JPH01268137A - 回路素子表面封じ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、液体樹脂を使用して、半導体デバイス表面、
及びデバイス表面のリードとコンタクト・パッドとの接
合部をカプセル封じする方法に関するものである。

Ｂ、従来技術 端子リードを有するデバイスの部分を有する半導体デバ
イスをカプセル封じすることは、完成したパッケージの
信頼性を高めるという点で望ましい。一般に、半導体デ
バイスの表面、及びデバイス表面上のリードとコンタク
ト・パッドの間の接合部に、液体樹脂を使用することが
望ましい。導電性リードを半導体デバイスに接合するに
は、各種の方法が知られている。その代表的なものは、
コンタクト・パッド、たとえば半導体チップ上のコンタ
クト・パッド、またはチップ基板上のコンタクト・パッ
ドにリードを接着したデバイスである。

一般に、多数の金属性相互結線を個々のチップにその周
囲で接続しなければならない。周知の方法の１つは、ロ
ール状のフィルムを切断して個々のチップ・リード群を
形成するもので、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）と
呼ばれている。この個々のリード群は、エツチング技術
を利用して所定のチップ端子形状に対応するパーツナラ
イスした形状のリードを得ることによって形成される。

エッチ・パターンを使って、多数の同じリード群を作成
する。これらのリード群が、取イ」けのため、１つずつ
接着部に送られる。米国特許第４５５１９１２号明細書
に、集積テープ・ボンディング・システムが開示されて
いる。これらの技術を使用すると、チップに対するすべ
てのリードが同時に接続される。連続リール移送法を使
用すれば、処理量は増大する。したがって、ＴＡ、Ｂは
高生産速度でチップを同一の入出力回路に接続するのに
非常に有用である。

もう１つの技術は、リード・フレームに接着シたリード
を提供するもの（＝ある。これらのデバイスでは、まず
半導体をリード・フレームのパッドに取り付ける。この
パッドは、通常リード・フレーム・パターンの中央に凹
部とし、て形成させる。次に、半導体デバイスのコンタ
クト・パッドを個別にワイヤ・ボンディングまたはテー
プ自動ボンディングにより、取イ」パッドと間隔を置い
て隣接するリード・フレームのリードの末端にある対応
する接点にイ」着させる。

リード・フレームに結合させたデバイスをカプセル封じ
することは、完成したパッケージを製造する技術として
周知である。その代表的な例は、米国特許第４５０４４
３５号及び第４６４１４１８号明細書に開示されている
。さらに一般的には、デバイスまたは接点リードに延び
るプラスチック材料を利用して電子モジュールをカプセ
ル封じするための実装技術が、米国特許第３６６８２９
９号、第３９３０１Ｍ号、第４０１７４９５号各明細書
に開示されている。

従来技術の方法にイ」随する問題の１つに、デバイス表
面の縁部を越えて片持ち式に延びるリードの端子部分に
液体が流れるのを防止することができないことがある。

この液体の展着は、自動ボンディング・テープのフレー
ムに接着させたチップの表面に液状の重合体材料を塗布
した後に起こる。

この液状重合体は、チップの表面のみに塗布し、理想的
には、ダイの表面に展着し、内部ボンド・リードのみを
被覆すべきである。しかし、使用する材料は粘度が低い
ため、リードに沿って滲み出す薄いコーティングを形成
しがちである。最終的に、このようなコーティングは、
内部リード・ボンド領域を越えて延び、外部リード・ボ
ンド領域にまで達すると七がある。これは、後のテープ
切断及び基板ボンディング操作の妨げとなるため極めて
望ましくない。さらに重要なことは、これによって、最
終的に得られるカプセル封じの厚みにばらつきが生じ、
またＴＡＢパッケージの領域の柔軟性が減少するため、
望ましくない応力が発生する恐れがあることである。

＝５− Ｃ１発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、半導体デバイスの表面、及び導電性リ
ードと半導体デバイス表面上のコンタク）・・パッドと
の接合部を液状樹脂を用いてカプセル封じし、しかも液
体がリードの端子部分に流れるのを防止する方法及び装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、半導体チップに接着した超小型電
子リードで、チップ自体をカプセル封じするのに用いる
液状樹脂の流動を制限するのにを用な方法及び装置を提
供することにある。

本発明の他の目的は、リードと、リードをリード・フレ
ーム、またはチップ基板に接着させたリードに接着させ
である半導体チップとを封入するのに有用なシステムを
提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、半導体デバイス及びその端
子リードのカプセル封じに使用する重合体封止材料の滲
出またはあふれ出しを防止するシステムを提供すること
にある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の上記及びその他の目的は、半導体デバイスの表
面、及びデバイス表面上の導電性リードとコンタクト・
パッドとの接合部を液状樹脂でカプセル封じし、しかも
液体がリードの端子部分にまで流れるのを防止する方法
及び装置により達成される。これを実現するため、液体
を半導体デバイスの上面に付着させるときに、表面の下
から空気を吹き付けて、デバイスの周囲に空気ダムを形
成させる。続いて液体を硬化させて、固体のカプセル体
を形成し、表面、金属接点及びリード接合部を不動態化
させる。このカプセル体はまた、接着したリードを定位
置に固定して構造的に安定化させ、クロスオーバ及び短
絡を防止する。

本発明によれば、空気ダムの空気温度、流速及び入射角
は、樹脂が表面上を流れる速度、したがって樹脂の位置
が制御できるように選定する。

すなわち、温度、空気の流速及び空気を吹き付ける入射
角を変化させることにより、たとえばチップの縁部まで
、もしくはチップの縁部の側面を少し下まで樹脂を流れ
させ、またはチップの縁部に到達する手前で停止させて
硬化させることができる。このようにして、チップの主
表面のエツジ・キャッピングを、制御された再現性のあ
る方式で実施することができる。

周知のように、テープ自動ボンディング等の方法を利用
する場合、ビーム・リードをチップの縁部から片持ち式
に突き出し、内部リードの端部を、チップ・パッドに接
着し、次いでパッドをチップ内の回路及びデバイスに電
気的に接続する。チップ・パッド接合部へのリードを含
むチップの表面は、エポキシを主体とする樹脂や、シリ
コンを主体とする樹脂等、周知の重合体材料を利用する
カプセル封じによって不動態化させる。本発明によれば
、適当な液状重合体をチップ表面に付着させて展着させ
る。チップの縁部からはみ出したビーム・リード突出部
上への材料の滲出またはあふれ出しを防止するため、チ
ップを定位置に支持する構造により、空気をチップの下
から吹き付ける。

空気流の性質すなわち温度、流速、及びチップ縁部を通
る空気流とビーム端部のなす角度は、ビーム端部への材
料のあふれ出しが抑制されるように調節する。そうする
には、たとえば、チップ縁部での液滴表面の粘度を増大
させたり、コーティングの付着速度と空気の流速の間の
運動量の平衡をとる。

本発明によれば、この制御されたカプセル封じを行なう
デバイスは、チップを真空で定位置に支持する空気ダム
取付具を使用する。チップを、カプセル封じすべき表面
をウェルの底部と反対向きになるようにしてウェルに入
れる。不動態化されていない表面をウェルの底面に接触
させる。このウェルは、チップを定位置で支持するため
に真空をかけるための凹みまたは溝を有する。ウェルの
第２の凹みまたは溝は、チップの周囲及びビーム・リー
ド相互間に空気を流すためのものである。取付具を加熱
することによって、チップと、チップの周囲を流れる空
気を、加熱する。この支持構造は、カプセル封じされる
チップの表面がリードの高さより下になるように保持し
、リードとチップの縁部との間に不動態化材料が流れて
、リードとチップの縁部の間との短絡を防止するように
構成されている。必要な厚みのカプセル封じが得られた
後、最初に真空をかけるのに使った凹みから空気を吹き
込んで、チップをウェルから外へ格ち上げる。これによ
り、ビーム端部の損傷が防止される。本明細書で説明す
るように、自動カプセル封じは、チップを接着させた、
一連のビーム・リード・パターンを間隔をあけて固定し
たキャリアを取付具に通すことにより行なうことができ
る。このようにして、自動処理技術が実現できる。

Ｅ、実施例 第１図ないし第４図を参照して、本発明の熱空気ダム取
付具について説明する。取付具１０は、一般に空気及び
真空ラインを形成する溝のついたアルミニウムまたは他
の金属のブロックを含む。

このブロックは、カバー・プレート１２及び中央の凹ん
だウェル１４を有する。凹んだウェルは、チップを定位
置に保持するためのもので、これについては後で説明す
る。ウェル１４の中央部には、真空ボート１６がある。

この真空ボート１６は、下方に延び、次いで溝１８を通
って真空源（図示せず）まで延びている。

ウェル１４の周囲及び真空ボート１６の周囲には、空気
をチップの周囲に供給するための一連の開口２０がある
。この開口２０はすべて、第４図に示すように、ブロッ
ク１０に設けた、空気源（図示せず）からの空気を受け
るための共通マニホールド２２に接続されている。もち
ろん開口２０は細長い連続したスロットとして形成する
こともできる。

第１図に示すように、開口２０はビーム端部を通り、チ
ップ縁部に沿って空気流を形成するために設けである。

第４図に示すように、チップ２４をウェル１４中に置く
。チップは、開口１６を通してかけられる真空が、チッ
プ２４の裏面をウェル１４に引き付けるように置く。第
４図に示すように、この真空の作用によって、チップは
十分水平に保たれ、最終的に均一なコーティングが実現
できる。

チップ２４は一連の周囲端子２８．２８を有する。サポ
ート構造３２七、導電性リード・パターン３０を有する
テープ３０をチップ２４の上に置く。サポート構造は通
常マイラーまたはポリイミド、リードは銅などの適当な
導体である。図のように、テープは、表面を下にして、
端子２６．２８に接触するようにリード・フレームに取
り付ける。

ブロフク１２は、ホット・プレート上にのせるか、ある
いはブロックの下部にカートリッジ／フォイル・ヒータ
（図示せず）を挿入するかして加熱することができる。

いずれの方法を用いても、開口２０を通ってブロック内
に流入する空気は、チップ２４とリード・パターン３０
との間にくる前に加熱される。ビーム・リードを通過す
る空気流は、ビーム・リード上へのコーティング＋、を
利のあふれ出しを制限する。第１図に示すように、適当
な液状重合体樹脂４２を１滴、ノズル４０からチップ２
４の表面上に滴下する。適当な低粘度の樹脂は、チップ
の表面に沿って横方向に展着する。矢印で示すように、
熱空気流は、次の３つの要素の組合せにより、コーティ
ング材料４２のあふれ出しを制限する。

第１は、高温のビーム・リード上に滲出するコーティン
グから、急速に溶剤が除去されることである。テープ・
サポート３２上のビーム・リード３０は、開口２０から
流入する熱空気流によって加熱される。重合体材料４２
が完全に硬化しない間に、溶剤が除去されると、材料の
流動の先端を短縮する゛のに十分な粘度となる。ただし
、空気の温度を厳密に制御することが必要である。それ
は、溶剤の沸点を超えるき、急速な逸散によりふくれを
生じて、最終部品の表面の外観をそこなうためである。

同様に、空気温度が適温以下に下がると、溶剤の拡散速
度が低下し、毛細管現象により樹脂がビーム・リード上
に滲出するのを促進する。そのため、サイクル時間が長
くなる。

第２に、架橋した月利の被膜が急速に形成されると、重
合体材料のチップ表面への伝播が減少する傾向がある。

高温のビーム・リードに接触するとの材料も重合が促進
される。その速度は、使用する材料の熱伝導率、活性化
エネルギー及び反応機構によって決まる。コーティング
の両側で急な温度勾配を生じると、高粘度の、部分的に
硬化した樹脂の「被膜」がほとんど瞬間的に形成される
。

このような層があると、材料４２の流動先端内の未反応
のコアの前進が抑制される傾向がある。

第３に、コーティングの付着速度と、空気流との運動景
の平衡により、重合性材料の伝播が安定化する傾向があ
る。低粘度及び中粘度の樹脂の場合、このことは最も重
要な要素であると考えられる。チップの表面で画定され
る境界からあふれ出した材料は、ビーム端部まで流れ、
リードを被覆し、ビームの空間を通って滴下する。この
側面被覆の範囲は、注入した材料の量と、材料表面張力
の間の平衡によって決まる。第１図では、このことは、
材料４２の展着を示す点線で示されている。

本来表面張力の高い材料は、ビームの隙間を通って滴下
するよりも、ビーム表面全体に展着する傾向がある。取
付具１２は、この事実を利用して祠料のあふれ出しを防
止するものである。ビームを加熱するほかに、開口２０
を通る空気流は、チップ領域を越えて流れる傾向のある
材料の平衡を保つ力を与える。空間を訛れるのを妨げら
れた材料は、表面張力によりビーム・リード中への流入
を抑制する。このように、空気の流れは、材料がそこを
越えて流れるのが抑制される境界を画定する働きをする
。第６図には、樹脂４２のチップ２４の縁部への移動が
示されている。樹脂は、ビーム端部９０を「貝殻」に流
れ、ビームとチップの間の不連続点で硬化する。気体、
通常は空気の上向きの流れにより、チップ表面を通り越
すことが防止される。また、適当な流速があれば、低粘
度の材料をチップの表面上に連続的に注入して、他の方
法で得られるより、はるかに厚いコーティングが形成で
きる。これが、本発明の重要な利点である。すなわち、
低粘度の樹脂を用いて、均一な厚みのカプセル封じが可
能となる。本発明を用いない場合は、材料の滲出が起こ
り、このことは不可能である。したがって、本発明以前
には、高粘度の材料が使用されており、応力及び不均一
な被覆の問題があった。

次に、第５図を参照して、完成製品について説明する。

完成製品は、液状重合体がビーム・リードとチップ縁部
との間を流れて、縁部の短絡を防止している。これは、
空気流を摩密に制御して、このように制御された濡れ作
用が行なわれる。また、第２図ないし第４図に示す取付
具を用いて、チップの表面をテープの下縁よりわずかに
下に支持して、ビーム・リードとチップ縁部との間に重
合体が流れるようにしていることも原因になっている。

カプセル封じを行ない、必要な厚みにチップをコーティ
ングすると、ウェルの真空をきる。

次に同じ通路１６に圧縮空気流を導入してウェルからチ
ップを外へ持ち上げた後、次のサイクルのためにテープ
を前進させる。これにより、チップの縁部とウェルの壁
とが接触して、ビーム端部が損傷を受けることが避けら
れる。

次に第７Ａ図及び第７Ｂ図を参照して、チップ縁部のカ
プセル封じについて説明する。第７Ａ図は、第５図のデ
バイスで、樹脂がチップ縁部２５までは流れるが、側面
２７には流れない状態を示す。縁部２５は応力点であり
、用途によっては、樹脂のキャップ４２が応力によって
はがれることがある。そうすると、チップ自体の積層は
く離の原因にもなる。これを防止するために、本発明で
は、空気流と熱を制御して、縁部２５から側壁２７への
あふれ出しを制御し、第７Ｂ図に示すようなキャップを
形成させる。この実施例では、応力点を側壁上の位置４
３に移動させて、チップの主表面から遠ざけている。

第７Ａ図のキャップと第７Ｂ図のキャップの応力の影響
を比較するため、有限要素分析を行なっ□　　た。

第　　Ｉ　　表 第　　■　　表 注：　上記の表で、シリコン中の最大応力は、この厚み
のカプセル体の種類や有無に関係なく、ＩＬＢ接合部に
生じ、これは、アルミニウムのバンプ２８とチップ２４
との間の応力によるものである。

ハイゾルＦ’Ｐ４３２２は、無水酸で硬化させた充填剤
添加エポキシ樹脂、ＥＳ４３２２を凍結した製品である
。

アミコン３６２２は、熱硬化性シリコーン樹脂である。

これらの値を求めるのに使用したモデルは、カプセル体
の厚みが０．４ｍｍになるようにチップ全体を被覆した
場合である。

以」−説明したように、第７Ｂ図の縁部キャッピングは
、応力レベルを減少させる点で改善をもたらす。

本発明は、各種のコーティングに使用することができる
。下記に２例を示す。

例１　エポキシ系コーティング ハイゾル（Ｈｙｓｏｌ）液体エポキシ樹脂１利（ＥＳ４
３２２）を第２図ないし第４図に示す取付具に取り伺け
たチップの表面に塗布した。アルミニウムのブロックを
９０°Ｃに加熱した。空気流を使用せずにｖＪ利射山を
行な・うと、エポキシ樹脂はテープ」二に展着した。し
かしＮ　　１　、−４ｋｇ／ｃｍ”の圧力で空気流をリ
ードに吹きイ附けると、月利の展着か抑制されて、十分
にコーティングされたチッップが生成した。この方法に
関係する重要なパラメータは、注入するエポキシ樹脂の
量、取付具の温度、及び空気流の圧力と流速であった。

これは、使用する材料の種類によって異なり、通常の実
験によって決定することができる。

例２　シリコーン系コーティング ダウ・コーニング社（Ｄｏｗ　　Ｃｏ　ｒｎ　ｉ　ｎｇ
）のシリコーン樹脂（３−６５５０）は、例１で使用し
たハイゾル（Ｈｙｓｏｌ）エポキシ樹脂よりはるかに低
粘度（Ｌ　３００ｃｐｓ）である。ハイゾル・エポキシ
樹脂の粘度は、室温で約５０゜０００ＣＩ）Ｓである。

いずれの樹脂も、流動温度は取付具の温度か高くなると
改善される。しかし、シリコーン樹脂は粘度がより低い
ため、ビームの端部を越えて流れる傾向か高くなる。そ
のため、クローバの葉の形状に似た樹脂のあふれ出しを
生じる傾向がある。空気流があると、コーティングの厚
みを変えても展着を生じることなく、完全にチップが被
覆される。

本発明の、基本的な範囲から逸脱することなく、修正及
び変更を加えることができる。テープ自動ボンディング
に関して本発明の説明を行なったが、所定の厚みの被覆
を必要とするコーティング操作に使用できるように拡張
することができる。ある特定の用途は、リード・フレー
ムに接着した高入出力チップ・ワイヤの初期不動態化に
関するものである。低粘度の樹脂をチップ上に薄い層で
射出して、材料を反応させると、ワイヤのクロスオーバ
及び短絡がある程度防止される。さらに、取付具によっ
て従来のトランスファ成形の代わりにこの不動態化工程
を使用することができれば、より広範囲の厚みでコーテ
ィングを行なうことが可能になる。

２ｌ− Ｆ１発明の効果 本発明によれば、リードそれ自体に特別な細工をするこ
となく、リードに沿って封じ祠が展着するのを防止でき
、しかも低粘度の刺し材を用いて−様な厚さに正確にか
つきれいに月じ祠被覆を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による樹脂の注入と、空気流の原理を
説明する部分側面図、第２図は、本発明による熱空気ダ
ム取付具の上面図、第３図は、この取付具の側面図、第
４図は第３図に示した取付具の定位置にチップ及びテー
プを置いた状態を示す拡大側面図、第５図は、チップ表
面及び内部ビーム・リード接続部」二を延ひる硬化樹脂
ををする不動態化させたデツプ部分の側面図、第６図は
、チップとビーム上の硬化した重合体の縁部を示す第５
図の不動態化させたデツプ部分の平面図、第７Ａ図及び
第７Ｂ図は、完成した不動態化キャップを示す部分側面
図である。 １０・・・・取付具、１２・・・・カバー・プレート、
１４・・・・ウェル、１６・・・・真空ボート、２ｏ・
・・・開口、２２・・・・共通マニホールド、２４・・
・・チップ、２６．２８・・・・端子、３ｏ・・・・テ
ープ、４゜・・・・ノズル、４２・・・・液状樹脂。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） −２３＝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にリードが結合されている回路素子の上記表
   面を上に向けて上記回路素子を配置し、上記表面に、流
   動性を有する液状封じ材を供給して、この封じ材を上記
   表面に沿って流動させると共に、上記回路素子の周囲に
   下方から気体を噴射して上記封じ材の流れを制御するこ
   とを特徴とする回路素子表面封じ方法。
2. （２）表面にリードが結合されている回路素子の上記表
   面を上に向けて上記回路素子を保持するための取付具と
   、 上記回路素子を上記取付具に固定するための真空供給手
   段と、 上記回路素子の周囲に下方から気体流を供給するための
   気体供給手段と、 上記回路素子の上記表面に、流動性を有する液状封じ材
   を供給するための手段と、 を有する回路素子表面封じ装置。