JPH07202076A - 電子部品パッケージ - Google Patents
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- H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap
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Abstract
の温度差、さらに、それを覆うカバーとの間の熱膨張差
を緩和させる半導体チップの組立体を提供することであ
る。 【構成】 電子部品の底部表面は、電子部品を支持する
支持要素に1箇所でのみ結合され、電子部品と回路基板
との間の相対的な横方向の移動は、支持要素の1箇所の
近傍にのみ制限される。1箇(あるいは、少数の)支持
部材のみが電子部品に結合されているために、電子部品
と回路部品との間の熱膨張率の差に起因するパッケージ
の応力およびひずみを低減させ、電子部品の底部表面の
接合領域、すなわち、接着媒体が接触する領域は、底部
表面の全面積の1/10以下である。
Description
この半導体電子部品のパッケージに関する。
あるいは、電子部品の金属パッドを介して、外部の回路
に電気的にアクセスする必要がある。この電気的アクセ
スは、通常、電子部品が配置される回路基板により行わ
れる。このような回路基板は、プリント回路基板、ある
いは、積層した多層の回路基板であり、この積層回路基
板は、リード−フレーム・ボードとも称する。このリー
ドフレームボードは、電気的、あるいは、機械的にハン
ダバンプ列、あるいは、プラグ−インピングリド(plug
-in pin grid)列、いわゆる「マザーボード」により接
続されている。そして、このようなマザーボードの上に
多数の電気的な相互接続チップが配置され、また集積回
路チップに集積できなかったキャパシタ、トランス、レ
ジスタ等が配置されている。
ワイヤボンドでもって、プリント回路基板とシリコン製
の集積回路チップとを接続する組立体が開示されてい
る。そして、また、この構造体はシリコンチップを機械
的に支持するために、チップ−接合−金属パッドが回路
基板の上に配置され、このチップは、この金属パッドに
導電性接着剤でもって接着されている。しかし、チップ
−接合−金属パッドとチップの面積とがほぼ同じ程度に
なると、回路基板とチップとの間の熱膨張率の差によっ
て、回路ボードの組立体にひずみが生じることになる。
特に、チップの横方向の寸法が大きくなると、熱膨張問
題は重大となる。その理由は、熱膨張率は長さに比例す
るからである。
装置(stiffener)を金属パッドと半導体チップの間に
挿入して、熱膨張率の差に起因する回路基板の機械的ス
トレスを緩和している。しかし、この金属製固定装置は
柔軟性がないために、下回路基板内にひずみが発生する
ことになる。そして、このひずみは、熱が繰り返しかか
ることにより、膨張と収縮を繰り返し、最終的には金属
疲労を起こして、半導体素子の組立体を破壊してしまう
ことがある。さらに、また前掲の特許は電気回路基板の
上に搭載された半導体チップを一体に組み立てる構造体
を開示し、それにより、周囲に対し、シリコンチップを
シールしている。しかし、モールド部品は、シリコンチ
ップとプリント回路基板と熱膨張率が必ずしも等しくな
いために、熱の繰り返しサイクルにより、チップ、ある
いは、回路ボード、あるいは、その両方にひずみ、ある
いは応力を発生させる。
は、回路基板および基板上に搭載されたシリコンチップ
との間の温度差による膨張差を緩和させ、さらに、それ
を覆うカバーとの間の熱膨張差を緩和させるような半導
体チップの組立体を提供することである。
立体は、特許請求の範囲に記載したような構成を有す
る。このように構成することにより、電子部品の底部表
面は、電子部品を支持する支持要素に好ましくは1箇所
でのみ結合され、電子部品と回路基板との間の相対的な
横方向の移動は、支持要素の1箇所の近傍にのみ制限さ
れる。このようにして、1個の、あるいは、数少ない支
持部材のみが電子部品に結合されているために、電子部
品と回路部品との間の熱膨張率の差に起因するパッケー
ジの応力およびひずみを低減させる。好ましくは、電子
部品の底部表面の接合領域、すなわち、接着媒体が接触
する領域は、底部表面の全面積の1/10以下である。
本明細書において、電子部品とは、半導体集積回路チッ
プ、接続基板に配置されるこのような半導体チップを複
数含むマルチチップモジュール、あるいは、このような
マルチチップモジュールの構成体等を意味する。さら
に、モールド剤によりカプセル化されることに起因する
熱応力の問題を緩和するために、電子部品の上表面およ
び底表面の露出部分の全体をカバーするようなソフトゲ
ルのような柔軟剤でもって、このカプセル化が行われ
る。そして、この柔軟ゲル(ソフトゲル)を堅い半球状
のカバーでもって被う。そして、そのカバーの端部に沿
って配置されているフランジが回路基板、あるいは、回
路基板の上部表面の保護層に固着される。このカバーの
目的は、ソフトゲルがマザーボードへ自動的に組み立て
ることを容易にするために、固化する前にカバーで覆わ
れて部分からゲルが流れ出さないようにするためであ
る。
0を有し、この回路基板200は、一般的にリードフレ
ームのボードで、その上に電子部品が集積回路チップ3
00の形態で、局部金属層243、244、245によ
り搭載されている。局部金属層243、244、245
の上部表面は、それぞれ局部支持層253、254、2
55によりコーティングされている。接着層304は局
部的に形成された支持層の1つの上で、しかもその一部
の上にのみ形成され、すなわち、図においては、局部支
持層254の中央部分の上にのみ形成され、それにより
集積回路チップ300の側面方向の動き(特に、組立工
程中における)を阻止する。この接着層304はエポキ
シで、集積回路チップ300が局部支持層253、25
4、255の全ての上に適切に配置された後、加熱する
ことにより硬化する。
正方形または長方形をしている。この集積回路チップ3
00の底部表面に少なくとも2個の局部金属層243、
245が形成されている。この数は、一般的には、6個
以上である。これらの局部支持層253、254、25
5は、それぞれ下の局部金属層243、244、245
とともに、回路基板200から所定の垂直距離離れた位
置に集積回路チップ300の位置を保持する。
ルのようなソフトゲル媒体400により、上部表面と底
部表面の露出した一部に接触することにより、カプセル
化する。ここで用いられる「ソフト」とは、ゲル媒体の
ヤング率が100psi以下(7200g/cm2)
で、その使用期間中における電気的動作に伴う集積回路
チップ300を熱サイクルに課す間局部支持層253と
255の上部表面に沿って、集積回路チップ300の底
部表面がスライトできるように十分な柔軟性を有するソ
フトゲル媒体400が形成される。
ー500内に閉じ込められる。このカバー500はプラ
スチック製で、その周辺部分に沿ってフランジ504を
有している。このフランジ504の底部表面は、リッジ
501の部分を除いて、平面状であり、そのフランジ5
04の周囲の全ての部分に形成されている。このカバー
500は少なくとも2個の開口502と503を有し、
その内の1つは、ソフトゲル媒体400が底から注入さ
れるためのものであり、他の1つはソフトゲル媒体40
0が注入され、硬化する前に、空気を抜くためのもので
ある。そして、その後硬化する。
401により、連続的に周辺に形成されたメッキマスク
層251に接合される。ワイヤ層241と246は回路
基板200の上部表面上に配置される。これらのワイヤ
層241、246は、カバー500の周辺部分に沿っ
て、配置された個別の数百のプリント回路ワイヤを表
し、それらの各々は銅製で、メッキマスク層251の対
応する部分により塗布される。このメッキマスク層25
1の厚さは10−50μmで、その材料は光により規定
可能なポリマ、あるいは、他のパターン化ポリマ製であ
る。接着層401の厚さは大きく、例えば、450−5
00μmの範囲内であり、メッキマスク層251により
形成された接合は、極めて柔軟性に富んでいる(水平方
向に)。
当な接点金属化層によりコーティングされる。そのよう
な層の例としては、ニッケル層の上の金層で、これによ
り、それぞれ一対の離間した外部接点パッド261、内
部接点パッド262が規定される。同様に、一対の離間
した内部接点パッド266、外部接点パッド267は、
それぞれ246の上に規定される。一般的に、これら全
ての接点パッドは、ワイヤ層241の上にニッケルの無
電解メッキ、あるいは、電解メッキによりメッキされ、
その後、金を電気メッキする。これら接点パッドの全て
は、メッキマスク層251が形成された直後にメッキす
るのが好ましい。
Oパッド301、302を有する。一般的に、ワイヤ3
11、312は、このI/Oパッド301、302をそ
れぞれ内部接点パッド262、266に電気的に接触さ
せる。
62はワイヤ層241により電気的に相互接続され、こ
れにより、I/Oパッド301は外部接点パッド261
にワイヤ311、内部接点パッド262、ワイヤ層24
1を介して、電気的に接続される。かくして、外部接点
パッド261(または外部接点パッド267、またはそ
の両方)は、集積回路チップ300に対する電気的アク
セスポイントとして機能し、これにより、集積回路チッ
プ300のテスト、あるいは、利用回路800(または
利用回路900、あるいはその両方)を集積回路チップ
300に接続する手段として機能する。
層252によりコーティングされた局部金属層242か
らなるエポキシダム(エポキシ流停止層)が形成され
る。この局部金属層242はワイヤ層241、246と
同一材料で、且つ同時期に形成される。この保護ダム層
252は局部金属層243、244、245とメッキマ
スク層251と同時期に、且つ同一材料で形成される。
このエポキシダムは、集積回路チップ300の周囲にリ
ング状をしており、エポキシがカバー500の接合の
間、高温に維持されている時には、接着層401内のエ
ポキシ流から生じるエポキシの汚染から、チップを保護
する。このエポキシは、比較的低いガラス転移温度を有
し、このガラス転移温度が45℃である。その接合は、
そのガラス転移温度以上の温度に、エポキシを加熱する
ことにより硬化させて行う。
は、このカバー500をまず未硬化エポキシ浴内に浸
し、これにより、リッジ501を含むフランジ504の
底部表面全体がエポキシで濡れて、その後、下方向に力
をかけて、フランジ504をメッキマスク層251の上
の場所に配置する。このリッジ501は、かくして、フ
ランジ504の平面状の底部表面がメッキマスク層25
1の上部表面から所望の垂直距離離れるように自動的に
機能する。
(すなわち、フランジ504の底部表面を平面状に
し)、機械的に垂直方向整合ツールを用いて、カバー5
00をフランジ504とメッキマスク層251の間の所
望の垂直方向距離が、このツールによって、保たれるよ
うな位置に配置することにより行われる。さらに、この
ような場合、未硬化のエポキシリングをツールがカバー
500をその最終位置に配置する前に、メッキマスク層
251の上部表面に配置することができる(すなわち、
接着層401の厚さの上記の範囲内において、所望の垂
直方向距離維持ができる)。何れにしても、フランジ5
04をエポキシ内に配置した後、このエポキシは加熱す
ることにより硬化し、カバー500とメッキマスク層2
51との間に永続的な適用型接続が形成できる。これは
リッジ501の存否に関わらずである。
のソフトゲル媒体400は開口502を介して、未硬化
状態で注入され、一方、過剰な空気は開口503を介し
て抜かれる。この未硬化状態のソフトゲル媒体400
は、極めて低粘性で、高表面ウェット特性を有し、その
ために、局部支持層253と255との隣接する間のス
ペースを介して流入し、そして、ゲル媒体の挿入プロセ
スは、ソフトゲル媒体400が所望のレベルに到達する
まで行われる。この未硬化ゲルの低粘性は、ワイヤボン
ドがスウェープするのを阻止する。そして、その後、こ
のゲルは加熱により硬化する。
びカバー500とメッキマスク層251との間の接合特
性のために、回路基板200とカバー500との間の熱
膨張による不適合は、熱サイクルがかかる間、ワイヤ3
11、312の一体性を損なう。そして、この回路基板
200はカバー500とは独立に伸縮することができ
る。
により、集積回路チップ300をゲルでもって、完全な
下から充填できる。このケース内の集積回路チップ30
0は、複数のICチップからなるマルチチップモジュー
ルであり、このICチップはシリコン、あるいはシリコ
ン製基板、あるいはセラミックス製基板、あるいはケー
スのような基板に接合されたフリップチップで、このケ
ース内の集積回路チップ300は、このようなチップ、
あるいは、モジュールからなる。
場合に生成される熱的サイクルの間、集積回路チップ3
00の底部表面は局部支持層253、255の上部表面
に沿って、自由にスライド可能であり、そして、集積回
路チップ300そのものは、ソフトゲル媒体400内を
横方向に移動でき、これにより、集積回路チップ300
の電気的動作に伴うソフトゲル媒体400の熱サイクル
は、集積回路チップ300内、あるいは回路基板200
内の何れにも、好ましくないひずみまたは応力を生成す
ることがなく、あるいは、ワイヤ311、312の電気
的一体性を損なうこともない。
上部表面に伸びる開口を有し、この開口はワイヤ層24
1、246の横方向の範囲内に配置される。各々銅製の
回路基板ワイヤ層221、224は、回路基板200の
底部表面で開口の位置に配置される。これらの開口の側
壁は、貫通導体231、236でコーティングされる
(銅製)。貫通導体231、236の底部は、それぞれ
ハンダバンプ201、204を介して、マザーボード1
00の上部表面に配置されたマザーボードワイヤ層10
1、104に電気的に接触する。ハンダバンプ202、
203の二次元の代表的なアレイは、その全数が100
のオーダーであり、回路基板ワイヤ層222、223を
それぞれマザーボードワイヤ層102、103でもっ
て、電気的に接続する。回路基板ワイヤ層221、22
4の露出表面は、それぞれハンダマスク層211、21
6でコーティングされる。マザーボードワイヤ層10
1、102、103、104の露出表面は、それぞれハ
ンダストップ層111、112、113、114でもっ
てコーティングされる。
ド、エポキシガラス、ガラスファイバ強化エポキシ製で
ある。この回路基板200も同じく、エポキシ、ガラス
ファイバ透過エポキシ、ポリイミド、セラミックス製で
ある。この回路基板200はマザーボード100にハン
ダバンプ201、202、203、204により、ハン
ダ付けするのが好ましいが、これはフランジ504がリ
ッジ501に(あるいは、直接メッキマスク層251
に)接合する。この接合はソフトゲル媒体400が硬化
する時期の前後を問わない。回路基板200をマザーボ
ード100にハンダ付けすることは、ソフトゲル媒体4
00を注入する前、あるいは、それが硬化する前の何れ
かにおいて行われる。しかし、ソフトゲル媒体400の
硬化と導入(注入)との間の時間間隔を最小にするのが
好ましい。
る代わりに、カバー600は少なくとも2個のテーパ付
き開口602、603を有する。このテーパ付き開口6
02、603のテーパは、その開口の直径がカバー60
0の外側よりも内側の方が小さいように形成される。
内側直径は1.3mmで、その外側直径は約2.0mm
である。このテーパ付き開口602、603の外側面積
対内側面積の比は約2.0−5.0の範囲内である。こ
のようなテーパは、カバー600を形成する際に、標準
の注入モールドプロセスを用いられる金属モードを適切
に設計することにより行われる。このようにして、テー
パ付き開口602、603のテーパは、ソフトゲル媒体
400が硬化する前に、テーパ付き開口602、603
を介して、ゲルの好ましくない流れを抑制する。さらに
このテーパは、カバー600とカバー600内にゲルが
注入されるのに用いられる素子に(例えば、テーパ付き
の中空ニードル)との間の漏れをなくすように機能す
る。
バー700の上部の正方形の表面の対角線の直交端部に
配置されるのがさらに好ましい。同時に、補助フランジ
705、708をカバー700の位置(傾斜)側壁の上
に配置し、そして、補助フランジ706、707をその
対向する(傾斜)側壁に配置するのが好ましい。
08の目的は、ソフトゲル媒体400のソース(図示せ
ず)に対応するカバー700の方向を決める。このた
め、全ての補助フランジ705、706、707、70
8が入口を有さない場合にのみ、ハウジング(図示せ
ず)は入口を有する。その後、移動ツール(図示せず)
はこのハウジングからカバー700を持ち上げて、それ
を回路基板200を覆い、適切な位置及び方向に配置す
る。このように、テーパ付き開口702、703はソフ
トゲル媒体400の局部的なソースでもって一列にな
る。一般的にこのソースはゲルを注入するためのノズル
を有する容器からなる。
×5個の集積回路チップ300の列の上に、そして、回
路基板200の上に配置される。この配置ツールは、1
0個のカバーの各々を10個の電子部品の上の適当な位
置に配置する。
示した水平面(xy面)に向いている場合、あるいは、
水平面に対し、180°の角度で回転する場合には、そ
の後のみ、カバー700は前述のハウジング内に配置で
きる。このようにして、このフランジは機械的ストッパ
として機能し、カバー700が望ましくない方向にハウ
ジング内に入るのを阻止する。このようにして、配置ツ
ールに対するカバー700の好ましくない方向、そし
て、その結果、ゲル媒体ソースに対する好ましくない方
向が阻止できる。例えば、ゲルをゲルソースから受け取
るのに適した最初の位置からスタートすると、水平面に
おける180°の回転は、カバー700を適当なゲル受
領位置に保持するが、90°の回転は必ずしも保持しな
い。この理由は、2個のテーパ付き開口702、703
の90°の回転対称特性がないためである。かくして、
補助フランジ705、706、707、708は、カバ
ー700が好ましい方向からのみ、上記ハウジング内に
入ることを可能にする。
その支持部品とともに勝手に回転させることにより、こ
のカバー700はゲルソースがテーパ付き開口702、
703の1つと適切に整合するようにハウジング内に配
置される。
01、202、203、204は米国特許出願08/1
28492号に開示したように形成することもできる
し、あるいは、従来技術のプラグ−イン−ピンのアレイ
として形成することもできる。別法として、このマザー
ボード100を取り除き全てのアクセス回路を回路基板
200の上、あるいは、中に配置することもできる。
り、コーティングされた局部金属層243、244、2
45により提供される支持部品の代わりに、ポリマ層の
み、あるいは、回路基板200の上部表面にエンボッシ
ング(凹凸形成)により形成された凹凸領域によっても
提供することができる。局部支持層254およびその下
の局部金属層244により形成される中央部の支持部材
は、局部金属層243、245とともに局部支持層25
3、255により形成される他の支持部材と一体化し、
それにより、単一の支持部材を形成することができ、こ
の利点としては、集積回路チップ300は回路基板20
0の単一の支持部材の中央部分にのみ形成されて、支持
部材の周辺領域における横方向の移動を可能とすること
もできる。また、この接着層304は、他の支持部材の
上に分散させ、特に、この支持部材を支持する接着媒体
の接点の全ての領域が集積回路チップ300の中央部分
に集中できる。これにより、チップの底部表面の十分の
一以下の接着面積となる。
ップの組立体は、回路基板および基板上に搭載されたシ
リコンチップとの間の温度差、さらに、それを覆うカバ
ーとの間の熱膨張差を緩和させる。
断面図。
の部分断面図。
の上面図。
層 111、112、113、114 ハンダストップ層 200 回路基板 201、202、203、204 ハンダバンプ 211、216 ハンダマスク層 221、222、223、224 回路基板ワイヤ層 231、236 貫通導体 241、246 ワイヤ層 242、243、244、245 局部金属層 251 メッキマスク層 252 保護ダム層 253、254、255 局部支持層 261、267 外部接点パッド 262、266 内部接点パッド 300 集積回路チップ 301、302 I/Oパッド 304 接着層 311、312 ワイヤ 400 ソフトゲル媒体 401 接着層 500 カバー 501 リッジ 502、503 開口 504 フランジ 600 カバー 602、603 テーパ付き開口 700 カバー 702、703 テーパ付き開口 704、705、706、707 補助フランジ 800、900 利用回路
Claims (8)
- 【請求項1】 (a)回路基板(200)と、 (b)前記回路基板の上部表面に配置された支持要素
(243、253;244、254;245、255)
と、 (c)前記回路基板(200)の上部表面から前記支持
要素によって離間保持された底部表面を有する電子部品
(300)と、 (d)前記支持要素の少なくとも1つの上部表面の一部
に配置された局部接着媒体(304)と、 からなり、前記電子部品の底部表面は前記支持要素の少
なくとも1つの上部表面に接着されることを特徴とする
電子部品パッケージ。 - 【請求項2】 (a)その周辺表面が前記回路基板(2
00)に、あるいは、前記回路基板の上部表面の一部を
塗布する保護層(251)に接続され、電子部品から離
間して配置されたカバー(500)と、 (b)前記(500)内に前記電子部品の上部表面と底
部を覆う柔軟媒体(400)とをさらに有することを特
徴とする請求項1のパッケージ。 - 【請求項3】 前記支持要素は金属層であることを特徴
とする請求項2のパッケージ。 - 【請求項4】 前記金属層の露出した上部表面を保護コ
ーティングで塗布することを特徴とする請求項3のパッ
ケージ。 - 【請求項5】 前記カバー(500)は少なくとも2個
の開口を有することを特徴とする請求項2のパッケー
ジ。 - 【請求項6】 前記開口はテーパ状で、開口の外側の面
積と内側の面積の比は約2.0となることを特徴とする
請求項5のパッケージ。 - 【請求項7】 前記接着媒体は、支持要素の1つの上に
のみ配置されることを特徴とする請求項1のパッケー
ジ。 - 【請求項8】 前記カバーはその対向する第1と第2の
側壁に配置された少なくとも第1と第2のフランジを有
することを特徴とする請求項5のパッケージ。
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