JPH08125315A - Semiconductor package enabling direct die-attachment - Google Patents

Semiconductor package enabling direct die-attachment

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JPH08125315A
JPH08125315A JP25572094A JP25572094A JPH08125315A JP H08125315 A JPH08125315 A JP H08125315A JP 25572094 A JP25572094 A JP 25572094A JP 25572094 A JP25572094 A JP 25572094A JP H08125315 A JPH08125315 A JP H08125315A
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JP
Japan
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semiconductor package
insulating layer
semiconductor
base substrate
copper foil
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Application number
JP25572094A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Nagamine
邦浩 永峰
Seiichi Takahashi
清一 高橋
Kinichi Kanemitsu
均一 金光
Naoshi Mineta
直志 峯田
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0284Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

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  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide an inexpensive and highly reliable semiconductor package which enables direct adhesion without adopting die-attaching technique which is usually used when mounting a semiconductor element in a a semiconductor package production process. CONSTITUTION: A semiconductor package is obtained, wherein a metallic base substrate with a copper foil layer wherein a circuit is machined through an insulation layer on a metallic plate is used and a semiconductor element is thermally compressed directly on an adherent insulation layer wherein a semiconductor package with a brim part which is machined into a soup dish shape through press molding, etc., in the metallic base substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路素子用
のパッケージに関し、特に、半導体集積回路素子を熱可
塑性ポリイミドにより直接ダイアタッチする半導体パッ
ケージに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a package for a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor package in which a semiconductor integrated circuit device is directly die-attached with a thermoplastic polyimide.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路用の半導体パッケージとして
は、DIP(Dual In-line Package)、SOP(Small
Outline Package )、QFP(Quad Flat Package )等
各種のものがある。例えば、従来の半導体パッケージ製
造工程を〔図4〕に示すが、半導体集積回路素子は、リ
ードフレーム上のダイパッド部へ、接着剤を介して接着
(ダイアタッチ)され、集積回路素子の電極部とインナ
ーリード部とをボンディングワイヤーで接続した後、ア
ウターリード部を除いた全体が樹脂でモールドされる。
ところで、半導体素子(チップ)の大規模集積化及び高
速動作化が進み、半導体パッケージにも多ピン化、放熱
性、信頼性が要求されている。これらの要求に答えるた
め、例えば、特開平1ー132147号公報に記載され
たパッケージや、本発明者らによる特開平4ー6893
公報に記載された電子回路パッケージが提案されてい
る。これらの半導体パッケージは、従来のリードフレー
ムを用いないが、パッケージ作製工程では、〔図5〕に
示すように、従来の半導体パッケージと同じように、半
導体素子を銅箔で形成されたダイパッド部に接着剤によ
り接着し、ボンディングワイヤーにて半導体素子とイン
ナーリードに相当する銅箔パターン部を接続後、樹脂封
止を行う。
2. Description of the Related Art Semiconductor packages for integrated circuits include DIP (Dual In-line Package) and SOP (Small).
There are various types such as Outline Package) and QFP (Quad Flat Package). For example, a conventional semiconductor package manufacturing process is shown in FIG. 4, in which a semiconductor integrated circuit element is bonded (die-attached) to a die pad portion on a lead frame via an adhesive to form an electrode portion of the integrated circuit element. After connecting the inner lead portion with a bonding wire, the entire body except the outer lead portion is molded with resin.
By the way, as semiconductor devices (chips) are being integrated on a large scale and operating at high speed, semiconductor packages are also required to have a large number of pins, heat dissipation and reliability. In order to meet these demands, for example, the package described in JP-A-1-132147 or the JP-A-4-6893 by the present inventors.
The electronic circuit package described in the publication has been proposed. These semiconductor packages do not use a conventional lead frame, but in the package manufacturing process, as shown in [FIG. 5], a semiconductor element is formed on a die pad portion formed of a copper foil as in a conventional semiconductor package. After bonding with an adhesive and connecting the semiconductor element and the copper foil pattern portion corresponding to the inner lead with a bonding wire, resin sealing is performed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここでダイパッド部に
半導体素子を接着(ダイアタッチ)するには、金ーシリ
コン共晶法と高分子接着剤法が通常用いられる。金ーシ
リコン共晶法は、金ーシリコン合金(6%シリコン、9
4%金)の薄板をチップと、ダイパッド部の間に挿入
し、420〜450℃で加熱溶融させ接着させるのであ
る。この方法は接着強度が非常に高く、接続信頼性が高
い。しかしながら接着工程で、420〜450℃という
かなり高い温度を必要とし、またダイパッド部の材料と
チップ(シリコン)の熱膨張係数差が大きい(例えば銅
とシリコン等)場合は、熱応力の発生によってチップに
クラック等が発生するために、限られた材料(42アロ
イ、コバール)にしか適用できないと云う問題がある。
In order to bond (die attach) a semiconductor element to a die pad portion, a gold-silicon eutectic method and a polymer adhesive method are usually used. The gold-silicon eutectic method is used for gold-silicon alloys (6% silicon, 9%
A thin plate of 4% gold) is inserted between the chip and the die pad portion, and heated and melted at 420 to 450 ° C. to be bonded. This method has very high adhesive strength and high connection reliability. However, in the bonding process, a considerably high temperature of 420 to 450 ° C. is required, and when the difference in the coefficient of thermal expansion between the material of the die pad and the chip (silicon) is large (for example, copper and silicon), the thermal stress causes the chip There is a problem that it can be applied only to limited materials (42 alloy, Kovar) due to cracks and the like.

【0004】一方、高分子接着剤のごとき接着剤を使用
する方法は、接着剤として銀エポキシ、銀ポリイミド等
のペーストをダイパッド上に塗布し、チップ搭載後、1
50℃30〜60分硬化させ接着する。現在、この高分
子接着剤として、弾性率の低い低応力タイプが開発さ
れ、ダイパッド部とチップの熱応力をかなり緩和できる
ために、銅ーシリコン系の組み合わせにも広く使用され
ている。しかしながら、これらの銀を充填した高分子接
着剤は熱安定性が悪く、アウトガス等の問題も含めて気
密性の必要な高信頼性の高い半導体パッケージには使用
できない。現状では、汎用で廉価な半導体パッケージに
は、高分子接着剤を使用してチップをダイアタッチして
いるが、接着強度及び熱応力等の信頼性の高いダイアタ
ッチ法にはまだ多くの技術的、コスト的問題点が存在す
る。本発明の目的は、従来の金ーシリコン共晶法や高分
子接着剤(銀エポキシ、銀ポリイミド)を用いず、廉価
で短時間に信頼性の高いダイアタッチを行える半導体パ
ッケージを提供することにある。
On the other hand, in the method of using an adhesive such as a polymer adhesive, a paste such as silver epoxy or silver polyimide is applied as an adhesive onto a die pad, and after mounting a chip, 1
It is cured at 50 ° C. for 30 to 60 minutes and bonded. At present, a low stress type having a low elastic modulus has been developed as this polymer adhesive, and since it can relieve the thermal stress of the die pad part and the chip considerably, it is widely used in the combination of copper-silicon. However, these silver-filled polymer adhesives have poor thermal stability and cannot be used in highly reliable semiconductor packages that require airtightness, including problems such as outgassing. At present, chips are die-attached with a polymer adhesive for general-purpose and inexpensive semiconductor packages, but there are still many technical issues in the die-attach method with high reliability such as adhesive strength and thermal stress. There are cost problems. It is an object of the present invention to provide a semiconductor package which is inexpensive and can perform highly reliable die attach in a short time without using a conventional gold-silicon eutectic method or a polymer adhesive (silver epoxy, silver polyimide). .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、銅
箔層とベースの金属板とが絶縁層を介して積層され、か
つ前記銅箔層に回路加工が行われた金属ベース基板を使
用し、前記金属ベース基板に折り曲げ加工あるいは絞り
加工を行うことによりつば部を備えた形状とされる半導
体集積回路素子搭載用の立体印刷基板において、前記立
体印刷基板上の露出した前記絶縁層上に直接半導体素子
を熱圧着して接着させてなることを特徴とする半導体パ
ッケージであり、また、前記立体印刷基板の露出した前
記絶縁層上に、温度200〜400℃好ましくは、25
0〜350℃、圧力1〜30Kg/cm2 好ましくは、
3〜10Kg/cm2 、圧力印加時間1〜5秒の条件で
半導体素子を熱圧着する半導体パッケージであり、ま
た、前記立体印刷基板の形状がスープ皿上であり、その
屈曲部の曲率半径が、0.1mm以上5mm以下である
半導体パッケージであり、また、前記立体印刷基板に用
いられる絶縁層が、伸び率が30%以上であり、かつガ
ラス転移温度が160℃以上350℃以下である熱可塑
性ポリイミドで構成されている半導体パッケージであ
り、また、前記立体印刷基板に用いられる絶縁層と銅箔
層が交互に複数層積層され、また半導体集積回路素子が
複数個搭載可能な半導体パッケージである。
That is, the present invention uses a metal base substrate in which a copper foil layer and a base metal plate are laminated via an insulating layer, and the copper foil layer is subjected to circuit processing. Then, in a three-dimensional printed board for mounting a semiconductor integrated circuit element formed into a shape having a brim by bending or drawing the metal base substrate, on the exposed insulating layer on the three-dimensional printed board. It is a semiconductor package characterized in that a semiconductor element is directly bonded by thermocompression bonding, and the temperature is 200 to 400 ° C., preferably 25 ° C., on the exposed insulating layer of the three-dimensional printed board.
0 to 350 ° C., pressure 1 to 30 kg / cm 2, preferably,
A semiconductor package in which a semiconductor element is thermocompression bonded under the conditions of 3 to 10 Kg / cm 2 and a pressure application time of 1 to 5 seconds, the shape of the three-dimensional printed board is a soup plate, and the radius of curvature of the bent portion is , 0.1 mm or more and 5 mm or less, and the insulating layer used for the three-dimensional printed board has an elongation of 30% or more and a glass transition temperature of 160 ° C. or more and 350 ° C. or less. A semiconductor package made of plastic polyimide, and a semiconductor package in which a plurality of insulating layers and copper foil layers used for the three-dimensional printed circuit board are alternately laminated, and a plurality of semiconductor integrated circuit devices can be mounted. .

【0006】また、本発明は、上記記載の半導体パーケ
ッジ用に好適に使用しうる、露出した前記絶縁層上に半
導体素子が直接接着可能な、金属ベース基板であり、ま
た、露出した前記絶縁層上に、上記した条件で半導体素
子が直接接着可能な、半導体パッケージ用に適した金属
ベース基板である。そしてさらに好ましい態様は、絶縁
層の少なくとも表面が熱可塑性ポリイミド樹脂により形
成されている半導体パッケージまたはこれに適した金属
ベース基板である。
Further, the present invention is a metal base substrate, which can be suitably used for the above-mentioned semiconductor package, in which a semiconductor element can be directly adhered onto the exposed insulating layer, and the exposed insulating layer is also provided. The above is a metal base substrate suitable for a semiconductor package, to which a semiconductor element can be directly bonded under the above conditions. A further preferred embodiment is a semiconductor package in which at least the surface of the insulating layer is made of a thermoplastic polyimide resin, or a metal base substrate suitable for this.

【0007】以下、本発明の構成要件について説明す
る。本発明者らが、すでに提案している特開平4ー68
93号公報に記載された半導体パッケージにおいては、
金属板上に絶縁層を介して回路加工された銅箔層が積層
された金属ベース基板を使用し、前記金属ベース基板に
折り曲げ加工あるいは絞り加工を行うことにより開口面
周縁につば部を備えた形状になっている。しかして、回
路加工された銅箔層の一部が、半導体素子をダイアタッ
チするダイパッド部に相当するところ、本発明において
は、この銅箔ダイパッド部を除去して絶縁層を露出せし
め、半導体素子を斯くして露出せしめた絶縁層上に、接
着剤を使用することなく、直接接着することを特徴とす
るのである。けだし、前記絶縁層は、後記のごとく自己
接着性を有し、本来は金属板と銅箔層を接着させること
を目的としているが、半導体素子(シリコン材料)とも
接着性を有するのである。また前記絶縁層は、熱可塑性
のため金属ベース基板作製時に熱プレスにより銅箔と金
属板を接着させているが、銅箔層除去後、露出した絶縁
層部に繰り返し熱圧着にて半導体素子を接着させること
ができる。
The constituent features of the present invention will be described below. The present inventors have already proposed JP-A-4-68.
In the semiconductor package described in Japanese Patent Publication No. 93,
A metal base substrate is used in which a copper foil layer circuit-processed via an insulating layer is laminated on a metal plate, and a brim portion is provided on the periphery of the opening surface by bending or drawing the metal base substrate. It has a shape. Then, a portion of the circuit-processed copper foil layer corresponds to the die pad portion for die-attaching the semiconductor element. In the present invention, the copper foil die pad portion is removed to expose the insulating layer, and the semiconductor element Is directly bonded to the exposed insulating layer without using an adhesive. However, the insulating layer has self-adhesiveness as described later, and is originally intended to bond the metal plate and the copper foil layer, but it also has adhesiveness to the semiconductor element (silicon material). Further, since the insulating layer is thermoplastic, the copper foil and the metal plate are bonded to each other by hot pressing at the time of manufacturing the metal base substrate, but after removing the copper foil layer, the semiconductor element is repeatedly thermocompression bonded to the exposed insulating layer portion. Can be glued.

【0008】本発明の半導体パッケージにおいて、金属
ベース基板としては、厚み0.05〜2.0mm程度の
ものが使用されるが、好ましくは0.1〜1.0mmの
アルミニウム、洋白や真鍮等の銅合金、銅、銅クラッド
インバー、ステンレス鋼、鉄、珪素鋼、電解酸処理され
たアルミニウム等を用いる事ができる。
In the semiconductor package of the present invention, a metal base substrate having a thickness of about 0.05 to 2.0 mm is used, preferably 0.1 to 1.0 mm of aluminum, nickel silver or brass. Copper alloy, copper, copper clad invar, stainless steel, iron, silicon steel, electrolytic acid-treated aluminum, etc. can be used.

【0009】本発明に用いられる絶縁層としては、エポ
キシフェノール、ビスマレイミド等の熱硬化性樹脂、及
びポリアミドイミド、ポリスルフォン、ポリパラバン
酸、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、及
び熱可塑性ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸ワニ
スを、加熱イミド化して得られるものも使用できる。あ
るいは耐熱性有機高分子フィルム、例えばポリイミド、
ポリアミドイミド、アラミド、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエーテルエーテルケトン等の各フィルムの両面
に、熱可塑性ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸ワ
ニスを加熱イミド化して得られるものも使用できる。ま
た有機溶媒に可溶な熱可塑性ポリイミドの場合であれ
ば、熱可塑性ワニスを上述のフィルム形成方法と同様に
キャスト、あるいはコート乾燥して得られるフィルム、
また熱可塑性ポリイミドの押し出し成形フィルムあるい
はシートも使用できる。さらには、使用する金属ベース
基板及びあるいは、導体層形成に用いる銅箔の裏面に、
ポリイミド酸ワニス、あるいは熱可塑性ポリイミドを塗
布し乾燥し、積層させてもかまわない。
The insulating layer used in the present invention includes thermosetting resins such as epoxyphenol and bismaleimide, thermoplastic resins such as polyamideimide, polysulfone, polyparabanic acid and polyphenylene sulfide, and precursors of thermoplastic polyimide. A polyamic acid varnish which is obtained by heating and imidizing the varnish can also be used. Alternatively, a heat resistant organic polymer film such as polyimide,
A film obtained by heating and imidizing a polyamic acid varnish, which is a precursor of a thermoplastic polyimide, on both surfaces of each film of polyamide imide, aramid, polyether sulfone, polyether ether ketone, etc. can also be used. In the case of a thermoplastic polyimide soluble in an organic solvent, a thermoplastic varnish is cast in the same manner as the above-mentioned film forming method, or a film obtained by coating and drying,
An extruded film or sheet of thermoplastic polyimide can also be used. Furthermore, on the back surface of the metal base substrate used and / or the copper foil used for forming the conductor layer,
The polyimide varnish or thermoplastic polyimide may be applied, dried, and laminated.

【0010】前述の絶縁層材料を組み合わせて用いる事
も可能である。更に放熱性を向上させる目的で、曲げ等
の機械加工性を阻害しない範囲で、前記絶縁層に無機フ
ィラーを加えても構わない。これらフィラーとしては、
アルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
ホウ素等が挙げられる。
It is also possible to use a combination of the above-mentioned insulating layer materials. Further, for the purpose of improving heat dissipation, an inorganic filler may be added to the insulating layer as long as the machinability such as bending is not impaired. As these fillers,
Alumina, silica, silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, etc. may be mentioned.

【0011】このような絶縁層のうち、本発明において
最も好ましいものは、主鎖にイミド構造を有する熱可塑
性ポリイミドであって、ガラス転移温度(Tg)が16
0℃以上350℃以下であり、JIS(日本工業規格)
−C2318に規定され方法により測定される破断時の
伸び率が30%以上のものである。これで、絶縁層をあ
るいは絶縁層の少なくとも表面を形成することが好まし
いのである。
Of these insulating layers, the most preferable one in the present invention is a thermoplastic polyimide having an imide structure in the main chain and having a glass transition temperature (Tg) of 16
0 ° C to 350 ° C, JIS (Japanese Industrial Standard)
-The elongation at break measured by the method specified in C2318 is 30% or more. Thus, it is preferable to form the insulating layer or at least the surface of the insulating layer.

【0012】ガラス転移温度を上述のように規定するこ
とにより、金属板−銅箔層間の接着強度とワイヤーボン
ディング時の熱信頼性がともに優れたものとなる。また
伸び率30%以上とすることにより、機械加工時の信頼
性が優れたものとなる。このような熱可塑性ポリイミド
においても、もちろん無機フィラーを混入することもで
きる。
By defining the glass transition temperature as described above, both the adhesive strength between the metal plate and the copper foil layer and the thermal reliability during wire bonding become excellent. Further, when the elongation rate is 30% or more, the reliability during machining becomes excellent. Also in such a thermoplastic polyimide, it is of course possible to mix an inorganic filler.

【0013】本発明に用いられる銅箔層層は、比較的に
安価に容易に入手可能な、市販の電解銅箔、圧延銅箔等
が用いられる。なお、場合により銅箔層の代わりに、他
の金属箔層を使用することも勿論可能である。ベースと
する金属板、絶縁層、銅箔層を相互に接続する方法とし
ては、熱ロール法や熱プレス法等がある。また金属板上
に絶縁層を形成後、蒸着法またはメッキ法などで導体層
として銅を形成するビルドアップ法も使用可能である。
As the copper foil layer used in the present invention, commercially available electrolytic copper foil, rolled copper foil and the like which are relatively inexpensive and easily available are used. It is of course possible to use other metal foil layers instead of the copper foil layers in some cases. As a method for connecting the metal plate as a base, the insulating layer, and the copper foil layer to each other, there are a hot roll method, a hot press method, and the like. A build-up method in which copper is formed as a conductor layer by a vapor deposition method or a plating method after forming an insulating layer on a metal plate can also be used.

【0014】本発明において、半導体集積回路素子を直
接金属板上に搭載する必要が生じたときには、絶縁層を
除去する方法として熱プレス法の場合は、除去部分を打
ち抜き加工するか、またはNCルーターによる切削除
去、ウェットまたはドライエッチング法、レーザー加工
法が用いられる。
In the present invention, when it becomes necessary to mount a semiconductor integrated circuit element directly on a metal plate, in the case of a hot pressing method for removing the insulating layer, the removed portion is punched or an NC router is used. Cutting removal by, wet or dry etching method, laser processing method is used.

【0015】絶縁層がポリイミドの場合、ウェトエッチ
ングは、アルカリ溶液エッチングが用いられ、例えば水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルコール溶液が
あり、必要に応じてこれにヒドラジン化合物を加えても
よい。ドライエッチングとしては酸素プラズマを用いた
プラズマ灰化法や反応性イオンエッチング法等があり、
必要に応じてCF4 等のフルオロカーボン系のガスを混
合してもよい。レーザー加工法としては、例えばエキシ
マレーザーとしてArF系及びKrF系など、また炭酸
ガスレーザーも使用可能である。
When the insulating layer is polyimide, the wet etching is an alkaline solution etching. For example, an alcohol solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide may be used, and a hydrazine compound may be added thereto if necessary. Dry etching includes a plasma ashing method using oxygen plasma and a reactive ion etching method,
If necessary, a fluorocarbon-based gas such as CF 4 may be mixed. As the laser processing method, for example, an ArF-based or KrF-based excimer laser, or a carbon dioxide gas laser can be used.

【0016】本発明における絞り、曲げ機械加工は、通
常の金型を用いたプレス加工で行うことができる。絞り
加工時に前記立体印刷基板の導体部を、保護するために
金型表面に樹脂コートして用いたり、配線パターン形状
に合わせて、金型に凹形状を設けてもよい。深絞り、曲
率半径が小さい曲げ加工においては、熱をかけての加工
や、絶縁層を溶剤等で膨潤させる等の処理を行ってもよ
い。つば部を有した本発明の半導体パッケージの断面形
状は適宜選択し得るが、加工の優位性からたとえばスー
プ皿型とし、その曲率半径は0.1〜5.0mm程度の
範囲でつば部の加工を行うことが望ましい。なお、後述
の実施例では1.0mmとした。
The drawing and bending mechanical processing in the present invention can be carried out by press processing using an ordinary die. The conductor portion of the three-dimensional printed board may be resin-coated on the surface of the mold for protection during drawing, or a concave shape may be provided in the mold according to the shape of the wiring pattern. In deep drawing and bending with a small radius of curvature, processing such as application of heat or processing such as swelling the insulating layer with a solvent or the like may be performed. The cross-sectional shape of the semiconductor package of the present invention having a brim portion can be appropriately selected, but for the sake of processing advantages, for example, a soup dish shape is used, and the brim portion is machined within a radius of curvature of about 0.1 to 5.0 mm. It is desirable to do. In the examples described below, the thickness is 1.0 mm.

【0017】本発明の半導体パッケージにおける、半導
体集積回路素子と立体印刷基板の接着はダイボンディン
グとして熱圧着法を用いることが特徴である。このた
め、銅箔層の回路加工時、半導体素子が搭載される箇所
の銅箔層(ダイパッド部)をあらかじめ除去し、絶縁層
部を露出させておくのである。
The semiconductor package of the present invention is characterized in that the semiconductor integrated circuit element and the three-dimensional printed circuit board are bonded by using a thermocompression bonding method as die bonding. Therefore, at the time of circuit processing of the copper foil layer, the copper foil layer (die pad portion) where the semiconductor element is mounted is removed in advance to expose the insulating layer portion.

【0018】熱圧着方法としては、半導体パッケージ
を、金属基板側から絶縁層のガラス転移温度(Tg)以
上、つまり200〜400℃、好ましくは250〜35
0℃で加熱しておき、半導体素子を露出絶縁層部に治具
にて押し付けることにより、熱圧着し接着させるのであ
る。このときの圧力は1〜30Kg/cm2 好ましく
は、3〜10Kg/cm2 であり、圧力印加時間は1〜
5秒である。この場合絶縁層と半導体素子の接着性を向
上するために、半導体素子の裏面を化学的エッチングを
行ってもよい。
As the thermocompression bonding method, the semiconductor package is heated from the metal substrate side to the glass transition temperature (Tg) or higher of the insulating layer, that is, 200 to 400 ° C., preferably 250 to 35.
By heating at 0 ° C. and pressing the semiconductor element against the exposed insulating layer portion with a jig, the semiconductor element is bonded by thermocompression. The pressure at this time is 1 to 30 Kg / cm 2, preferably 3 to 10 Kg / cm 2 , and the pressure application time is 1 to
5 seconds. In this case, in order to improve the adhesion between the insulating layer and the semiconductor element, the back surface of the semiconductor element may be chemically etched.

【0019】本発明で熱圧着させた半導体素子は、再度
熱を加えることで取り外し可能であり、検査後の不良素
子を取り外し、繰り返し半導体素子を絶縁層上に何度で
も接着することができると云う作用効果をも奏する。以
後の半導体集積回路素子と立体印刷基板の銅箔配線パタ
ーンの電気的接続はワイヤーボンデングを用いる。
The semiconductor element thermocompression-bonded by the present invention can be removed by applying heat again, and the defective element after the inspection can be removed, and the semiconductor element can be repeatedly bonded to the insulating layer many times. It also has the same effect. Wire bonding is used for the subsequent electrical connection between the semiconductor integrated circuit element and the copper foil wiring pattern of the three-dimensional printed board.

【0020】この立体印刷基板を用いた半導体パッケー
ジ上に搭載される半導体集積回路素子の個数は、勿論1
個に限定されるものではなく、複数個の素子を搭載する
ことも可能である。複数個の素子を搭載する場合、各素
子の相互配線は、立体印刷基板の銅配線パターンを用い
るか、またはボンディングワイヤーを併用する方法を採
用する。
Of course, the number of semiconductor integrated circuit elements mounted on a semiconductor package using this three-dimensional printed board is 1
The number of elements is not limited to one, and a plurality of elements can be mounted. When mounting a plurality of elements, mutual wiring of each element uses a copper wiring pattern of a three-dimensional printed board or a method of using bonding wires together.

【0021】また搭載した半導体集積回路素子は一般に
気密封止されるが、気密封止には、例えばエポキシ樹脂
等によるトランスファーモールド成形またはポッティン
グ方式を使用することができる。封止樹脂には放熱性及
び熱膨張係数整合等より必要に応じて無機フィラ(アル
ミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ
素)を混入する。
The mounted semiconductor integrated circuit element is generally hermetically sealed. For the hermetic sealing, transfer molding or potting method using epoxy resin or the like can be used. Inorganic fillers (alumina, silica, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride) are mixed into the sealing resin, if necessary, from the viewpoint of heat dissipation and matching of thermal expansion coefficient.

【0022】本発明の半導体パッケージをプリント基板
に表面実装する場合には、通常の半田クリーム印刷法を
用いる。半田クリームとしては、その粒型が不定型及び
球形の共晶半田(Sn63%、Pb37%)または高温
半田(Sn5%、Pb 95%)等を使用する。
When the semiconductor package of the present invention is surface-mounted on a printed board, a usual solder cream printing method is used. As the solder cream, eutectic solder (Sn 63%, Pb 37%) or high temperature solder (Sn 5%, Pb 95%) whose grain type is indefinite or spherical is used.

【0023】上記半田クリーム印刷後、自動搭載機によ
りプリント基板に本発明の半導体パッケージを搭載後、
リフロー炉を用い、半田付けする。この時のリフロー炉
としては、赤外線加熱及びエアー併用タイプ及び窒素リ
フロー及びベーパーフェイズタイプを使用するのが望ま
しい。以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
After the solder cream printing, after mounting the semiconductor package of the present invention on a printed circuit board by an automatic mounting machine,
Solder using a reflow oven. As the reflow furnace at this time, it is desirable to use an infrared heating and air combined type and a nitrogen reflow and vapor phase type. Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

[実施例1] 実施例1について図面を参照して説明する。〔図1〕は
本発明の一実施例の半導体パッケージ作製工程の上面斜
視図である〔図1〕において、チップダイボンデングと
記載されているのは、勿論「チップダイアタッチ」のこ
とである。また、〔図2〕にその断面図を示す。〔図
2〕にダイボンデングと記載されているのは勿論「ダイ
アタッチ」のことである。この半導体パッケージは、半
導体集積回路素子を搭載するものであって、金属板上に
絶縁層を介して銅箔層が形成された金属ベース基板を、
回路パターン形成した後に、折り曲げ加工あるいは絞り
加工により、開口面を有するスープ皿状にしている。ス
ープ皿状つば部の屈曲部の曲率半径は1.0mmであ
る。この実施例では半導体素子を搭載する中央部には、
銅箔層は存在せず絶縁層が露出しており、近傍のインナ
ーリード領域から、パッケージ外周領域へ各々配線パタ
ーンが形成されている。
Example 1 Example 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a top perspective view of a semiconductor package manufacturing process of one embodiment of the present invention. In FIG. 1, chip die bonding is, of course, “chip die attach”. A sectional view is shown in FIG. What is described as die bonding in FIG. 2 is, of course, “die attach”. This semiconductor package mounts a semiconductor integrated circuit element, and includes a metal base substrate in which a copper foil layer is formed on a metal plate via an insulating layer,
After the circuit pattern is formed, it is bent or drawn to form a soup plate having an opening surface. The radius of curvature of the bent portion of the soup plate-shaped brim portion is 1.0 mm. In this embodiment, in the central portion where the semiconductor element is mounted,
The copper foil layer does not exist, the insulating layer is exposed, and the wiring pattern is formed from the inner lead region in the vicinity to the outer peripheral region of the package.

【0025】金属板としては厚み0.2mmの銅を用
い、絶縁層としては三井東圧化学(株)製の熱可塑性ポ
リイミドを用い、各絶縁層の厚みは20μmとした。銅
箔層は18μmを用い、金属板、絶縁層、銅箔層は熱プ
レス法により相互の接着を行った。
Copper having a thickness of 0.2 mm was used as the metal plate, thermoplastic polyimide manufactured by Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. was used as the insulating layer, and the thickness of each insulating layer was 20 μm. The copper foil layer had a thickness of 18 μm, and the metal plate, the insulating layer, and the copper foil layer were bonded to each other by a hot pressing method.

【0026】銅箔層はパターン加工し、中央部のインナ
ーリード部から周辺部のアウターリード部へ電気的に接
続する回路を形成するが、半導体素子搭載部の中央に
は、ダイパッド部に相当する銅箔部は除去し、絶縁層を
露出させている。
The copper foil layer is patterned to form a circuit for electrically connecting the inner lead portion in the central portion to the outer lead portion in the peripheral portion. The semiconductor element mounting portion corresponds to the die pad portion in the center. The copper foil portion is removed to expose the insulating layer.

【0027】本実施例では、搭載する半導体素子は1個
であるが、複数個搭載することも可能である。半導体素
子は、開口面から、この半導体パッケージの中央部に搭
載(ダイアタッチ)する。半導体パッケージは予め、パ
ッケージ下面(金属板側)から250℃に加熱してお
き、半導体素子は真空チャックの治具にて吸引した後、
所定の位置に、5Kg/cm2 の圧力で熱圧着した。こ
の時の圧力印加時間は2秒である。
In this embodiment, one semiconductor element is mounted, but a plurality of semiconductor elements can be mounted. The semiconductor element is mounted (die-attached) at the center of the semiconductor package from the opening surface. The semiconductor package is previously heated to 250 ° C. from the package lower surface (metal plate side), and the semiconductor element is sucked with a jig of a vacuum chuck.
Thermocompression bonding was performed at a predetermined position with a pressure of 5 kg / cm 2 . The pressure application time at this time is 2 seconds.

【0028】半導体素子を半導体パッケージに搭載した
後、近傍のインナーリード部に相当する領域に、半導体
素子とボンディングワイヤーで電気的に接続される。さ
らに、半導体集積回路素子及びボンディングワイヤーの
気密封止のために、つば部を除いて、トランスファーモ
ールド成形によって、フィラー(アルミナ、シリカ、窒
化アルミニウム、窒化ホウ素等)入りのエポキシ樹脂が
充填されている。エポキシ樹脂を半導体パッケージ内に
充填することにより、半導体パッケージの機械的強度も
向上する。
After mounting the semiconductor element on the semiconductor package, the semiconductor element is electrically connected to a region corresponding to the inner lead portion in the vicinity by a bonding wire. Further, in order to hermetically seal the semiconductor integrated circuit element and the bonding wire, an epoxy resin containing a filler (alumina, silica, aluminum nitride, boron nitride, etc.) is filled by transfer molding except for the collar portion. . By filling the epoxy resin in the semiconductor package, the mechanical strength of the semiconductor package is also improved.

【0029】[実施例2]本発明の絶縁層の上に、直接
半導体素子を接着する技術は、半導体パッケージに限ら
れるものではない。すなわち、〔図3〕に示すように、
機械的に曲げ絞りを行わない、通常の金属ベース基板に
半導体素子を搭載する場合においても、本発明に記載の
絶縁層を用いている限り、熱圧着による直接搭載が可能
であることは明らかであろう。
[Embodiment 2] The technique of directly bonding a semiconductor element on the insulating layer of the present invention is not limited to the semiconductor package. That is, as shown in FIG.
Even when a semiconductor element is mounted on an ordinary metal base substrate that is not mechanically bent and drawn, it is clear that direct mounting by thermocompression bonding is possible as long as the insulating layer according to the present invention is used. Ah

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、絶縁層を
介して回路加工された銅箔層を有する半導体パッケージ
において、露出した絶縁層の自己接着性を利用し、半導
体素子を直接パッケージに接着するものである。そのた
め、従来用いていた金ーシリコン共晶法と比較して、か
なり低い温度で接着可能となり、また本発明に用いる絶
縁層は弾性率が低く、半導体素子と金属ベース基板の熱
膨張係数差による熱応力を緩和し、信頼性の高い接合が
可能である。また銀エポキシ等の高分子接着剤を用いる
方法と比較して、接着に要する時間をかなり短縮でき、
且つ本発明に用いる絶縁層は内部の不純物が少ないので
熱的安定度が高く、アウトガス等の問題の無い気密性の
高い高信頼性半導体パッケージに適用可能である。この
ように従来用いていたダイアタッチ技術を用いる事無
く、低コストで信頼性の高い半導体パッケージを提供す
る事が出来る。
As described above, the present invention utilizes a self-adhesive property of the exposed insulating layer in a semiconductor package having a copper foil layer circuit-processed through the insulating layer, so that the semiconductor element is directly packaged. It is to be glued. Therefore, as compared with the conventionally used gold-silicon eutectic method, the bonding can be performed at a considerably low temperature, and the insulating layer used in the present invention has a low elastic modulus, so that the thermal expansion due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the metal base substrate The stress is relieved, and highly reliable bonding is possible. In addition, compared to the method using a polymer adhesive such as silver epoxy, the time required for adhesion can be shortened considerably,
Moreover, since the insulating layer used in the present invention has a small amount of impurities inside, it has high thermal stability and can be applied to a highly reliable semiconductor package having high airtightness without problems such as outgassing. As described above, it is possible to provide a low-cost and highly reliable semiconductor package without using the die attach technology which has been conventionally used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体パッケージ作製工程を示す上面
斜視図
FIG. 1 is a top perspective view showing a semiconductor package manufacturing process of the present invention.

【図2】その断面図FIG. 2 is a sectional view thereof

【図3】金属ベース基板への直接ダイアタッチを示す説
明図
FIG. 3 is an explanatory diagram showing direct die attachment to a metal base substrate.

【図4】従来の半導体パッケージ製造工程を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing a conventional semiconductor package manufacturing process.

【図5】従来の半導体パッケージ製造工程を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing a conventional semiconductor package manufacturing process.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峯田 直志 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoshi Mineta 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅箔層とベースの金属板とが絶縁層を介
して積層され、かつ前記銅箔層に回路加工が行われた金
属ベース基板を使用し、前記金属ベース基板に折り曲げ
加工あるいは絞り加工を行うことによりつば部を備えた
形状とされる半導体集積回路素子搭載用の立体印刷基板
において、前記立体印刷基板上の露出した前記絶縁層上
に直接半導体素子を熱圧着して接着させてなることを特
徴とする半導体パッケージ。
1. A metal base substrate in which a copper foil layer and a metal plate of a base are laminated via an insulating layer, and the copper foil layer is subjected to circuit processing, and the metal base substrate is bent or bent. In a three-dimensional printed board for mounting a semiconductor integrated circuit element formed into a shape having a brim by performing a drawing process, the semiconductor element is directly bonded by thermocompression bonding on the exposed insulating layer on the three-dimensional printed board. A semiconductor package characterized by the following.
【請求項2】 前記立体印刷基板の露出した前記絶縁層
上に、温度200〜400℃、圧力1〜30Kg/cm
2 、圧力印加時間1〜5秒の条件で半導体素子を熱圧着
する請求項1に記載の半導体パッケージ。
2. A temperature of 200 to 400 ° C. and a pressure of 1 to 30 kg / cm on the exposed insulating layer of the three-dimensional printed board.
2. The semiconductor package according to claim 1, wherein the semiconductor element is thermocompression bonded under the condition that the pressure application time is 1 to 5 seconds.
【請求項3】 前記立体印刷基板の形状がスープ皿上で
あり、その屈曲部の曲率半径が、0.1mm以上5mm
以下である請求項1または2に記載の半導体パッケー
ジ。
3. The shape of the three-dimensional printed board is on a soup plate, and the radius of curvature of the bent portion is 0.1 mm or more and 5 mm.
The semiconductor package according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記立体印刷基板に用いられる絶縁層
が、伸び率が30%以上であり、かつガラス転移温度が
160℃以上350℃以下である熱可塑性ポリイミドで
構成されている請求項1〜3のいづれかに記載の半導体
パッケージ。
4. The insulating layer used for the three-dimensional printed board is composed of a thermoplastic polyimide having an elongation of 30% or more and a glass transition temperature of 160 ° C. or more and 350 ° C. or less. 3. The semiconductor package according to any one of 3.
【請求項5】 前記立体印刷基板に用いられる絶縁層と
銅箔層が交互に複数層積層され、また半導体集積回路素
子が複数個搭載可能な請求項1〜4のいづれかに記載の
半導体パッケージ。
5. The semiconductor package according to claim 1, wherein a plurality of insulating layers and copper foil layers used for the three-dimensional printed circuit board are alternately laminated and a plurality of semiconductor integrated circuit elements can be mounted.
【請求項6】 請求項1に記載の半導体パーケッジ用に
好適に使用しうる、露出した前記絶縁層上に半導体素子
が直接接着可能な、金属ベース基板。
6. A metal base substrate, which can be suitably used for the semiconductor package according to claim 1, and in which a semiconductor element can be directly bonded onto the exposed insulating layer.
【請求項7】 露出した前記絶縁層上に請求項2の条件
で半導体素子が直接接着される請求項6に記載の金属ベ
ース基板。
7. The metal base substrate according to claim 6, wherein a semiconductor element is directly bonded on the exposed insulating layer under the condition of claim 2.
【請求項8】 絶縁層の少なくとも表面が熱可塑性ポリ
イミド樹脂により形成されている請求項1〜5のいずれ
かに記載の半導体パッケージ。
8. The semiconductor package according to claim 1, wherein at least the surface of the insulating layer is formed of a thermoplastic polyimide resin.
【請求項9】 絶縁層の少なくとも表面が熱可塑性ポリ
イミド樹脂により形成されている請求項6または7に記
載の金属ベース基板。
9. The metal base substrate according to claim 6, wherein at least the surface of the insulating layer is formed of a thermoplastic polyimide resin.
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