JPH06169024A

JPH06169024A - 半導体装置のパッケージの封止方法

Info

Publication number: JPH06169024A
Application number: JP12331693A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakada; 信一中田; Taizo Takachi; 泰三高地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-06-14

Abstract

(57)【要約】【目的】封止構造の形成を短時間で行うことがで
き、かつインライン化や、耐湿性向上をも実現可能とし
た半導体装置の封止方法枠等の位置決め部のない被封
止面に封止部を接着する場合も、これを容易に行うこと
ができる、半導体装置の封止方法を提供する。【構成】半導体装置が内蔵された中空のパッケージ
本体１の被封止面に、封止部２を樹脂により熱接着して
該パッケージ本体を封止する際、ヒートブロック等の加
熱手段５上で直接パッケージ本体を加熱する。接着封
止に先立ち、封止部を被封止面に仮固着する工程を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のパッケー
ジの封止方法に関し、特に、半導体装置が内蔵された中
空のパッケージ本体の被封止面上にガラスやプラスチッ
ク材料などから成る封止部を樹脂により熱接着してこの
パッケージ本体を封止する半導体装置のパッケージの封
止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置が内蔵された中空のパッケー
ジ本体の被封止面上に封止部を樹脂により熱接着してパ
ッケージ本体を封止する封止方法は、例えばＣＣＤデバ
イスのパッケージのシールにおいて、従来より用いられ
ている。

【０００３】ＣＣＤパッケージは、従来、図４及び図５
に示す如く、パッケージ本体１にガラスやプラスチック
材料から成る蓋状の封止部２を、熱硬化性樹脂により接
着して、パッケージ封止を行っている。通常、予め熱硬
化性エポキシ樹脂が付着形成されているシールガラスを
封止部２として用い、この樹脂面を支持用の治具ベース
３上に載置したパッケージ本体１の被封止面上にセット
し、加圧治具４により封止部２の上面を加圧しつつ、オ
ーブン内にて加熱することによりシールキュアを行って
いる。

【０００４】ところが、このオーブン内での熱硬化工程
は、時間がかかり、一般に１００〜１５０℃の温度下で
５〜６時間を要していた。よって、これが、生産性を上
げることの隘路となっていた。

【０００５】またオーブン内での加熱処理は、インライ
ン化が困難である。よって、自動化は困難であった。ま
た、各パッケージのタイプ毎にバッチ処理を行う必要が
あって、作業性が低い。かつバッチ処理のため治具が必
要となり、膨大なコストがかかるという問題もある。

【０００６】更に従来のオーブン加熱による封止では、
耐湿性を向上させようとしても、必ずしもこれを実現で
きない。例えば、従来技術を用いる場合、小型パッケー
ジタイプではシールしろが縮少され、例えば通常は１．
２ｍｍ程度のものが０．５〜０．７７ｍｍ位になって、
このため耐湿性の著しい低下が見られることがあり、従
来の技術の範囲では、これは解決できない。

【０００７】また、従来は、シールガラス等の封止部を
パッケージに接着する際、封止面に対してシールガラス
等の封止部を位置決めするのに手間がかかる場合がある
という問題があった。

【０００８】シールガラス等の封止部をパッケージに本
固着（接着封止）するプロセス条件は、一般に約４ｋｇ
の荷重でシールガラス等をパッケージに押え、１２０
℃、４時間のキュアを行わなければならないが、図６
（ａ）に示すように、これまでのシールガラス等の封止
部２がはめ込まれる枠１ｂが付いた落し込みパッケージ
の場合、パッケージにシールガラス等の封止部２を落し
込むだけで、図６（ｂ）に示すように位置決めされるた
め、パッケージにシールガラスを押える治具にセットし
てキュア炉に入れるだけでよかった。

【０００９】ところが図７に示すように、このシールガ
ラス等の封止部２のはめ込まれる枠がないフラットなパ
ッケージ１′に固着する場合、シールガラス等とパッケ
ージ両方を位置決めする構造が付いた治具が必要とな
り、治具の価格が非常に高くなり、組立コストが上昇す
る。例えば、特開平４−４４２６５号に記載の技術は、
生産量により数多くの治具を必要とし、また治具構造が
複雑になってしまう。

【００１０】フラットシールガラスは、枠部分が不要な
ので、上下方向で上部の１層目をなくして薄くでき、平
面方向で図７（ｂ）のＡ，Ｂの分（枠の分）の縮小がで
きて有効なのであるが、図７（ｂ）のＣ方向での位置決
めに手間がかかり、封止が煩雑であるという問題があっ
たものである。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、封止構造の形成を短時間で行
うことができ、かつインライン化や、耐湿性向上をも実
現可能とした半導体装置の封止方法を提供することをそ
の目的とする。

【００１２】また本発明は、枠等の位置決め部のない被
封止面に封止部を接着する場合も、これを容易に行うこ
とができる半導体装置の封止方法を提供することを第２
の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本出願の請求項１の発明
は、半導体装置が内蔵された中空のパッケージ本体の被
封止面に、封止部を樹脂により熱接着して該パッケージ
本体を封止する半導体装置のパッケージの封止方法にお
いて、加熱手段上で直接パッケージ本体を加熱する工程
を備えることを特徴とする半導体装置のパッケージの封
止方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１４】本出願の請求項２の発明は、加熱手段上で
の加熱を、加圧しながら行うことを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置のパッケージの封止方法であって、
これにより上記目的を達成するものである。

【００１５】本出願の請求項３の発明は、加熱手段上で
の加熱を、樹脂の溶融温度で行うことを特徴とする請求
項１に記載の半導体装置のパッケージの封止方法であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００１６】本出願の請求項４の発明は、加熱手段上で
の加熱を、プリヒート工程として行い、該プリヒート工
程の後、接着を完了させる加熱工程を行うことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか記載の半導体装置のパ
ッケージの封止方法であって、これにより上記目的を達
成するものである。

【００１７】本出願の請求項５の発明は、プリヒート工
程の後の加熱工程が、加熱手段上での加熱であることを
特徴とする請求項４に記載の半導体装置のパッケージの
封止方法であって、これにより上記目的を達成するもの
である。

【００１８】本出願の請求項６の発明は、プリヒート工
程の後の加熱工程が、オーブン加熱であることを特徴と
する請求項４に記載の半導体装置のパッケージの封止方
法であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。

【００１９】本出願の請求項７の発明は、半導体装置が
内蔵された中空のパッケージ本体の被封止面に、封止部
を樹脂により熱接着して該パッケージ本体を封止する半
導体装置のパッケージの封止方法において、パッケージ
本体の被封止面上に樹脂を介して封止部を位置させ、該
封止部上から、加熱・加圧手段により押圧加熱すること
により、接着封止を行う工程を備えることを特徴とする
半導体装置のパッケージの封止方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００２０】なお、本明細書中、上下関係は相対的なも
のであり、必ずしも重力がかかる方向での上下を言うも
のではない。

【００２１】本出願の請求項８の発明は、半導体装置が
内蔵された中空のパッケージ本体の被封止面に、封止部
を接着して該パッケージ本体を封止する半導体装置のパ
ッケージの封止方法において、接着封止に先立ち、封止
部を被封止面に仮固着する工程を行うことを特徴とする
半導体装置のパッケージの封止方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００２２】

【作用】本発明によれば、ヒートブロック、ヒートコラ
ムと言った加熱手段上で直接パッケージ本体を加熱する
ので、従来に比し、大幅な封止構造形成時間の短縮を実
現できる。インライン化も可能であり、自動化を図るこ
とができる。また、加圧を併用して、シール性を高める
ことができる。

【００２３】また、プリヒートを用いることにより、耐
湿性の一層の向上を実現できる。

【００２４】また請求項８の発明によれば、仮固着を接
着封止に先立って行うので、フラットパッケージ等につ
いても容易に封止を行え、よってフラットパッケージの
利点を生かすことができる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。なお当然のことではあるが、本発明は実施
例により限定されるものではない。

【００２６】実施例１本実施例は、ＣＣＤパッケージのシールプロセスに本発
明を適用したものである。

【００２７】本実施例では、図１に示すように、封止部
２であるシールガラスを加圧手段４により上面から加圧
しながら、パッケージ本体１の裏面よりヒートブロック
を加熱手段５として用いてこの上にパッケージ本体１を
載置し、これに接触させて直接的に加熱する。

【００２８】これにより、パッケージ本体１の裏面より
パッケージシール面に熱が伝導し、シール樹脂を溶融さ
せて、封止部２（シールガラス）とパッケージ本体１が
密着し、シール樹脂が硬化する。これにより接着がなさ
れ、パッケージが封着されてシールが完了する。なお１
ａは、リード脚である。６はヒーターである。

【００２９】本構成によれば、従来のオーブンキュアと
比較して、はるかに急速に加熱できる。オーブン内の空
気を温める立上がり時間も不要である。速やかな加熱に
よっても、溶融粘度の低下とか、パッケージ内部圧力の
増大によるシールひけなども発生せず、問題なく完全な
シールが達成できた。

【００３０】本実施例において、シール樹脂の硬化（キ
ュア）条件としては、ヒートブロックを１５０℃前後、
ないし１５０〜１８０℃とし、シール面温度１３０〜１
４０℃で、１０〜３０分にて、シールキュアが可能であ
る。オーブンの内部空気の加熱が不要であるから、トー
タルで数１０分でシールが完了し、大幅な時間短縮が実
現できる。

【００３１】上記したような加熱の硬化条件により、１
回目のヒートアップ・加圧で十分に硬化がなされる温度
プロファイルと時間を設定できる。

【００３２】ヒートアップ・加圧条件としては、通常５
〜１０分単位でよい。一般的には、１回目のヒートアッ
プ・加圧を解除したときのシール外観が重要であり、こ
のときに、内部圧力の増大により、加圧が解除されたと
きシールガラスを押し上げてシール樹脂内部に気泡が浸
入することを防ぐことが要せられる。気泡が一旦浸入す
ると、そのまま硬化してしまい、外観及び耐湿性の問題
となるためである。これについては、本実施例の上記シ
ール面温度、加熱時間を採用したことにより、良好な結
果が得られた。シール樹脂の種類やパッケージの形態に
応じ、シール樹脂に適切な温度、及び時間−加圧力の設
定を行えば、シール外観、耐湿性の問題もなく、大幅な
時間短縮化ができる。本実施例では、ヒートサイクル、
高温高湿バイアス１０００時間の規格を、十分にクリア
ーするパッケージシール構造が得られた。

【００３３】本実施例では、インライン化対応を可能と
するための搬送システムでのタクトを考慮して、キュア
時間を５〜１０分単位で、ヒートアップ・加圧を解除し
て（即ち、例えば一つのステーションから他のステーシ
ョンに移して、各々で加熱するようにして）、これによ
り必要時間分を繰り返し行った。このように実施して
も、シール外観について問題ないことが確認できた。

【００３４】本実施例によれば、パッケージ本体１裏面
より加熱手段５により直接加熱してパッケージシール面
温度が上昇し（シール面１３０〜１４０℃ないし１５０
℃前後）、シール樹脂が溶融し、封止部２であるシール
ガラスとパッケージ本体１が密着する。更にヒートアッ
プを行い、樹脂を硬化させる。このようにしたので、シ
ール工程の大幅な時間短縮化が実現できた（従来の５〜
６時間に対し、１０〜２０分とすることができた）。

【００３５】また、インライン化による治具工具廃止、
生産性の向上を図ることができた（１０倍以上の生産性
の向上が可能である）。更に、ヒートサイクル実験によ
る信頼性が高く、熱による分光特性変動が小さいなど、
製品はすぐれたものであった。

【００３６】実施例２本実施例も、ＣＣＤパッケージのシールへの適用例であ
る。

【００３７】本実施例においては、樹脂の硬化工程であ
るシールキュアを行う前に、加熱手段５であるヒートコ
ラム（ヒートブロック）によりプリヒートし、パッケー
ジ本体１と封止部２（シールガラス等）を予備加熱す
る。

【００３８】本実施例においては、まずＣＣＤパッケー
ジ本体１にシール樹脂付きのシールガラスをセットして
（プリヒート後にセットしても良い）、パッケージ本体
１の裏面より加熱して、熱伝導によりシール面が最下９
０〜１２０℃程度となるようにする（図２（ａ）参
照）。

【００３９】本実施例におけるプリヒート時間は、３０
〜３００秒程度とした。プリヒートの間は、これを無加
圧で行う。このプリヒートにおいて、シール面において
樹脂が加熱され、溶融しはじめる。

【００４０】プロセス条件としては、プリヒート時に十
分に樹脂を溶融させ、かつ、この段階では硬化が進行し
ないように条件設定する。このため、樹脂特性に合わせ
て温度・時間を設定した。このプリヒートでゲル化して
しまうと、プリヒート後のシールキュアで十分なぬれ性
が得られず、耐湿性劣化を招くことがあるからである。

【００４１】プリヒート温度を９０〜１００℃の低めの
温度に設定すれば、プリヒート時間３００秒程度でも、
硬化反応に影響なく、安定なプロセスを実現できる。こ
れにより、インライン化にも対応可能になる。

【００４２】プリヒート終了後、樹脂が溶融した状態
で、プリヒート時と同様に加熱手段５（ヒートコラム）
にて加熱する。このとき、封止部３であるガラスを、上
面より加圧手段４により１〜４ｋｇ程度加圧する（図２
（ｂ）参照）。

【００４３】シール面の温度は、硬化を進行させるため
に、１３０〜１５０℃とし、加熱時間３〜２０分に設定
する。

【００４４】この段階では、プリヒートによりすでに樹
脂は十分に溶融しているため、樹脂は加圧・ヒートアッ
プと同時に速やかにぬれ広がり、温度上昇とともに硬化
が進行し、封止が完了する。本実施例では、４〜５分で
硬化して封止が完了した。

【００４５】ヒートコラムのみによるシールキュアでは
ぬれ性が低下するおそれがあり、耐湿性向上を図れない
可能性があるが、プリヒートを用いると、オーブンキュ
アよりもぬれ性が向上し、耐湿性もプレッシャークッカ
ーテストによると約２０％アップすることができた。

【００４６】図３に、各方法によるシールキュアでの樹
脂溶融粘度変化を示す。Ｉは加熱手段による直接加熱
（ヒートコラムないしヒートブロックによるキュア）、
ＩＩはオーブンキュアの場合である。オーブンキュアの
場合に比し、直接加熱の場合Ｉの反応速度が大であるこ
とがわかる。その中で、プリヒートなしの場合Ｉｂに比
べ、プリヒートありの場合Ｉａの方が、粘度の低下が著
しく、シール性について有利であることがわかる。

【００４７】即ち、プリヒートなしの場合Ｉｂは、温度
上昇に伴い、硬化が早く進行し、粘度が低くならずぬれ
性の向上は顕著ではないが、プリヒートありの場合では
硬化加熱（本キュア）前に粘度が十分に低下し、ぬれ性
が著しく向上し、耐湿性向上が実現される。

【００４８】上記実施例では、封止部２であるシールガ
ラスをプリヒート前にパッケージ本体１にセットした
が、プリヒート後にセットしてもよい。

【００４９】上記のように、プリヒートを用いることに
より、キュア時間短縮及び耐湿性の向上が実現できた。

【００５０】実施例３実施例２では、樹脂硬化用加熱処理（本キュア）を、プ
リヒート同様、加熱手段５であるヒートコラム上にて行
ったが、本実施例では、プリヒート後に、キュア炉（オ
ーブン）内で加熱・加圧して、シールを完成させた。本
実施例は、実施例２よりはリードタイムが長くなる可能
性があるが、同様の効果が得られる。

【００５１】実施例４図８を参照して、実施例４を説明する。この実施例は、
請求項８の発明を具体化したものである。

【００５２】図８において、ＩＣチップ１ｃを内蔵する
パッケージ本体１は、位置決めされた状態で、８０℃位
にヒーター６によって加熱されている。その状態で、熱
硬化型エポキシ接着材が半硬化した状態で塗布されてい
る封止部２（ここではシールガラス）をステージ８（通
称Ｂステージと称されている）上から、バキュームヘッ
ド７で位置決めされた状態で約３００ｇ加圧する。する
と、Ｂステージ８のパッケージとの接触面９が溶融し、
封止部２であるシールガラスとパッケージ本体１は取り
出して常温に戻すと、仮固着されている。

【００５３】この接着力は非常に弱く、５００ｇ程度の
接着力であるが、治具への移載等本固着（接着封止）ま
での作業上では問題とならない。

【００５４】本実施例において、Ｂステージ８の特性
は、接触面９において５０℃からゲル化（溶融）が始ま
り、１３０℃にてある時間を越えた時より、こんどは硬
化し始める設定になっている。この硬化温度よりもかな
り低い８０℃を使い、Ｂステージ８も表面のみゲル化し
た状態の時に加圧することで、弱い接着力が起きるのを
利用したのがこの仮固着である。硬化温度よりもかなり
低い温度で短時間で仮固着を行うので、本固着でのプロ
セスには影響を及ばない。また短時間に高精度に仮固着
できるため生産性が良い。

【００５５】本実施例によれば、フラットパッケージに
おいて生産性の良いプロセスを実現でき、落し込みパッ
ケージに較べて生産コストのアップを見ないため、枠に
相当するパッケージ上部一層目をなくすことができ、こ
れによりパッケージのローコスト化ができる。

【００５６】更に、例えばＣＣＤはカメラ一体型８ｍｍ
ビデオ等に使用されるため、縮小化の要求が高いので、
フラットパッケージを使用して精度が良い仮固着を行う
ことで、従来までの枠の部分であった図７のＡ，Ｂの部
分をなくし、ＣＣＤ等の縮小化が実現できる。

【００５７】このように本実施例では、仮固着のプロセ
スを行うことで、フラットパッケージの本固着を従来の
治具で生産が可能となった。かつフラットパッケージの
生産が組立コストが高くならずに可能で、パッケージが
枠の部分がなくなるフラットパッケージにより、ローコ
スト化ができる。更に、パッケージの枠がなくなり、高
精度な位置決めで固着できるので、枠の部分の寸法を小
さくすることができ、製品の縮小化が図れる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の封止にお
いて、封止構造の形成を短時間に行うことができ、かつ
インライン化や、耐湿性向上をも実現可能にできる。

【００５９】また、本発明によれば、低価格、かつ小型
化可能なフラットパッケージを用いて、容易な封止を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す図である。

【図２】実施例２を示す図である。

【図３】作用説明図である。

【図４】従来技術を示す。

【図５】従来技術を示す。

【図６】従来の落とし込みパッケージを示す図面であ
る。

【図７】フラットパッケージの問題点を示す図である。

【図８】実施例４を示す図であって、仮固着状態の断面
図である。

【符号の説明】

１パッケージ本体２封止部４加圧手段５加熱手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置が内蔵された中空のパッケージ
本体の被封止面に、封止部を樹脂により熱接着して該パ
ッケージ本体を封止する半導体装置のパッケージの封止
方法において、加熱手段上で直接パッケージ本体を加熱する工程を備え
ることを特徴とする半導体装置のパッケージの封止方
法。
【請求項２】加熱手段上での加熱を、加圧しながら行う
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のパッケ
ージの封止方法。
【請求項３】加熱手段上での加熱を、樹脂の溶融温度で
行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のパ
ッケージの封止方法。
【請求項４】加熱手段上での加熱を、プリヒート工程と
して行い、該プリヒート工程の後、接着を完了させる加
熱工程を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいず
れか記載の半導体装置のパッケージの封止方法。
【請求項５】プリヒート工程の後の加熱工程が、加熱手
段上での加熱であることを特徴とする請求項４に記載の
半導体装置のパッケージの封止方法。
【請求項６】プリヒート工程の後の加熱工程が、オーブ
ン加熱であることを特徴とする請求項４に記載の半導体
装置のパッケージの封止方法。
【請求項７】半導体装置が内蔵された中空のパッケージ
本体の被封止面に、封止部を樹脂により熱接着して該パ
ッケージ本体を封止する半導体装置のパッケージの封止
方法において、パッケージ本体の被封止面上に樹脂を介して封止部を位
置させ、該封止部上から、加熱・加圧手段により押圧加
熱することにより、接着封止を行う工程を備えることを
特徴とする半導体装置のパッケージの封止方法。
【請求項８】半導体装置が内蔵された中空のパッケージ
本体の被封止面に、封止部を接着して該パッケージ本体
を封止する半導体装置のパッケージの封止方法におい
て、接着封止に先立ち、封止部を被封止面に仮固着する工程
を行うことを特徴とする半導体装置のパッケージの封止
方法。