前記はんだパッドから離れて位置する、
    導電性の貫通孔； 前記はんだパッド上のはんだバンプ；および 前記少なくとも一つの半導体デバイスおよび前記ワイヤ
    ・ボンドの周りでトランスファー成形される熱可塑性プ
    ラスチック樹脂より成る保護被覆であって、該保護被覆
    は、前記プリント回路板の第１平面を実質的に被覆する
    が前記プリント回路板の周辺部における第１平面の一部
    を露出し、リードレス・パッド・アレイ・チップ・キャ
    リアを形成する保護被覆； によって構成されることを特徴とするリードレス・パッ
    ド・アレイ・チップ・キャリア・パッケージ。
  10. 【請求項１０】前記表面実装はんだパッドの前記アレイ
    は市松模様状に配置され、前記プリント回路板の前記第
    ２平面を実質的に被覆することを特徴とする請求項１記
    載のリードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリア・
    パッケージ。
  11. 【請求項１１】前記アレイは、２つ以上の行と２つ以上
    の列のはんだパッドから成ることを特徴とする請求項１
    記載のリードレス・パッド・アレイ・チップ・キャリア
    ・パッケージ。
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